电工电子教案.doc

电工电子教案

李红岩

教学目标

教材分析

课时安排

教学要求

教材分析
教学方法

教学内容

课堂小结

课后记

教学要求

教材分析

教学方法

教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法

教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法

教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学目标

教材分析

课时安排

教学要求

教材分析
教学方法
教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法

教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法

教学内容

课后记

教学目标

教材分析

课时安排

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学目标

教材分析

课时安排

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学要求

教材分析

教学方法
教学内容

课后记

教学目标

教材分析

课时安排

第 1 章 电路分析基础
了解电路分析基础知识；
理解电路基本物理量和基本元器件；
掌握电路基本分析方法及方法的选择。
重点：电路三大基本元件的特性；
基尔霍夫定律及其应用
难点：参考方向的理解和掌握；
应用基尔霍夫定律对电路进行分析的方法；
戴维南定理的应用
1.1 电路和电路模型 1课时
1.2 电路的基本物理量 2课时
1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态 2课时
1.4 线性电路元件及其伏安特性 2课时
1.5 基尔霍夫定律 2课时
1.6 叠加定理 1课时

绪 论
一、电工电子技术课程简介
1、课程性质
2、主要内容和任务
3、与本专业关系
二、电工电子技术的发展简史与现状
三、教学安排
四、学习方法与基本要求

1.1 电路和电路模型
熟悉电路的基本组成及各部分作用；
理解电路模型的概念。
重点：电路模型
讲授法
一、电路
1、电路：电流通过的路径。
2、电路的组成：
电源（信号源）：电路中提供电能（信号）的装置。如发电机、蓄电池等。
负载：电路中接收电能（信号）的设备。如电动机、扬声器等。
中间环节：电源（信号源）和负载之间的连接、控制和保护部件，如导线、开关、运算放大器、各种继电保护设备等。
3、电路的功能：
电力电路：传输、分配、转换电能；
电子电路：传递、存储、处理信号。
二、电路模型
电路模型：与实际电路相对应、由理想电路元件构成的电路图，称为实际电路的电路模型。

电源
负
载
负载
电源
开关
实际电路
I
S
Us
+
_
Ro
中间环节
电路模型
RL
+
U
–
导线

理想电路元件分有源、无源两大类：
电阻元件
R
无源二端元件
电感元件
L
电容元件
C
理想电压源
+
Us
–
Is
有源二端元件

理想电流源

本书研究的电路是实际电路的电路模型。某些实际器件可用一个理想电路元件代替，某些实际器件需用几个理想电路元件的组合来代替。电路模型就是用理想电路元件代替实际器件组成的电路。
学生听课状态良好。

1.2 电路的基本物理量
理解电路的主要物理量的概念；
理解电压、电流参考方向的概念及其在电路分析中的作用；
熟练掌握电功率的计算。
重点：电路中的电压、电流及其参考方向；
功率的计算
难点：参考方向的概念及其应用
讲授法
复习提问
1. 电路的组成与功能？
2. 电路模型？
3. 理想电路元件的分类？
引入新课
电路分析的最终目标是分析电路的电压、电流、功率。
讲授新课
一、电流
1、定义：电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度等于单位时间内通过导体横截面的电荷量。
2、大小： 直流情况下
3、单位：安培(A), 千安(kA), 毫安(mA), 微安(μA)
1A=103mA=106μA=109nA
4、方向：正电荷定向移动的方向
5、参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向。电路中用箭头表示。
问题：为什么要设参考方向？
电流方向
BÞA？
电流方向
AÞB？
U1
A
B
R
U2
IR
Eg.

