《电工与电子技术》教案要点.doc
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XX教案
课程名称：
电工与电子技术
授课专业：
授课教师：
教务处制
课程名称
电工与电子技术
课程编号
总学时
96
课程性质
必修
课程类型
专业基础课
课程定位
本课程是工科非电类专业及部分电类专业的一门专业技术基础课
课程教学
目标
使学生掌握必备的电工电子技术与技能，培养学生解决涉及电工电子技术实际问题的能力，为学习后续专业技能课程打下基础。
课程教学
重点
电路基础理论，电路分析的基本方法；半导体器件性能和原理，常用模拟电路的原理和分析方法及应用；数字电路中逻辑电路的分析和设计，触发器的工作原理及应用。
课程教学步骤设计
教学内容
重点、难点
讲授学时
直流电路及电路分析的基本方法
重点：
电路基本概念和分析方法；难点：
电位的概念，参考方向,等效电源原理
10
单相正弦交流电路
重点：
正弦量的三要素，相量表示法，电路元件电压电流的相量形式；难点：
交流电向量分析法
8
三相正弦交流电路
重点：
三相交流电在实际中的应用；难点：
负载星形联接和角形联接的三相电路。
2
电路基础部分实训
12
三相变压器
重点：
变压器工作原理；难点：
变压器工作原理
1
交流电动机和直流电动机
重点：
电动机工作原理；难点：
电动机器工作原理
1
常用半导体器件
重点：
半导体基本知识、导电性和伏安特性曲线，三极管工作原理和特性，二极管和三极管基本应用电路分析方法；难点：
三极管原理
6
放大电路与集成运算放大器
重难点：
放大电路的静态分析和动态分析；差分放大电路的动态分析，集成运放的图形符号和输入方式、电路模型、理想特性。
18
模拟电子电路部分实训
12
组合逻辑电路
重点：
熟悉基本逻辑关系及其表示,加法器、编码器、译码器等应用；难点：
逻辑电路分析及设计方法。
6
时序逻辑电路
重难点：
时序逻辑电路分析方法
8
数字量与模拟量的转换
重难点：
A/D转换的原理及实现
2
数字电子电路部分实训
8
课程考核要求和考核方式
本课程考核由三部分组成：
理论考核占60%，实验考核占20%，平时考核占20%。
考核得分=理论考核×60%+实验考核×20%+平时考核×20%。
理论考核采用纸质试题闭卷考核方式，考核时间120分钟，试卷总分为100分，客观题与主观题的分值比约1：
1。
实验考核由实验出勤、实验操作和实验报告组成。
某个实验未出勤则不得分。
在实验出勤的前提下，单个实验得分=实验操作得分×50%+实验报告得分×50%。
实验考核总得分等于所有单个实验得分的算术平均分。
平时考核由上课情况（包括上课出勤、上课答问、上课纪律）和习题作业组成。
平时考核得分=上课情况得分×70%+习题作业得分×30%。
第 一 章
直流电路及电路分析的基本方法
课时数
10
本章教学
目标
理解电路的概念，以及电流、电压、电位、电动势、电能、电功率等常用物理量的概念；能对直流电路的常用物理量进行简单的分析与计算；运用欧姆定律、基尔霍夫定律和叠加法、戴维南定理等电路分析的方法对电路进行分析和计算。
本章教学重点与难点
重点：
电路中的基本概念和电路的分析方法；难点：
电位的概念，参考方向,等效电源原理
教学方法（讲授、讨论、案例分析、实验等）
通过多媒体课件讲述，注意通过形象的比喻帮助学生理解电路中的概念，在电路分析方法的教学中，辅助板书，边计算边讲解，并辅以大量的例题分析。
在实验中设计电路以验证电路分析的方法，加强学生的理解和动手能力。
本章教学步骤设计
讲述：
电路的基本概念和分析方法
例题分析：
通过例题讲解和分析，加深学生对电路概念和分析方法的掌握和理解。
实验实训
本章教学内容
一、专业课介绍
介绍本课程的学习方法，课程内容和大致课时分配
二、电路的基本概念
1. 介绍电路的基本概念和类型，电路元件模型介绍
常用理想元件及符号集总参数模型
2. 电路的基本物理量：
电压、电流、功率的定义介绍
词头
代号
因数
词头
代号
因数
中文
英文
中文
英文
兆（mega）
兆
M
106
厘（centi）
厘
c
10-2
千（kilo）
千
k
103
毫（milli）
毫
m
10-3
百（hecto）
百
h
102
微（micro）
微
µ
10-6
十（deca）
十
Da
10
皮（pico）
皮
p
10-12
常用单位
3. 参考方向：
定义和分析例题
三、电路的基本定律
1. 欧姆定律
1.基尔霍夫定律
（a）电流定律（b）电压定律
四、电路的连接和工作状态
1. 电源有载工作时的电流、电压和功率
2. 电源开路时的电流、电压和功率
3. 电源短路时的电流、电压和功率
4. 电阻串并联的等效变换
（a）电阻串联特点（b）电阻并联特点（c）混联举例
五、电流源的等效变换
1. 两种电源模型
2.两种电源等效变换
六、电路分析基本方法
1. 支路电路法:
掌握支路、回路、结点、网孔的概念并会在实际电路中分析
（a）定义：
以支路电流为未知量列写电路方程的分析方法。
（b）分析方法：
对节点数为n，网孔为m，支路数为b的电路
总共有b个未知支路电流数目，根据基尔霍夫定律列出：
KCL独立方程：
n–1个
KVL独立方程：
m个，然后联立求解。
2. 结点电压法
3. 叠加定理
（a）定理内容
