非铁磁性物质的 μ近似等于 μ0。而铁磁性物质的磁导率很高， μμ0。铁磁性材料的相对磁导率 μr= μ/ μ0 如铸铁为 200 ～400 ；硅钢片为 7000 ～ 10000 ；镍锌铁氧体为 10～ 1000 ；镍铁合金为 2000 ；锰锌铁氧体 为 300 ～ 5000 ；坡莫合金为 20000 ～200000 。空气的相对磁导率为 1；铂为 1.00026 ；汞、银、 铜、碳 ( 金刚石 ) 、铅等均为抗磁性物质，其相对磁导率都小于 1，分别为 0.999971 、0.999974 、0.99990 、 0.999979 、0.999982 。 铁粉心 磁导率 10 左右材料以优良的频率特性和阻抗特性良好的温度特性是雷达和 发 射机滤波用电感器最佳材料； 磁导率 33 材料 最适合在几十 A 到上百 A 的大电流逆变电感器， 如果对体积和温 升要求不高，能够正常的使用其做频率底于 50KHz的开关电源输出电感器， APFC电感 器； 磁导率 75 材料是做差模电感器和频率在 20K 左右的滤波电感器储能电感器的高 性价比材料。 铁镍 50 该材料最适合用做差模电感器 但是价格很高，由于原来国内能做铁镍钼的厂家 做的铁镍钼性能很差，所以一些开关电源厂家和军工客户都使用铁镍 50 材料做 储能电感器， 其实这是错误的选择， 因为这种材料的损耗仅好于铁粉心， 是铁硅 铝的 2 倍左右， 是铁镍钼的三倍左右， 但是该材料同样磁导率下， 直流叠加特性 好于铁硅铝材料， 虽然它的 Bs 值达 14000Gs，但是由于磁滞回线的形状不一样，所以它的直流叠 加特性并不好于铁镍钼材料 （只是原来国内能做的厂家做的性能较差） 。 铁硅铝 超高的性价比材料，是铁粉心的替代品（不包括低磁导率铁粉心）。 铁镍钼 价格与铁镍 50 相当（我公司），损耗最低材料，频率特性最好的材料，如果将 您正在使用的国内公司的铁镍 50 材料换成我公司的铁镍钼材料将大幅度的提升您的 模块效率。不信您可以索要样品适用 。 四种金属磁粉心 性能和价格对比 铁粉 铁硅 铁镍 铁镍 磁粉心类型 项目 心 铝 50 钼 60、75、 26、60、 90、 60、75、 初始磁导率 6～ 125 75、90、 125、 90、125 125 147、 160 饱和磁通密度 Bs （mT） 1000 1050 1400 700 φ φ φ φ 尺寸（仅以环型为例，外径 mm） 4.1～ 6.35～ 6.35～ 6.35～ φ102 φ63.5 φ63.5 φ63.5 2 5000 损耗 (100kHz,100mT,mW/cm) 900 1100 700 (磁导 率为 60) -65~12 -55~20 -55~20 -55~20 工作时候的温度范围 ( ℃) 5 0 0 0 居里温度 ( ℃) ＞400 ＞400 ＞400 环、 E、 环、 E、 产品形状 U、棒、 环 环 SMD SMD等 磁导率 33 77% 直流叠加特性 磁导率 60 63% 72% 90% 80% 磁导率 75 53% 65% 87% 73% （50Oe 的有效磁导 45% （磁 磁导率 90 52% 80% 68% 率的 %） 导率 85 ） 磁导率 125 37% 75% 55% 1~2（10 价格因子 低磁导 10 17 22 率材 （相同尺寸产品） 料） 金属磁粉心与铁氧体材料 应用对比 应用之功率变压器 材料 典型频率范 工作时候的温度范围 尺寸类型极限 功率 价格 优（劣）特性 围（ Hz） （℃） 容量 MnZn铁氧体 10k～1M -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 低 低 高磁导率、高频低损耗（饱和 磁通密度低） 3 极限尺寸为 500cm 适中的磁导率和高频低损耗 NiZn 铁氧体 50k～1G -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 低 中 （饱和磁通密度低） 极限尺寸为 3 250cm 高磁导率铁粉心 — — — — — （高损耗，低磁导率） 中磁导率铁 25k～ 1M -55 ～ 125 极限尺寸为 350cm3 中 低 低损耗，良好的稳定性（磁导 粉心 率低） 低损耗，良好的稳定性（磁导 1M～ 1G -55 ～ 125 极限尺寸为 中 低 率低） 低磁导率铁 350cm3 粉心 铁镍钼磁粉心 5k～200k -55 ～200 环型极限外径到 φ 中 高 很稳定 ( 低的磁导率限定该 63.5mm 材料只能用到单端反激变压器 上) 环型极限外径到 φ 铁镍 50 磁粉心 5k～50k -55 ～200 63.5mm 中 高 很稳定、 高 BS(低的磁导率限 定该材料只能用到单端反激变 压器上 ) 环型极限外径到 φ 很稳定、 高 BS(低的磁导率限 63.5mm 定该材料只能用到单端反激变 铁硅铝磁粉心 5k～200k -55 ～200 中 中 压器上 ) 应用之 RF变压器 材料 典型频率范 工作时候的温度范围 尺寸类型极限 功率 价格 优（劣）特性 围（ Hz） （℃） 容量 MnZn铁氧体 1M～5M -55 ～ 150 大多为环、Gu和其他 低 低 高磁导率、可调、高 Q （稳定性 小类型 很差） 环、Gu和其他小类型 适合的磁导率、可调、在高频 NiZn 铁氧体 50k～1G -55 ～ 150 低 中 具有高 Q值 高磁导率铁粉心 — — — — — （高损耗） 中磁导率铁 1M～ 10M -55 ～ 125 极限尺寸为 350cm3 中 中 良好的稳定性 