解决方法：
(1) 先设定一个正方向，作为参考方向；
(2) 根据参考方向和电路的基本定律，列出物理量间相互关系的代数表达式；
(3) 根据计算结果确定实际方向:
若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；
若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。
二、电压
1、定义：电压是电路中产生电流的根本原因。电压等于电路中两点电位之差。电路中a、b两点间的电压定义为电场力把单位正电荷由a点移至b点所做的功。
2、大小： 直流情况下
3、单位：伏(V), 千伏 (kV), 毫伏 (mV), 微伏(μV)
1V=103mV=10-3KV
4、方向：由高电位指向低电位
5、参考方向：分析计算时，任意设定的假想方向。电路中用箭头/“+ -”极性/双下标表示。

_
+
正负号
a
b
Uab（高电位在前，低电位在后）
双下标

箭 头

a
b
表示

电流、电压的参考方向：
关联参考方向：电流、电压参考方向一致。相反，为非关联参考方向。
1、对负载元件应选取关联参考方向，对电源元件选取非关联参考方向；
2、参考方向一经选定，在计算过程中不允许变更；
3、电量的真实方向以计算结果和参考方向二者共同确定。
三、电功率
1、定义：单位时间内电流所做的功。是用来表示电流做功快慢的物理量。
2、大小：
3、单位：MW, kW, W,mW
1W=10-3kW=10-6MW=103mW
4、功率与电压、电流的关系
u、i取关联参考方向时：p =ui；
u、i取非关联参考方向时：p =-ui
5、元件功率性质的判别：
(1) 根据计算结果的正负取值判别：
p>0，吸收功率，为负载；
p<0发出功率，为电源
(2) 根据电压、电流的实际方向判断：
u、i实际方向相同，吸收功率，为负载；
u、i实际方向相反，发出功率，为电源
6、功率平衡
在一个完整的电路内，电功率平衡，即总发出功率等于总的吸收功率。
∑P发出=∑P吸收
Eg.已知I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V，
求各元件功率，判断其功率性质，
并分析电路的功率平衡关系。
解：
元件A：U、I取非关联方向，P1=－U1I=－10×1=－10W，P1<0，发出10W功率，电源。
元件B：U、I取关联方向，P2=U2I=6×1=6W，P2>0，吸收10W功率，负载。
元件C：U、I取关联方向，P3=U3I =4×1=4W，P3>0，吸收10W功率，负载。
P1+P2+P3=－10+6+4=0，功率平衡。
四、电能
1、定义：电流通过负载所做的功。电流做功所消耗电能的多少可以用电功来量度。
2、大小：
3、单位：
五、效率
1、定义：输出功率与输入功率的比值
2、大小：
反馈练习
已知U1= -1V，U2=-3V，U3=-1V，U4=1V，U5=2V，I1=4A，I5=-2A, I3=-2A，
试判断各元件是电源还是负载，并验证功率平衡。

（元件1，3，4 ，5为负载；元件2为电源。）
课堂小结
在分析电路时，首先需假定电路中支路电流和电压的参考方向。当电压和电流为正值时，实际方向和参考方向一致；当电压和电流为负值时，实际方向和参考方向相反。当元件电流和电压参考方向一致时，该元件为关联参考方向；否则，为非关联参考方向。
在关联参考方向下，功率表示元件吸收功率，即功率大于零，元件吸收功率，该元件为负载；功率小于零，元件发出功率，该元件为电源。在非关联参考方向下，功率表示元件发出功率，即功率大于零，元件发出功率，该元件为电源；功率小于零，元件吸收功率，该元件为负载。
布置作业
1-2-3 1-2-4
要善于提问调动其主动性、积极性。

1.3 电气设备的额定值及电路的工作状态
理解电气设备额定值的概念；
熟悉电路的三种状态及其特点；
了解电源的外特性。
重点：电路的三种工作状态
难点：各状态下电压、电流关系
讲授法
复习提问
1． 为何要引入参考方向？参考方向与实际方向有何联系与区别？
2． 如何判别元件是电源还是负载？
引入新课
（开门见山）
讲授新课
一、 电气设备的额定值 （PN UN IN RN）
1、额定值：电气设备正常运行的最高限额。
(1) 额定值反映电气设备的使用安全性
(2) 额定值表示电气设备的工作能力
2、电气设备的3种工作状态：
(1) 额定状态（满载）：I=IN，P=PN （经济合理安全可靠）
(2) 过载状态（超载）：I>IN，P>PN （设备易损）
(3) 轻载状态（欠载）：I