在任何由线性元件、线性受控源和独立激励源组成的线性电路中，任一支路的响应（电压或电流）等于各个激励源单独作用时在该支路所产生的响应的代数和。
（b）叠加定律的解题步骤
¨将电路的各支路的响应（电压或电流）可以看成是由各个激励源单独作用时，在该支路的响应叠加。
¨在计算某一独立电源单独作用所产生的电压或电流时，应将电路中其它独立电压源用短路（uS=0）代替，而其它独立电流源用开路（iS=0）代替。
电路中所有电阻都不予更动，受控源则保留在各分电路中。
¨叠加时应注意电压和电流的参考方向，求其代数和，参考方向一致时取“+”，反之取“－”。
4. 二端网络及戴维南定理
（a）思路：
在线性电路分析中，常常碰到只需研究某一支路的情况。
这时，可以将除我们需保留的支路外的其余部分的电路（通常为二端网络），等效变换为较简单的含源支路（实际电压源或实际电流源支路），可大大方便我们的分析和计算。
N
待求
支路
R0
＋
uoc
－
待求
支路
iSC
R0
待求
支路
戴维南定理
诺顿定理
（b）戴维南定理内容
任何线性有源电阻性二端网络N，可以用电压为Uoc的理想电压源和阻值为R0的电阻串联的电路模型来替代。
其中，电压Uoc等于该网络N端口开路时的端电压；串联电阻R0等于该网络N中的所有独立电源置零时（独立电压源用短路（uS=0）代替，而独立电流源用开路（iS=0）代替），从端口看进去的等效电阻。
本章学习参考资料
1、《电工与电子技术基础》，毕淑娥编著，哈尔滨工业大学出版社
2、《电路理论基础》，周长源编著，高等教育出版社
3、学校网络教学平台和互联网资源
本章课外作业练习
《电工与电子技术基础》，毕淑娥编著，一、二章课后题
本章教学小结
通过对电路基本概念的学习，掌握电流、电压、电位、电动势、电能、电功率等常用物理量的概念和计算方法；学习和掌握电路基本内容分析方法，运用欧姆定律、基尔霍夫定律和叠加法、戴维南定理等对电路进行分析和计算。
第 二 章
单相正弦交流电路
课时数
8
本章教学
目标
掌握正弦交流电路的基本物理量，理解电阻、电感和电容的交流特性，学习交流量的向量分析法，并用以分析RLC电路的特性，掌握交流电路功率的概念和计算方法。
本章教学重点与难点
重点：
正弦量的三要素，相量表示法，电路元件电压电流的相量形式；难点：
交流电向量分析法
教学方法（讲授、讨论、案例分析、实验等）
通过多媒体课件讲述，注意对交流电中概念和直流电中概念的对比，在向量分析法的教学中，注重分析和类比，并辅以大量的例题分析。
在实验中设计电路以验证交流电的特性，加强学生的理解和动手能力。
本章教学步骤设计
讲述：
单项交流电的基本概念。
分析：
详细讲解向量的概念和与三角函数的映射关系，帮助学生理解。
例题分析：
通过例题讲解和分析，加深学生对向量分析法的掌握和理解。
实验实训
本章教学内容
一、正弦交流电
1. 正弦交流电的概念
2. 正弦量的三要素
（a）频率（b）幅值（c）初相位
3. 正弦交流电的向量表示法
（a）向量图（b）向量式
二、电器元件的交流响应
1. 电阻元件交流特性
2. 电容元件交流特性
3. 电感元件交流特性
4. RLC串联电路交流特性
三、交流电向量分析法
1. 三种电路元件的电压电流相量表示
2. 基尔霍夫定律的相量形式
3. 复阻抗
4. 阻抗串并联的计算
5. RLC电路分析计算
四、交流电路的功率
1. 交流电中功率的基本概念
（a）有功功率（b）无功功率（c）视在功率（d）功率因数
2. 功率因数的提高
3. 串联谐振与并联谐振
本章学习参考资料
1、《电工与电子技术基础》，毕淑娥编著，哈尔滨工业大学出版社
2、《电路理论基础》，周长源编著，高等教育出版社
3、学校网络教学平台和互联网资源
本章课外作业练习
《电工与电子技术基础》，毕淑娥编著，三章课后题
本章教学小结
通过对交流电概念的介绍，学生掌握正弦交流电路的基本物理量，并理解电阻、电感和电容的交流特性，学习交流量的向量分析法，并用以分析RLC电路的特性，掌握交流电路功率的概念和计算方法。
第 三 章
三相正弦交流电路
课时数
2
本章教学
目标
1、熟悉三相三线制的不对称负载电路的分析方法；
2、掌握三相对称交流电路的特点及计算方法、对称三相交流功率的计算；以及三相四线制的不对称电路的分析和计算
本章教学重点与难点
重点：
三相交流电在实际中的应用；难点：
负载星形联接和角形联接的三相电路。
教学方法（讲授、讨论、案例分析、实验等）
讲授+讨论
本章教学步骤设计
三相电源0.5学时
负载星形连接的三相电路0.5学时
负载三角形连接的三相电路0.5学时
三相电路的功率0.5学时
本章教学内容
第一节三相电源
对称三相电源
三个大小相等、频率相同、相位互相相差120o的正弦交流电压源称为对称三相电源。
（1）对称三相电压源的瞬时值表达式为
（2）对称三相电源的相量形式
（3）对称三相电源的波形图、相量图
（4）对称三相电源的特点：
（5）相序
三相电源超前滞后的次序称为相序。
如果A相超前B相，B相超前C相，称为正序或顺序，反之，称为负序或逆序。
工程上通用的是正序。
第二节三相电源的连接
三相电源有星形和三角形两种连接方式，构成一定的供电体系向负载供电。
一、星形联结
1.Y形联接图
2.三相电源的相电压与线电压之间存在以下关系：
3.对称三相电源还存在以下关系：
结论：