粉心 低损耗，良好的稳定性（磁导 率低） 25k～ 1M -55 ～ 125 极限尺寸为 中 低磁导率铁 350cm3 粉心 铁镍钼磁粉心 5k～200k -55 ～200 环型极限外径到 φ 低 高 很稳定 ( 与铁氧体相比具有 63.5mm 低的磁导率，低的 Q值 ) — — 铁镍 50 磁粉心 — — — — — — 铁硅铝磁粉心 — — — — 应用之精密变压器 材料 典型频率范 工作时候的温度范围 尺寸类型极限 功率 价格 优（劣）特性 围（ Hz） （℃） 容量 MnZn铁氧体 10k～5M -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 中 低 高磁导率、高频低损耗（饱和 磁通密度低） 极限尺寸为 3 500cm （低磁导率） NiZn 铁氧体 — — — — — 高磁导率铁粉心 — — — — — （低磁导率） 中磁导率铁 — — — — — （低磁导率） 粉心 — — — — — （低磁导率） 低磁导率铁 粉心 铁镍钼磁粉心 DC～500k -55 ～200 环型极限外径到 φ 非常 高 低磁导率有益于高频下、高电 63.5mm 低 叠加小信号传感器应用 — — — 铁镍 50 磁粉心 — — — — — — 铁硅铝磁粉心 — — — 应用之纯电感 材料 典型频率范 工作时候的温度范围 尺寸类型极限 功率 价格 优（劣）特性 围（ Hz） （℃） 容量 MnZn铁氧体 10k～5M -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 低 低 高磁导率、高频低损耗、可调 （饱和磁通密度低，稳定性很 3 极限尺寸为 500cm 差） 适中的磁导率和高频低损耗、 可调（饱和磁通密度低） NiZn 铁氧体 50k～1G -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 中 中 极限尺寸为 3 250cm 高磁导率铁粉心 1k～ 50 -55 ～ 125 环型极限外径到 φ 高 低 高 Bs、低价格 63.5mm （损耗高，磁导率低） 极限尺寸为 350cm3 中磁导率铁 50k～2M -55 ～ 125 高 低 低损耗，良好的稳定性（磁导 粉心 率低） 极限尺寸为 低损耗，良好的稳定性（磁导 25k～ 1M -55 ～ 125 350cm3 高 中 率低） 低磁导率铁 粉心 铁镍钼磁粉心 DC～300k -55 ～200 环型极限外径到 φ 高 高 很稳定、 高 BS、低磁滞损耗， 63.5mm 是金属磁粉心中损耗最低的 低损耗、良好的稳定性（低的 磁导率） 环型极限外径到 φ 铁镍 50 磁粉心 DC～100k -55 ～200 63.5mm 极高 高 低损耗、良好的稳定性（低的 磁导率） 环型极限外径到 φ 63.5mm 铁硅铝磁粉心 DC～300k -55 ～200 高 中 应用之纯电感 材料 典型频率范 工作时候的温度范围 尺寸类型极限 功率 价格 优（劣）特性 围（ Hz） （℃） 容量 MnZn铁氧体 10k～5M -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 低 低 高磁导率、高频低损耗、可调 （饱和磁通密度低，稳定性很 3 极限尺寸为 500cm 差） 适中的磁导率和高频低损耗、 可调（饱和磁通密度低） NiZn 铁氧体 50k～1G -55 ～ 150 Gu、环、 E 等 中 中 极限尺寸为 3 250cm 高磁导率铁粉心 1k～ 50 -55 ～ 125 环型极限外径到 φ 高 低 高 Bs、低价格 63.5mm （损耗高，磁导率低） 极限尺寸为 350cm3 中磁导率铁 50k～2M -55 ～ 125 高 低 低损耗，良好的稳定性（磁导 粉心 率低） 极限尺寸为 低损耗，良好的稳定性（磁导 25k～ 1M -55 ～ 125 350cm3 高 中 率低） 低磁导率铁 粉心 铁镍钼磁粉心 DC～300k -55 ～200 环型极限外径到 φ 高 高 很稳定、 高 BS、低磁滞损耗， 63.5mm 是金属磁粉心中损耗最低的 低损耗、良好的稳定性（低的 磁导率） 环型极限外径到 φ 铁镍 50 磁粉心 DC～100k -55 ～200 63.5mm 极高 高 低损耗、良好的稳定性（低的 磁导率） 环型极限外径到 φ 77.2mm 铁硅铝磁粉心 DC～300k -55 ～200 高 中 第一章 直流电路 本章内容是在已学过的物理学基础上，介绍电路的基本物理量、电阻的基本知识、欧姆定律、电气设备的额定值、电路的几种状态及电容器的 充放电。并进一步研究直流电路的分析方法：如电源的等效变换法、支路电流法、叠加原理法、戴维南定理法。 通过本章的学习，应达到以下要求： (1) 能正确地理解电路的基本概念、基本定律和电容充放电电路中电压、电流与时间之间的函数关系。 (2) 能用所学过的分析方法对简单和复杂的直流电路做多元化的分析计算。 第一节 电路及基本物理量 一、电路与电路模型 1 ．电路 电路是电流所流经的路径，实际电路的种类很多，形式和结构也各不相同，但其作用不外乎有以下两个方面：一是应用电路进行电能的传输和 分配，以实现与别的形式的能量的相互转换，例如：从发电、输电、配电到用电的过程；二是应用电路进行信号的传输、交换和处理，例如：生产过 程的自动控制，电视、广播的发射和接收，各种信号、数据的储存和处理等。 图 1— 1 所示的是两种典型的电路框图。 2 ．