U
I
0
US
电源的外特性

(3)

负载
取用
功率
电源
产生
功率
内阻、
线路
损耗
功率

I＝0

＋
US
－
RS
RL
2、开路
＋

U=US
-
－

特征：
(1) I＝0
(2) U= US 电源端电压 ( 开路电压 )
(3) P= 0
3、短路

＋
US S
－
RS
RL

I＝US/RS
＋

U=0
-

－

特征：
(1) I＝US/RS
(2) U= 0
(3) P=0
(4) PE= DP = I²R0
为避免短路，电路中要加入熔断器(俗称保险丝)。
反馈练习
1、一个铭牌标示“1W、100Ω”的电阻，该电阻允许加的最高电压=？允许通过的最大电流=？
2、电源的开路电压为12V,短路电流为30A,则电源的US=?RS=？
课堂小结
本节介绍了电气设备的额定值及电路的三种工作状态。
布置作业
1-3-2 1-3-4
节奏要掌控好。

1.4 线性电路元件及其伏安特性
熟练掌握各种理想电路元件的伏安关系；
掌握实际电源的两种模型并能等效变换。
通过学习培养学生严密的逻辑思维能力。
重点：电阻、电感和电容元件的电压和电流的关系
难点：电感、电容元件的伏安关系
讲授法
复习提问
1. 额定电流为100A的发电机，只接了60A的照明负载，还有40A电流去哪了？
2. 电源外特性与横轴相交处的电流=？电源工作状态？
引入新课
由电路模型概念引入
讲授新课
一、 基本电路元件
U
I
0
1、 电阻元件（R）
R

线性电阻元件
伏安特性

电阻元件是即时元件

电阻元件是耗能元件

ψL
i
0
L
2、 电感元件（L）

线性电感元件
韦安特性

电感元件是动态元件

电感元件是储能元件

q
u
0
3、 电容元件（C）
C

线性电容元件
库伏特性

电容元件是动态元件

电容元件是储能元件

二、电源元件
一个电源可以用两种模型来表示。用电压的形式表示称为电压源，用电流的形式表示称为电流源。
US
RL
b
+
_
a
Rs
0
I
U
1、电压源
U
+
_
U= US

理想电压源的外特性
电压源电路

当实际电压源的内阻 RS=0（相当于短路）时，U = US 为一定值，此时通过电压源的电流 I 由负载电阻 RL 和 U 共同确定，这样的电源称为理想电压源，简称电压源。

2、电流源
I
0
U/V
I/A
IS
RL
b
a
RS

I=IS
U
+
_

理想电流源的外特性
电流源电路

当实际电流源的内阻 RS=∞（相当于开路）时，I= IS 为一定值，而电流源两端电压则由负载电阻 RL 和 I 共同确定，这样的电源称为理想电流源，简称电流源。

a
b
RS
RL
US
+
_
a
3、实际电源的两种电路模型

I
U
+
_
实际电压源模型
实际电流源模型
RS
U
RL
RS
IS
b
U
+
_

若实际电源输出的电压变化不大，可用电压源和电阻相串联的电源模型表示，即实际电源的电压源模型；若实际电源输出的电流变化不大，则可用电流源和电阻相并联的电源模型表示，即实际电源的电流源模型。
4、两种电源之间的等效变换
等效变换的条件：当接有同样的负载时，对外的电压、电流相等。内阻改并联
Is =
Us
RS
b
I
RS
Uab
+
_
US
+
_
a
IS
R0
US
b
I
RS
Uab
+
_
a
Us = Is RS