1.三相电源星形联接时，线电压有效值为相电压的有效值的倍，即；同时，在相位上线电压超前相应的相电压，如线电压超前相电压。
2.对称三相电源联接成星形时，可以对外提供两组不同的对称电源。
二.三角形联结
1.Δ形联接图
2.三相电源的相电压与线电压之间存在以下关系：
在对称三相电源三角形联结时，必须注意正确联接每相电源的极性。
第三节三相负载的连接
三相负载的连接方式也有星形和三角形两种。
一、星形联结（Y联结）
1.Δ形联接图如右
2.线电流与相电流的关系:
二、三角形联结（D联结）
1.Δ形联接图
2.线电流和相电流之间存在以下关系：
3.三个相电流为一组对称三相正弦量时有
结论：
1.Δ联接时，若负载相电流对称，则线电流有效值为相电流有效值
的倍；在相位上，线电流滞后相应的相电流30°。
2.若将三角形连接的三相负载看成一个广义节点，则存在，此结论与电流是否对称无关，可应用于所有三相三线制电路。
第四节对称三相电路的计算
一、负载星形联结的对称三相电路
对称三相负载联成星形时有以下特点：
①中线可有可无。
无论电路中有无中线、中线阻抗为多大，N、N,两点均可用无阻抗导线相连接，每相负载直接获得Y形联接对称三相电源的相电压。
②独立性。
对称三相负载各相电压、相电流只与本相的电源及阻抗有关，而与其它两相无关。
③对称性。
负载各线电流、相电流均对称。
可以只求一相，其他两相由对称原则推出，不需再另行计算。
二、负载Δ联结的对称三相电路
1.不计端线阻抗时
2.考虑端线阻抗时
第五节不对称三相电路的分析
1.不对称负载Y形联接无中线（三相三线制）
2.不对称负载Y形联接有中线（三相四线制）
3、不对称负载Δ联结的三相电路
1.不计端线阻抗时每相负载分别承受对称三相电源的线电压，只要分别计算三个单相电路即可求得各个相电流，再应用KCL求得各个线电流。
此时，相电流、线电流均不再对称。
2.考虑端线阻抗时将Δ形联接负载变换为Y形联接负载，就成为Y-Y对称电路的计算。
三相电路的功率及其测量
一、三相电路的功率
1.瞬时功率
三相电路中，三相负载的瞬时功率应是各相负载瞬时功率之和即
2.有功功率
三相负载吸收的有功功率等于各相负载吸收的有功功率之和，即
3.无功功率
4.视在功率
二、三相电路的功率测量
1.“三瓦计”法
2.“二瓦计”法
本章学习参考资料
1、邱关源《电路》北京：
人民教育出版社1979
2、蔡元宇《电路及磁路》北京：
高等教育出版社1993
3、周长源《电路理论基础》北京：
人民教育出版社1995
4、江泽佳《电路原理》北京：
人民教育出版社1992
本章课外作业练习
P1114.1、4.2、4.5、4.8
本章教学小结
本章首先介绍三相电源，接着介绍三相电源与三相负载的几种连接方式，最后讨论对称三相电路与不对称三相电路的计算方法及三相功率的计算。
本章侧重于概念与方法的掌握。
第 三 章
常用半导体器件
课时数
6
本章教学
目标
1、了解半导体的分类及特点
2、掌握PN结的单向导电性
3、掌握二极管的伏安特性
4、熟悉其他特殊二极管的符号及工作条件
5、熟悉三极管的结构
6、掌握三极管的符号及电流放大作用
3、掌握三极管三种工作状态的条件
本章教学重点与难点
教学重点：
PN结的单向导电性，三极管的符号及电流放大作用
教学难点：
二极管的伏安特性，三极管三种工作状态的条件
教学方法（讲授、讨论、案例分析、实验等）
讲授+讨论
本章教学步骤设计
介绍二极管特性，PN结特点
介绍三极管原理和特性
本章教学内容
一、半导体
1．本征半导体
根据物体导电能力（电阻率）的不同划分为导体、绝缘体和半导体。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
（１）本征半导体的热敏性、光敏性和掺杂性
①热敏性、光敏性—本质半导体在温度升高或光照情况下，导电率明显提高。
②掺杂性—在本征半导体中掺入某种特定的杂质，成为杂质半导体后，其导电率会明显的发生改变。
（２） 电子空穴对
在绝对温度0K时，半导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时，将有少数电子能挣脱原子核的束缚而成为自由电子，流下的空位称为空穴，这一现象称为本征激发（也称热激发）。
在本征半导体中自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
自由电子和空穴在半导体中都是导电粒子，称它们为载流子。
2.N型半导体和P型半导体
（1） N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体,也称电子型半导体。
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子（多子）,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子（少子）,由热激发形成。
（２）P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。
因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一空穴。
P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热激发形成。
