电工学教案.doc
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成都电子机械高等专科学校
教案
课程名称电工学
任课教师王超
任课系机电工程系
教研室工业控制教研室
授课计划
课次
授课内容
授课时数
重点、难点
作业、实验
课后记录
讲课
习题
实验
1
电路及其基本物理量
2
电路及其基本物理量概念
2
电路模型；电路的有载工作状态、空载与短路；电路中电位的计算
2
电路模型；电路中电位的计算
3
基尔霍夫定律；叠加原理；
2
基尔霍夫定律应用
4
戴维南定理
2
戴维南定理的应用
5
电路暂态分析：
换路定则，RC电路的充放电过程
2
电路暂态分析：
换路定则，
6
一阶电路暂态过程的三要素法
2
2
一阶电路暂态过程的三要素法应用
课次
授课内容
授课时数
重点、难点
作业、实验
课后记录
讲课
习题
实验
7
正弦量电压和电流；正弦量的相量表示
2
正弦量电压和电流；正弦量的相量表示
8
单一参数电路元件的交流电路；电阻、电容与电感元件串联的交流电路
2
交流电路参数分析
9
基尔霍夫定律的向量形式
2
基尔霍夫定律的向量形式
10
简单正弦交流电路的分析
2
简单正弦交流电路的分析
11
功率因数的提高
2
2
功率因数的提高应用
12
三相电源
2
三相电源
课次
授课内容
授课时数
重点、难点
作业、实验
课后记录
讲课
习题
实验
13
三相负载的联接；三相负载的功率
2
2
三相负载的联接；三相负载的功率
14
磁路的基本概念；铁心线圈
2
磁路的基本概念；铁心线圈
15
变压器的用途、分类和基本结构
2
变压器的用途、分类和基本结构
16
变压器的工作原理以及运行特性等
2
变压器的工作原理以及运行特性等
17
异步电动机的基本结构、工作原理
异步电动机的基本结构、工作原理
18
异步电动机的机械特性与使用
异步电动机的机械特性与使用
课次
授课内容
授课时数
重点、难点
作业、实验
课后记录
讲课
习题
实验
19
半导体二极管
2
半导体二极管基本概念
20
整流电路
2
整流电路应用
21
晶体管基本放大电路
2
晶体管基本放大电路应用，分析
22
互补对称功率放大电路；多级放大电路及其级间耦合方式
2
2
互补对称功率放大电路；多级放大电路及其级间耦合方式
23
集成运算放大器及其应用
2
2
集成运算放大器及其应用
24
门电路，组合逻辑电路
2
门电路应用，组合逻辑电路
课次
授课内容
授课时数
重点、难点
作业、实验
课后记录
讲课
习题
实验
25
双稳态触发器
2
双稳态触发器分析
26
计数器
2
2
计数器分析
第1次课日期________周次星期____学时_____
内容提要：
第一章直流电路
第一节电路及其基本物理量
一、电路的组成和作用
二、电路的主要物理量
目的要求：
掌握电路及其基本物理量的基本概念
重点难点：
基本物理量的理解分析
教学内容：
一概述
1．电路是由电路器件（例如晶体管）和电路元件（例如电容、电感、电阻等）相互连接而成，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能。
2．电路理论中涉及的电路变量通常有：
电流、电压、功和功率
a.电流
几种电流图形
（a）直流；（b）正弦电流；（c）锯齿波
电流的单位是安培（ampere），SI符号为A。
它表示1秒（s）内通过导体横截面的电荷为1库仑（C）。
有时也会用到千安（kA）、毫安（mA）或微安（μA）等，其关系如下：
在分析电路时，对复杂电路中某一段电路里电流的实际方向很难立即判断出来，有时电流的实际方向还会不断改变，因此在电路中很难标明电流的实际方向。
为分析方便，在这里，我们引入电流的“参考方向”（referencedirection）这一概念。
b.电压
电场力把单位正电荷由A搬到B所做的功
电压的单位是伏特（volt），简称伏，用符号V表示，即电场力将1库仑（C）正电荷由a点移至b点所做的功为1焦耳（J）时，a、b两点间的电压为1V。
有时也需用千伏（kV）、毫伏（mV）或微伏（μV）作单位。
c.电功率
电功率与电压和电流密切相关。
当正电荷从元件上电压的“+”极经元件移至“-”极时，电场力要对电荷作功，这时，元件吸收能量；反之，正电荷从“-”极到“+”极时，电场力作负功，元件向外释放能量。