电路模型 在研究电路的工作原理时，通常是用一些规定的图形符号来代表实际的设备和器件，并用连线表示出这些设备和器件之间的连接关系，构成电 路模型来做多元化的分析。图 l-2 是几种常用的理想电路元件。 每个电路不论其作用如何、结构多么复杂，都是由以下几个基本部分所组成的。 电源：是供应电能的装置，如发电机、电池、信号源等。 负载：负载是指用电的装置或设备，如电灯、电动机、空调、电冰箱等。 中间环节：简单电路的中间环节是由连接导线、开关组成，而复杂电路的中间环节是由各种控制设备、监测仪表等组成的网络，电源接它的输 入端，负载接它的输出端。 图 1—3 是一个最简单的电路模型，其实际电路是一常用的手电筒电路，实际元件有干电池、电珠、开关和筒体。在电路模型中电阻 RL 就是电 珠，电源电动势 E 和其内阻 R 。就是干电池，导线和开关这一中间环节就是简体。 第 1 页 无论是电能的传输或转换电路，还是信号的传递和变换电路，其中电源或信号源的电压、电流输入称为激励，它能够推动电路工作。激励在电路各部 分所产生的电压和电流输出称为响应。电路分析实质就是分析激励和响应之间的关系。为此，我们一定要对电路的物理量有一个明确的认识。 二、电路中的基本物理量 1 ．电流 电流强度：电流的强弱是用电流强度来表示。如果电流的大小和方向均不随时间变化，这种电流称为恒定电流，简称直流。其电流强度用单位 时间内通过导体横截面的电流来度量，即 I=Q/t (1-1) 电流的方向：习惯上把正电荷的运动方向规定为电流的实际方向，但在复杂电路分析中，往往很难事先判断电流的实际方向，因此就需要引入参 考方向 ( 即正方向 ) 的概念。其方法是：任意假设某一支路中的电流参考方向，把电流看作代数量，若计算结果为正，则表示电流的正方向与实际方向 相同；若计算结果为负，则表示电流的正方向与实际方向相反，如图 1-4 所示。 电流用 I 来表示。 电流的单位：电流的标准单位是安培 (A) ，计量微小电流时，可采用毫安 (mA) 或微安 (uA) 来表示，其换算关系如下 1A=10mA=10uA 2 ．电位 与物体在某一位置上具有一定的位能相类似，正电荷在电路的某一点上具有一定的电位能。要确定电位能的大小，必须在电路上选择一参考点 作为基准点，该点称为零参考点。 如图 1-3 所示，把 A 点作为零参考点 ( 用 “上 ”符号来表示 ) ，那么正电荷在。点所具有的电位能 Fs 与正电荷所带电量 Q 的比值，称为电路中。 点的电位，用 y 。表示，即 第二章 交流电路 第一章我们讨论了直流电路，知道了该电路的电动势、电压、电流的大小与方向是不随时间的变化而变化的。本章主要讨论大小、方向均随时间 作正弦规律变化的电动势、电压和电流，这种电动势、电压和电流称为正弦电动势、正弦电压和正弦电流，统称为正弦交流电。 通过本章的学习要达到以下要求： (1) 深入理解单相交流电和三相交流电的特征，特别是有效值、初相位和相位差。 (2) 熟悉正弦量的各种表示方法和相互关系。 (3) 熟练掌握三种单一参数电路的电压、电流关系及能量转换关系。 (4) 了解交流电路的频率特征，重点是谐振电路。 (5) 具备分析和计算简单的单相和三相交流电路的能力。 第一节 单相正弦交流电的基本概念 一、正弦交流电的产生 正弦交流电通常由交流发电机产生的，如图 2-l 表示最简单的交流发电机的构造。在静止的磁极 N 和 s 间放着一个能转动的圆柱形铁心，在它 一面紧绕着一匝绝缘的线圈。线圈的两头分别接到两个钢制的滑环上，滑环固定在转轴上，并与转轴绝缘。每个滑环上安放着一个静止的电刷，用来 把线圈中感应出来的正弦交变电动势和外电路接通。 由铁心、线圈、滑环等所组成的转动部分叫做电枢。 电枢被原动机拖动后，线圈的 a′b′边和 ab 扩边分别切割磁力线而感应出电动势 e(e=BLV) 。当线 所示的位置时，概据右手 定则，可以判定出线圈中感应电动势 e 的方向是由／指向。 ’的。但是，当电枢转到使线圈的 a′b′边处在 S 极之上，而另一边 ab 处在 N 极之下时， 线圈中的感应电动势 e 的方向就变成由 a′指向 a 。 如此，电枢不停地旋转，线圈中便产生了方向交变的电动势。交变电动势的大小是按怎样的规律变化呢 ?实验指出，由于电枢表面上各点的磁场 强弱是按正弦规律变化的，即 B=Bmsina 所以进一步可知对于具有 N 匝线圈的发电机，则电动势应为 此电动势即为正弦交流电动势，正弦交流电的波形如图 2-2 所示。 第 22 页 二、正弦交流电的三要素 交流电的特征表现在变化的快慢、大小及初始值三个方面，而它们分别由频率 f 或周期 T、电角速度 o) 、幅值 Em(Um 、 Im) 和初相位 100( 或相差＼ b) 来确定。因此，频率、幅值和初相位是确定交流电的三要素。现分述如下： 1 ．周期、频率 交流电完成往复变化一周所需的时间叫周期，用 T 表示，其单位是时间的单位秒 (s) ，如图 2-3 所示。交流电在单位时间内变化的次数叫频率， 用／表示，其单位是赫兹 (Hz) 。 我国规定电力系统供电的标准频率是 501-Iz ，世界上除少数国家规定 60Hz 为标准频率外，大多数国家都以 50Hz 为标准频率。但在通信系统里， 使用频率范围就十分广泛了，许多电信号的频率都远高于 50Hz ，因此常用的单位还有千赫 (L1h) 和兆赫 (MHz) ，它们的换算关系是 1MHz=10Hz lkHz=10Hz 表示正弦交流电的快慢除用周期和频率外，还可以用电角速度 ( 角频率 )o 来表示，交流电在单位时间内变化的电角度定义为电角速度，即 w=a/t (2-3) 由于交流电经历一个周期的时间，角度变化了 2v 弧度，所以电角速度 例 2-1 已知交流电的电角速度是 w=314rad ／s ，求周期 r 和频率 f 。 