内阻改串联

反馈练习
1、uL=0时，WL是否也为0？若ic=0时，WC是否为0？
2、

–

+
12V
3A
L
直流情况下，电感线圈的等效电路模型？
课堂小结
电路中常用的理想电路元件有电阻、电感、电容、理想电压源和理想电流源。理想电路元件分无源元件和有源元件。无源元件包括电阻、电感和电容，同时电感和电容还是储能元件。电阻元件的电压和电流关系是一条通过原点的直线，其电压和电流是瞬时一一对应的。电感和电容元件电压和电流的关系是微积分关系。有源元件包括理想电压源和理想电流源。
布置作业
1-4-2 1-4-4
学习目标首尾呼应。

1.5 基尔霍夫定律
进一步熟悉欧姆定律及其应用；
理解基尔霍夫两定律阐述的内容，初步掌握基尔霍夫两定律的应用；熟悉负载上获得最大功率的条件。
重点：基尔霍夫定律及其应用
难点：参考正方向运用，应用基尔霍夫定律对电路进行分析的方法
讲授法
复习提问
1. 电感元件在直流时相当于短路， L 是否为零？电容元件在直流时相当于开路，C是否为零？
2. 理想电源和实际电源有何区别？理想电源之间能否等效互换？实际电源模型的互换如何？
引入新课
由欧姆定律引入基尔霍夫定律
讲授新课
R2
R1
U
I
I1
I2

R
U
I
R1
R2
I
U
U1
U2
一、电阻的串联与并联

如果两个串联电阻有：
R1>>R2，则R≈R1
如果两个并联电阻有：
R1>>R2，则R≈R2
并联各电阻两端的电压相同。
电阻的串联
电阻的并联
等效电阻

串联各电阻中通过的电流相同。

电阻的混联计算举例：

Rab=R1+ R6+(R2//R3)+(R4//R5)

R1
R2
R3
R4
R5
R6
a
b

分析：由a、b端向里看， R2和R3， R4和R5均连接在相同的两点之间，因此是并联关系，把这4个电阻两两并联后，电路中除了a、b两点不再有结点，所以它们的等效电阻与R1和R6相串联。
电阻混联电路的等效电阻计算，关键在于正确找出电路的联接点，然后分别把两两结点之间的电阻进行串、并联简化计算，最后将简化的等效电阻相加即可求出。
二、电路名词
1、支路：一个或几个二端元件首尾相接中间没有分岔，使各元件上通过的电流相等，这种连接方式称为支路。
2、结点：三条或三条以上支路的联接点称之为结点。
3、回路：电路中的任意闭合路径称为回路。
4、网孔：单一闭合路径，其中不包含其它支路的回路称为网孔。
Eg.

#1
#2
#3
回路几个？
a
b
I1
I2
I3
U2
+
-
R1
R3
R2
+
_
U1
+
_
几条支路？
结点几个？
网孔数？

三、基尔霍夫定律
基尔霍夫定律：用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基氏电流定律（KCL）和基氏电压定律（KVL)两个定律。
1、基尔霍夫电流定律（KCL）
KCL内容：对任意结点，在任一瞬间，流入结点的电流之和等于由结点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，流入一个节点上的电流的代数和恒等于零。

S I =0

or
I1
I2
I3
I4

基氏电流定律的推广: 电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。
广义节点
I=?
I1111
I2
I3
I
U2
R
U3
+
_
U2
+
_
U1
+
_
R
R
R
I1+I2=I3
I=0
广义节点

2、基尔霍夫电压定律（KVL）
KVL内容：对电路中的任一回路，沿任意绕行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压降的代数和恒为零。
∑IR=∑US 或 ∑U=0
I1
I2
I3
R3
US1
+
_
US2
_
+
R1
R2