二.PN结的形成
在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。
此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成PN结。
1.PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。
如果外加电压使：
PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏；
PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。
2、PN结加正向电压时，呈现低电阻；PN结加反向电压时，呈现高电阻。
由此可以得出结论：
PN结具有单向导电性。
三、半导体二极管
1．结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。
二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。
（1）点接触型二极管--PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。
（2）面接触型二极管--PN结面积大，用于工频大电流整流电路。
（3）平面型二极管-往往用于集成电路制造工艺中。
PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。
2.伏安特性及主要参数
（１）伏安特性曲线
P半导体二极管的伏安特性曲线如图4-10所示。
处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。
图4-.10二极管的伏安特性曲线
● 正向特性
当U＞0，即处于正向特性区域。
正向区又分为两段：
当0＜U＜Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。
当U＞Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。
硅二极管的死区电压Uth=0.5V左右，锗二极管的死区电压Uth=0.1V左右。
●反向特性
当U＜0时，即处于反向特性区域。
反向区也分两个区域：
当UBR＜U＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS；当U≥UBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。
（２）主要参数
①最大整流电流ID:
二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流。
②反向工作峰值电压URWN：
保证二极管不被反向击穿而规定的电压。
在实际工作时，定为反向击穿电压的一半。
③反向峰值电流IRM：
是二极管加上反向工作峰值时的反向饱和电流。
硅二极管的反向电流一般在纳安（nA）级；锗二极管在微安（mA）级。
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。
稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型
应用电路如图4-11所示。
（a）符号 （b）伏安特性 （c）应用电路
图4-11稳压二极管的伏安特性
稳压管的主要技术参数。
（1）稳定电压UZ--在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。
（2）最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin—IZmax～IZmin是稳压管正常时的电流范围。
若IZ＜IZmin，则不能稳压；若IZ>IZmax，管子会因过热而损坏。
（3）动态电阻rZ—其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。
rz=△UZ/△IZ
三、半导体三极管
1．基本结构和类型
2.晶体管的特性曲线及主要参数
以共射NPN型晶体管放大电路为例。
输入特性曲线——IB=f（UBE）|UCE常数
输出特性曲线——IC=f（UCE）|IB=常数
（1）输入特性曲线
共发射极接法的输入特性曲线见图4-14。
图4-14共发射极接法输入特性曲
（2）输出特性曲线
饱和区--IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE的数值较小，一般UCE＜0.7V（硅管）。
此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。
截止区--IC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。
此时，发射结反偏，集电结反偏。
放大区--IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。
此时，发射结
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