2 ．幅值 ( 最大值 ) 交流电在任意瞬间的值称为瞬时值，用小写字母 i 、u 、e 分别来表示瞬时电流、电压和电动势。在交流电变化的过程中，出现的最大瞬时值称 为幅值 ( 最大值 ) ，用带有下标 “m”的大写字母来表示，如电压幅值 Um 、电流幅值 Im ，电动势幅值丑 Em 。 根据图 2-2 所示，则有 e =Emsinwt 第三章 磁路和常用电器 在电气工程中普遍的使用的变压器、低压电器、电动机等器件与设备中，磁路是它们的主要组成部分之一。本章将在介绍磁路的基本物理量、基 本定律以及磁性材料的磁性能的基础上，主要介绍变压器及常用低压电器的结构、原理与使用等。 通过本章的学习，要达到以下要求： (1) 掌握磁路的基本知识、交流铁心线圈的特性、变压器及常用低压电器的结构和工作原理。 (2) 具有简单磁路、电磁铁、变压器分析和计算的能力。 (3) 能熟练使用变压器和各种低压电器。 第一节 磁路及霍尔效应 一、磁场的基本物理量 磁场的基本性质与特征可用磁感应强度 B、磁通 O 、磁导率 u 、磁场强度 等物理量来描述。 1 ．磁感应强度 B 磁感应强度 B 是表示磁场中某点磁场强弱和方向的物理量，是个矢量。其值可用下式衡量 式中：△ l —— 位于磁场内某点与磁场方向垂直的导体的长 度； I —— 通人该导体的电流； △F—— 导体所受的电磁力。 如图 3-1 所示。 磁感应强度 B 的方向与产生磁场的励磁电流方向满足右手螺旋定则。 在国际单位制中， 磁感应强度 B 的单位为特斯拉， 简称特， 以符号 y 表示。 2 ．磁通 O 磁感应强度 B 与垂直于磁场方向的面积 s 的乘积，称为穿过该面积的磁感应强度的通量，简称磁通。在匀强磁场中，可用数学式表示为 在国际单位制中，磁通 O 的单位为韦伯，以符号 Wb 表示。式 (3-2) 可改写成 第 52 页 B=o/s (3-3) 式(3 — 3) 表明，磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通，因此，磁感应强度 B 又称为磁通密度，简称磁密。 3 ．磁导率 u 通过实验表明，通电导体产生的磁场，其磁感应强度除了与通电导体的形状、电流的大小以及相对位置有关外，还与磁场中的物质有关。例如， 在同一通电螺旋管里放入不同的物质 ( 如铜、铁等 ) ，在同一点所得到的磁感应强度不相同。 磁导率 u 是用来衡量物质导磁能力的物理量，其国际单位为亨利／米，以符号 H ／m 表示。物质按导磁性能的不同分为铁磁物质 ( 铁、钴、镍及 其合金 ) 和非铁磁物质两类。非铁磁物质的磁导率卢与真空的磁导率 uo 。相差很小，通常认为两者相同。实验测得线H ／ m ，且为一常数。 铁磁物质的磁导率 u 要比真空的 uo 大许多倍 ( 几百 —几万倍不等 ) 。为了比较各种物质的导磁能力，通常把某种物质的磁导率 u 和真空的磁导 率 uo 的比值叫做该物质的相对磁导率，用 ur ，表示，即 对于非铁磁物质来说， ur ≈1 而铁磁物质的 ur 很高。 4 ．磁场强度 为了计算方便，引入磁场强度的概念，并把它定义为磁感应强度 D 与该处物质的磁导率 u 之比，即 式 (3 —5) 表明，磁场强度 未计及物质磁导率／ 对磁场的影响，只计及电流的大小和通电导体的形状及位置的影响，便于计算磁场。 磁场强度 H 也是一个矢量。磁场中某点磁场强度的方向即为该点磁感应强度的方向。在国际单位制中，磁场强度 的单位是安／米，符号为 A ／ m 。 二、铁磁材料的磁性能 前面已谈到铁磁物质具有高导磁性能，这一性能使得铁磁材料在电工技术中有重要的应用。此外，铁磁材料还具有磁饱和与磁滞性能，这些性 能可通过它的磁化曲线 ．高导磁性 铁磁材料的磁导率／ J 是非铁磁材料的磁导率 ( ≈uo) 的几百～几万倍，具有高导磁性。所以用铁磁材料作芯子的线圈，相对于空心线圈来讲，只 需用较小的电流就能产生较强的磁场。因此电机、电器等设备都应用铁磁材料，使其体积和重量大大减小。 2 ．磁化曲线及其磁饱和性 以纵坐标表示磁感应强度 D ，横坐标表示磁场强度 ，这样作出的曲线称为磁化曲线或称为 B-H 曲线。 B-II 曲线可通过实验得到。例如，将线 圈均匀地绕在一个没有磁化的铁磁材料制造成的环状闭合铁心上，如图 3-2a) 所示，改变通人线圈内的电流／的大小，能够获得一条磁化曲线b) 所示。 第五章 直流稳压电源 在工农业生产和日常生活中最容易获得的电源是交流电，但在电子线路和自动控制装置等许多方面都是用电压稳定的直流电源供电，而直流电 的获得，除电池和直流发电机外，目前普遍的使用的是运用各种半导体技术将交流电变成直流电的直流稳压电源。 图 5 — 1 所示是半导体直流电源的原理方框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。 根据上图，通过本章学习应达到下列基础要求： (1) 了解半导体的导电特性和二极管的结构、特性及参数。 (2) 熟悉单相整流电路， 整流电压与电流的波形， 整流电压平均值与交流电压有效值之间的关系， 并能初步选用整流元件； 了解滤波器的作用 ( 主 要是电容滤波 ) ；了解稳压管稳压电路和集成三端稳压器组成的稳压电路的结构。 第一节 半导体的基本知识 一、半导体的导电特性 自 1948 年第一个晶体管问世以来，半导体技术有了飞跃的发展。