对#1列KVL方程：

#1
#2
#3

对#2列KVL方程：

对#3列KVL方程：

基氏电压定律的推广: KVL定律可以扩展应用于任意假想的闭合回路。
反馈练习
A4=？
A5 =？

R1
R2
I1
I2
I
R3
I3
A4
A5

课堂小结
分析电路时要利用电路中存在的两类约束关系。第一类约束是元件本身电压和电流的关系。第二类约束(拓扑约束)是基尔霍夫定律，描述电路中的连接约束关系。基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。KCL描述了电路连接中各支路电流之间存在的约束关系，它的本质是电荷守恒在集总参数电路中的体现。KVL描述了电路连接中各个支路电压之间存在的约束关系，它的本质是电压与路径无关。对一个具有n个结点，b条支路的电路来说，KCL独立方程个数为n-1；KVL独立方程个数为b-n+1。
布置作业
1-5-2 1-2
引导要恰切，环环相扣。

1.6 叠加定理
理解线性电路的叠加性；
掌握叠加定理的应用。
重点：叠加定理
难点：线性电路的叠加性
讲授法
复习提问
基尔霍夫定律
引入新课
由线性电路引入
讲授新课
叠加定理：在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。
叠加定理是线性电路具有的重要性质，利用叠加定理进行电路分析时，必须注意如下几个方面的问题。
（1） 各个电源分别单独作用是指独立电源，而不包括受控源，在用叠加定理分析电路时，独立电源分别单独作用时，受控源一直在每个分解电路中存在；
（2） 独立电流源不作用，在电流源处相当于开路；独立电压源不作用，在电压源处相当于短路。
（3） 线性电路中电流和电压一次性函数可以叠加，但由于功率不是电压或电流的一次性函数，所以功率不能采用叠加定理。
（4）叠加定理使用时，各分电路中的电压和电流的参考方向可以取为与原电路中的相同。取叠加时，应注意各分量前的“+”、“–”符号。
Eg. 用叠加原理求：I= ?

+

-
I
4A
20V
10W
10W
10W

解：
20V电压源单独作用时：

I′
4A
10W
10W
10W

4A电流源单独作用时：

+
-
I″
20V
10W
10W
10W

反馈练习
1．9
课堂小结
叠加定理是线性电路的一个重要特性。在使用叠加定理时必须注意：每个独立电源单独作用时，其它独立电源应为零值，即独立电压源为零是短路，独立电流源为零是开路；分别单独作用是独立电源，而受控源一直在各个单独独立电源作用的电路中存在；功率不能叠加。
布置作业
1-3
根据作业情况可以看出，同学们掌握良好。

第 2 章 正弦交流电路
了解单相交流电路中的几个基本概念；
掌握正弦量的基本特征及相量表示法；
理解和掌握R、L、C三大基本元件的伏安关系；
掌握多元件组合电路的简单分析与计算方法；
了解提高功率因数的意义和方法；
理解有功功率、无功功率及视在功率的概念。
重点：运用相量图法求解电路；
在电路中各种功率的计算
难点：运用相量图法求解电路；
功率因数的理解与如何提高功率因数
2.1 单相交流电路的基本概念 1课时
2.2 交流电的相量表示法 2课时
2.3 单一参数的正弦交流电路 2课时
2.4 多参数组合的正弦交流电路 2课时