所谓半导体，顾名思义，就是它的导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、 锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。 很多半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。例如有些半导体对温度的反应特别灵敏，环境和温度增高时，它的导电能力要增强很多， 利用这种特性就做成了各种热敏元件。有些半导体受到光照时，它的导电能力变得很强，当无光照时，又变得像绝缘体那样不导电，利用这种特性就 做成了各种光电元件。 更重要的是，如果在纯净的半导体中掺人微量的有用杂质后，它的导电能力就可增加几十万甚至几百万倍。 半导体之所以有如此悬殊的导电特性，最终的原因在于物质内部的特殊性。下面粗略地介绍一下半导体物质的内部结构和导电机理。 用的最多的半导体是硅和锗。图 5— 2 是锗和硅的原子结构图。它们各有四个价电子，都 第 118 页 是四价元素。 将锗和硅材料提纯 ( 去掉无用杂质 ) 并形成单晶体后， 所有原子便基本上整齐排列， 因具备这种晶体结构， 所以半导体也称为晶体， 这就是晶体管名称的由来。 完全纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合，形成所谓的共价键结 构。在获得一定能量 ( 温度增高或受光照 ) 后，共价键中的电子可挣脱原子核的束缚，成为自由电子。在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价 键中就留下一个空位，称为空穴。所以在半导体中参与导电的有两种载流子：自由电子和空穴。 二 . P 型和 N 型半导体 本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少，导电能力仍然很弱。如果在其中掺入微量的杂质 ( 某种元素 ) ，这将使掺杂后 的半导体 ( 杂质半导体 ) 的导电性能大大增强。 由于掺人的杂质不同，杂质半导体可分为两大类。 一类是在硅和锗晶体中掺人磷 ( 或其它五价元素 ) ，磷原子参加共价键结构只需要四个价电子，多余的第五个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为 自由电子。于是半导体中的自由电子的数目大量增加，自由电子成为这种半导体中的多数载流子，而空穴则是少数载流子。故称为电子半导体或 N 型 半导体。其示意图如图 5 — 3a) 所示。 另一类是在硅和锗晶体中掺人硼 ( 或其它三价元素 ) 。每个三价硼原子只有三个价电子，故在构成共价键时，因缺少一个电子而形成一个空穴， 其示意图如图 5 — 3b) 所示。这样一来，在半导体中就形成了大量的空穴。这种以空穴为多数载流子的半导体称为空穴半导体或 P 型半导体。自由电 子则是少数载流子。 三、 PN 结及其特性 如果通过掺杂使一块半寻体的一边形成 P 型半导体，另一边形成 N 型半导体，则在这两种半导体的交界处将形成一个具有特殊性质的称为 PN 结的薄层。如图 5-4 所示。刚结虽然 第六章 交流放大电路 放大电路的作用是把微弱的信号加以放大，在输出端输出一个与输入信号频率一致而幅度增大了的信号。 放大电路在广播、通讯、测量和自动控制中都有广泛的应用。例如，收音机、电视机从天线接收到的电信号是很微弱的，一定要经过放大电路加 以放大才能推动扬声器和显像管工作。通常温度、压力等待测物理量的变化通过传感器变换后也是微弱的电信号，需经过放大以后做处理。常用的 简单放大电路是利用三极管的电流控制作用或场效应晶体管的电压控制作用实现对微弱信号的放大。 本章主要学习由三极管组成的简单放大电路。通过本章的学习，应达到下列基础要求： (1) 了解半导体三极管的结构、原理和特性。 (2) 掌握基本电压放大电路的组成和常见的电路结构。 (3) 了解交流放大电路主要的静态和动态参数。 (4) 掌握多级放大电路、差动放大电路和功率放大电路的结构和作用。 第一节 半导体三极管 一、基本结构 半导体三极管 ( 亦称晶体管 ) 是通过一定的工艺，将两个 PN 结结合在一起的器件。半导体三极管的种类很多，按频率分，有高频管、低频管；按 功率分，有小、中、大功率管。 依照结构的不同， 三极管可分为 NPN 型和 PNP 两种类型。 三极管是由三层半导体制成的两个 PN 结 ( 发射结和集电结 ) 。其特点是中间一层 P( 或 N) 型半导体特别薄 ( 几微米到几十微米 ) ，两边各为一层 N( 或 P) 型半导体。图 6-1 是 NPN 和 PNP 型三极管的结构示意图与符号。 从三块半导体上各自引出一根引线就是三极管的三个电极，它们分别叫做发射极 E 、基极 B 和集电极 c ，对应的每块半导体称为发射区、基区 和集电区。虽然发射区和集电区都是 N( 或 P) 型半 第 131 页 导体，但是发射区比集电区掺的杂质多，因此它们并不对称，使用时这两个极也不能混淆。 二、电流分配与放大原理 以 NPN 型三极管为例，我们通过一个实验来了解半导体三极管的放大原理和其中的电流分配情况，实验电路如图 6 —2 所示。 将三极管接成两条电路，一条是由电源 Ucc 的正极经过电阻 RB( 通常为几百千欧的可调电阻 ) 、基极、发射极到电源 ucc 的负极，称为墓极回 路。另一条是由电源 Ucc 的正极经过电阻 Rc 、集电极、发射极再回到电源 uCC 的负极，构成集电极回路。各支路中串有电流表，集电极与发射极可 接毫安表，基极电流很小，可采用微安表。 改变可变电阻 RB ，则基极电流 IB 、集电极电流 Ic 和发射极电流 IE 都发生明显的变化，电流方向如图 6-2 所示，测量结果列于表 6-1 中。 由实验及测量结果可得出如下结论： (1) 基极电流 IB 和集电极电流 Ic 之和等于发射极电流 IE ，即 IE=IB 十 Ic (2) 基极电流 IB 比集电极电流 Ic 和发射极电流 IE 小得多，忽略 IB 不计，则发射极电流约等于集电极电流。即有 (3) 半导体三极管有电流放大作用，从实验数据能够准确的看出， Ic 与 IB 的比值近似为一常数， 即 以上两式中的 P 和 p 分别称为三极管的静态和动态电流放大系数，从表 6-1 中，我们还能够准确的看出对一个半导体三极管来说，这个电流放大系数 在一些范围内几乎不变。 在图 6 — 2 的实验电路中，发射极支路是两个电路回路所共用的，所以这种接法称为共发极电路。 三、半导体三极管的输入、输出特性曲线三极管采用共发射极接法时，信号从基极一发射极回路输入，从集电极一发射极回路输 出。所以有两条伏安特性曲线。这些特性曲线可用晶体管特性仪直观地显示出来，也可通过 铁硅铝磁粉芯 产品描述 105 14000 0 0 （T ） 初始磁导率 饱和磁通密度 高 斯 0. 0 6 0 0 085 （℃） 矫顽力 （K 居里温度 A / m ） 7. 0 （g/ 密度 c m 3 ） 它是由 85% 铁 ,9% 硅 ,6% 铝的合金粉末 ,经过特殊工艺处理 .压制成环状或 E 型磁粉芯，场上 通常称之为 Kool M μ磁粉或 Sendust 磁粉芯 . 1)原材料中不含贵金属 ,如 Ni,Me , 成本低于含 Ni, 的高磁通磁芯和铁镍钼磁粉芯 . 比铁粉芯略贵些 . 2)磁滞系数低 ,可制成低躁声器件 3) 温度稳定性高 ,温度系数与其他磁芯材料组成复合磁芯，有很好的 温度补偿作用 . 4)最大磁体温度达到 10500 高斯 . 5)损耗低 ,远低于铁粉芯的损耗 .高频率磁芯工作条件下，磁粉芯的 温度还远低于铁粉芯 ,可以和 MPP 和 High Flux 磁芯相比 . 产品图片 选择图片 共 1 有关信息 显示 1 该公司联系信息 更多 企业名称︰ 海宁市伊尔曼格电子有限公司 公司地址︰ 中国浙江省海宁市海昌路４９号海宁市科技创业中心２楼 公司电线- 公司传线- 联系人︰ 徐一石 (销售 ) 联系方式︰ 变压器特性及原理 变压器 利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为 信号传输的重要元件 一. 磁性材料的基本特性 1. 磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场 H 作用下，必有相应的磁化强度 M 或磁感 应强度 B ，它们随磁场强度 H 的变化曲线称为磁化曲线（ M ～ H 或 B ～H 曲线）。磁化曲线一般来说是非 线 个特点： 磁饱和现象及磁滞现象。 即当磁场强度 H 足够大时，磁化强度 M 达到一个确定的 饱和值 Ms ，继续增大 H，Ms 保持不变；以及当材料的 M 值达到饱和后，外磁场 H 降低为零时， M 并不 恢复为零，而是沿 MsMr 曲线变化。材料的工作状态相当于 M ～ H 曲线或 B ～H 曲线上的某一点，该点常 称为工作点。 2. 软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度 Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状 态是材料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度 Br ：是磁滞回线上的特征参数， H 回到 0 时的 B 值。 矩形比： Br ∕Bs 矫顽力 Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺 陷（杂质、应力等）。 磁导率 μ：是磁滞回线上任何点所对应的 B 与 H 的比值，与器件工 作状态紧密关联。 初始磁导率 μi、最大磁导率 μm、微分磁导率 μd、振幅磁导率 μa、有 效磁导率 μe、脉冲磁导率 μp。 居里温度 Tc：铁磁物质的磁化强度随温度上升而下降，达到某一温 度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确 定了磁性器件工作的上限温度。 损耗 P：磁滞损耗 Ph 及涡流损耗 Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe∝ f2 t2 / ， ρ降低， 磁滞损耗 Ph 的方法是降低矫顽力 Hc；降低涡流损耗 Pe 的方法是减 薄磁性材料的厚度 t 及提高材料的电阻率 ρ。在自由静止空气中磁芯 的损耗与磁芯的温升关系为： 总功率耗散（ mW ）/表面积（ cm2） 3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 在设计软磁器件时，首先要依据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的 几何形状及磁化状态紧密关联。设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的 转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选用磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据 磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。 