2.1 单相交流电路的基本概念
理解正弦交流电的周期、频率和角频率 ；
理解正弦交流电的瞬时值、有效值和最大值 ；
理解正弦交流电的相位、初相和相位差 。
重点：三要素与瞬时值表达式的对应
讲授法
引入新课
与直流电比较引出
讲授新课
一、正弦量（正弦交流电）
1、正弦交流电：随时间按正弦规律周期性变化的电流和电压。
2、正弦交流电的优点：（引导学生得出部分结论）
二、正弦交流电的三要素及数学表达式
1、几个概念：
瞬时值；正弦交流电在任一瞬时的值。
波形图：正弦量随时间变化的曲线。
周期：正弦量变化一周所需的时间。用T表示
频率：正弦量每秒周期性变化的次数。用f表示
2、正弦交流电的瞬时值表达式：
i =Imsin(ωt+Φ)A
其中Im为最大值，ω为角频率，Φ为初相位
3、正弦量的三要素：
（1）最大值： Im （Um，Em）
（2）角频率：数值上等于单位时间内正弦函数辐角的增长值。（弧度/秒）ω= 2π/T
（3）初相位：
相位：ωt+Φ （弧度）
初相位：t=0时的相位 Φ（弧度）
要求掌握：三要素与瞬时值表达式及波形图的对应
三要素←→瞬时值表达式←→波形图
三、相位差：两个同频率正弦量相位之差
四、有效值：
1、有效值：热效应与之相等的直流电流的数值。
2、推导有效值和最大值的关系：
直流：W=I2RT
交流：W=∫0Ti2Rdt=R∫0Ti2dt=R∫0T（ImSinωt）2dt
= RIm∫0T（1—Cos2ωt）/2dt=R/2Im〔∫0T1dt—∫0T（Cos2ωt）dt〕=1/2RTIm
即：I2RT=1/2RTIm I=Im/√2
反馈练习
耐压为220V的电容器，能否用在180V的正弦交流电源上？
课堂小结
本节介绍正弦交流电的基本特征
布置作业
2-1-1 2-1-2
基本简单，掌握良好。

2.2 交流电的相量表示法
掌握复数及其四则运算；
理解正弦交流电相量的概念；
理解正弦交流电相量表示方法、相量图。
重点：正弦量的相量表示及运算
难点：相量运算
讲授法
引入新课
正弦交流电直接计算带来的麻烦引入
讲授新课
一、复数
1、复数的表示形式：
（1）代数形式： A = a+jb
（2）三角函数形式： A = rCosΦ+rSinΦ
（3）指数形式： ejΦ = CosΦ+jSinΦ→ A =ejΦ
（4）极坐标形式：A = r∠Φ
2、复数运算：
（1）加减运算 （代数形式）
若A1 = a1+b1 ，A2 = a2+b2
则A1±A2 =（a1±a2）+j（b1±b2）
（2）乘法运算：（极坐标形式）
若A1 = r1∠Φ1 ，A2 = r2∠Φ2
则 A1·A2 = r1r2∠Φ1+Φ2
（3）除法运算：（极坐标形式）
若 A1 = r1∠Φ1 ，A2 = r2∠Φ2
则 A1/A2 = r1/r2∠Φ1-Φ2
3、旋转因子：j ，-j （j =1∠90°，-j=1∠-90°）
A=r∠Φ ，A·j=r∠Φ90°，A/j=r∠Φ-90°
二、相量
1、相量：表示正弦量的复数。
2、表示方法：复数的模→正弦量的最大值（有效值）
复数的辐角→正弦量的初相位
举例：i=8√2Sin（ωt+50°）A
最大值相量：
有效值相量：
3、相量运算： （同频率正弦量才能加减运算）
（1）运算完全符合复数运算
（2）相量图：把相量在复平面上表示出来叫相量图
反馈练习
相量等于正弦量的说法对吗？正弦量的解析式和相量式之间能用等号吗？
课堂小结
正弦稳态电路的分析应用相量法。
布置作业
2-2-3
脑子动起来了很好。

2.3 单一参数的正弦交流电路
了解三大基本电路元件在正弦交流电路中作用及相量模型；
熟悉其伏安特性和理解电抗的概念；
掌握各种功率的概念。。
重点：R、L、C元件伏安关系的相量形式，及三种元件的功率
难点：L、C元件伏安关系的相量形式
讲授法
引入新课
（开门见山）
讲授新课
电路参数：R、L、C
一、电阻电路
关联：任一瞬时u=iR，p=ui
1、伏安关系：
（1）瞬时关系：u=iR
（2）相量关系：
推导过程：设i=ImSinωt
则u=iR=ImRsinωt=UmSinωt
总结：（1）U=IR （2）u、i同相位 （3）ω相