二、软磁材料的发展及种类 1. 软磁材料的发展 软磁材料在工业中的应用始于 19 世纪末。随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢 制造电机与变压器， 在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、 氧化铁、 细铁丝 等。到 20 世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。直至 现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。到 20 年代，无线电技术的兴起，促进了高 导磁材料的发展， 出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。 从 40 年代到 60 年代， 是科学技术 快速的提升的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出 了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。进入 70 年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的 发展， 研制出了磁头用软磁合金， 除了传统的晶态软磁合金外， 又兴起了另一类材料 —非晶 态软磁合金。 2. 常用软磁磁芯的种类 铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。 按（主要成分、磁性特点、结构特点）制品形态分类： (1) 粉芯类： 磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（ High Flux ）、坡莫合金 粉芯（ MPP ）、铁氧体磁芯 (2) 带绕铁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金 三 常用软磁磁芯的特点及应用 (一 ) 粉芯类 1. 磁粉芯 磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。 由于铁磁性颗粒很小 （高 频下使用的为 0.5 ～5 微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面能够隔绝涡流， 材料适用于较高频率； 另一方面由于颗粒之间的间隙效应， 导致材料具备低导磁率及恒导磁 特性； 又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主 要用于高频电感。 磁粉芯的磁电性能主要根据粉粒材料的导磁率、 粉粒的大小和形状、 它 们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。 常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。 磁芯的有效磁导率 μe及电感的计算公式为： μe = DL/4N2S × 109 其中： D 为磁芯平均直径（ cm ），L 为电感量（享） ，N 为绕线匝数， S 为磁芯有效截面积 （cm2 ）。 (1) 铁粉芯 常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。 在粉芯中价格最低。 饱和磁感应强度值 在 1.4T 左右；磁导率范围从 22～ 100；初始磁导率 μi随频率的变化稳定性高；直流电流叠 加性能好；但高频下损耗高。 铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化 铁粉芯初始磁导率随频率的变化 (2). 坡莫合金粉芯 坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯（ MPP ）及高磁通量粉芯（ High Flux ）。 MPP 是由 81%Ni 、2%Mo 及 Fe 粉构成。主要特征是：饱和磁感应强度值在 7500Gs 左右； 磁导率范围大，从 14～550 ；在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，大范围的使用在太 空设备、露天设备等；磁致伸缩系数接近零， 在不同的频率下工作时无噪声产生。 主要使用在 于 300kHz 以下的高品质因素 Q 滤波器、 感应负载线圈、谐振电路、 在对温度稳定性要求高 的 LC 电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等 , 在 AC 电路中常用 , 粉芯中价格最贵。 高磁通粉芯 HF 是由 50%Ni 、50%Fe 粉构成。 主要特征是： 饱和磁感应强度值在 15000Gs 左 右；磁导率范围从 14～ 160；在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度，最高的直流偏压能力； 磁芯体积小。 主要使用在于线路滤波器、 交流电感、 输出电感、 功率因素校正电路等 , 在 DC 电 路中常用，高 DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于 MPP 。 (3) 铁硅铝粉芯（ Kool M μ Cores） 铁硅铝粉芯由 9%Al 、5%Si, 85%Fe 粉构成。主要是替代铁粉芯，损耗比铁粉芯低 80%，可 在 8kHz 以上频率下使用；饱和磁感在 1.05T 左右；导磁率从 26 ～ 125；磁致伸缩系数接近 0，在不同的频率下工作时无噪声产生；比 MPP 有更高的 DC 偏压能力；具有最佳的性能价 格比。主要使用在于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率因素校正电路等。有时也替代有 气隙铁氧体作变压器铁芯使用。 2. 软磁铁氧体（ Ferrites） 软磁铁氧体是以 Fe2O3 为主成分的亚铁磁性氧化物，采用粉末冶金方法生产。有 Mn-Zn 、 Cu-Zn 、Ni-Zn 等几类，其中 Mn-Zn 铁氧体的产量和用量最大， Mn-Zn 铁氧体的电阻率低， 为 1～ 10 欧姆 -米，一般在 100kHZ 以下的频率使用。 Cu-Zn 、Ni-Zn 铁氧体的电阻率为 102～ 104 欧姆 -米，在 100kHz ～ 10 兆赫的无线电频段的损耗小，多用在无线电用天线线圈、无 线电中频变压器。磁芯形状种类丰富，有 E 、 I、U 、 EC、ETD 形、方形（ RM 、EP 、PQ）、 罐形（ PC、RS、DS ）及圆形等。在应用上很方便。由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也 能得到高磁导率， 粉末冶金方法又适宜于大批量生产， 因此成本低， 又因为是烧结物硬度大、 对应力不敏感，在应用上很方便。而且磁导率随频率的变化特性稳定，在 150kHz 以下基本 保持不变。 随着软磁铁氧体的出现， 磁粉芯的生产大幅度减少了， 很多原来使用磁粉芯的地方 均被软磁铁氧体所代替。 国内外铁氧体的生产厂商很多， 在此仅以美国的 Magnetics 公司生产的 Mn-Zn 铁氧体为例介 绍其应用状况。分为三类基本材料：电信用基本材料、宽带及 EMI 材料、功率型材料。 电信用铁氧体的磁导率从 750～2300, 具有低损耗因子、高品质因素 Q 、稳定的磁导率随温 度/ 时间关系 , 是磁导率在工作中下降最慢的一种，约每 10 年下降 3% ～4% 。大范围的应用于高 Q 滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器。宽带铁氧体也就是常说 的高导磁率铁氧体，磁导率分别有 5000 、 10000、 15000。其特性为具有低损耗因子、高磁 导率、高阻抗 / 频率特性。大范围的应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器、漏电保护器、 绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和 EMI 上多用。功率铁氧体具有高的饱和 磁感应强度，为 4000～5000Gs 。另外具有低损耗 / 频率关系和低损耗 / 温度关系。也就是说， 随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大。大范围的应用于功率扼流圈、并列式 滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。 电信用铁氧体的磁导率从 750 ～2300, 具有低损耗因子、 高品质因素 Q 、稳定的磁导率随温度 / 时间关系 , 是 磁导率在工作中下降最慢的一种， 约每 10 年下降 3%～4% 。大范围的应用于高 Q 滤波器、 调谐滤波器、 负载线 圈、阻抗匹配变压器、 接近传感器。 宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体， 磁导率分别有 5000、10000、 15000 。其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗 /频率特性。大范围的应用于共模滤波器、饱和电感、电 流互感器、漏电保护器、绝缘变压器、信号及脉冲变压器，在宽带变压器和 EMI 上多用。功率铁氧体具有 高的饱和磁感应强度，为 4000～5000Gs。另外具有低损耗 / 频率关系和低损耗 /温度关系。也就是说，随频 率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大。大范围的应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源 变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。 (二 ) 带绕铁芯 1. 硅钢片铁芯 硅钢片是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在 4.5% 以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。该类铁芯具 有最高的饱和磁感应强度值为 20000Gs；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格实惠公道，机 械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器 等铁芯

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