从t0到t的时间内，元件吸收的电能可根据电压的定义（a、b两点的电压在量值上等于电场力将单位正电荷由a点移动到b点时所做的功）求得，即
由于i=dq/dt，因此
在直流电路中，电流、电压均为恒值，在0～t段时间内电路消耗的电能为
W=UIt
电路消耗（或吸收）的功率等于单位时间内电路消耗（或吸收）的能量。
由此可定义
在直流电路中，电流、电压均为常量,故
P＝UI
根据实际，电路消耗的功率有以下几种情况：
（1）p>0，说明该段电路消耗功率为p；
（2）p=0，说明该段电路不消耗功率；
（3）p<0，说明该段电路消耗功率为-p，实际上是发出（或提供）功率。
例1.1试求图1.1中元件的功率
解（a）电流和电压为关联参考方向，元件吸收的功率为
P＝UI＝6×2=12W
此时元件消耗的功率为12W。
（b）电流和电压为非关联参考方向，元件吸收的功率为
P＝-UI＝-6×2=-12W
此时元件发出的功率为12W。
（c）电流和电压为非关联参考方向，元件吸收的功率为
P＝-UI＝-（-2）×2=4W
作业：
1.11.21.4
第2次课日期________周次星期____学时_____
内容提要：
第一章直流电路
第二节电路模型
一、电路模型和理想电路元件
二、实际电源的两种电路模型
第三节电路的有载工作状态、空载和短路
一、有载工作状态
二、空载
三、短路
目的要求：
掌握电路模型和理想电路元件的基本概念
重点难点：
电路模型和理想电路元件分析
教学内容：
1．电路模型：
它是从复杂实际电路等效而来,是由电路元件构成的。
2．理想电路元件通常有：
电阻、电容、电感（无源电路元件）、电压源、电流源（有源电路元件）
a.电阻
伏安关系：
u=RI（灯泡、电炉等均可视为电阻）
功率情况：
p=ui
当电压和电流取关联参考方向时，任何时刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律!
!
!
直流电路中：
b.电感
电感元件是实际电路中储存磁场能量这一物理性质的科学抽象，凡是电流及其
磁场存在的场合总可以用电感元件来加以描述。
电感元件是反应电流周围存在磁场,储存磁场能量这一物理学现象的理想电路元件,相当于一个电阻为零的线圈。
电感元件电压与电流的关系
当磁链Ψ随时间变化时，在线圈的两端将产生感应电压。
如果感应电压的参考方向与磁链满足右手螺旋定则，则根据电磁感应定律，有
若电感上电流的参考方向与磁链满足右手螺旋定则，
则Ψ＝Li，代入上式,得
由上式可知，当电流i为直流稳态电流时，di/dt=0，故u=0，说明电感在直流稳态电路中相当于短路，有通直流的作用。
若电感上电压u与电流i为非关联参考方向，则
电感元件储存的能量
在电压和电流的关联参考方向下，线性电感元件吸收的功率为
从-∞到t的时间段内电感吸收的磁场能量为
由于在t=-∞时，I（-∞）=0，则
这就是线性电感元件在任何时刻的磁场能量表达式。
从t1到t2时刻，线性电感元件吸收的磁场能量为
当电流｜i｜增加时，WL>0，元件吸收能量；
当电流｜i｜减小时，WL<0，元件释放能量。
结论:
可见电感元件并不是把吸收的能量消耗掉，而是以磁场能量的形式储存在磁场中。
所以，电感元件是一种储能元件。
同时，它不会释放出多于它所吸收或储存的能量，因此它也是一种无源元件.
c.电容
概念:
任何两个彼此靠近而且又相互绝缘的导体都可以构成电容器。
在电容器的两个极板间加上电源后,极板上分别积聚起等量的异性电荷,在介质中建立起电场,并且储存电场能量,电源移去后,由于介质绝缘,电荷仍然可以聚集在极板上,电场继续存在。
所以,电容器是一种能够储存能量的器件,这就是电容器的基本电磁性能。
其中C是用以衡量电容元件容纳电荷本领大小的一个物理量,叫做电容元件的
电容量,简称电容。
它是一个与电荷q、电压u无关的正实数,但在数值上等于电容元件的电压每升高一个单位所容纳的电荷量。
任何时刻,线性电容元件的电流与该时刻电压的变化率成正比,只有当极板上的电荷量发生变化时,极板间的电压才发生变化,电容支路才形成电流。
因
此,电容元件也叫动态元件。
如果极板间的电压不随时间变化,则电流为零,这时电容元件相当于开路。
故电容元件有隔断直流（简称隔直）的作用。
电容元件的储能
如前所述,电容器两极板间加上电源后,极板间产生电压,介质中建立起电场,并储存电场能量,因此,电容元件是一种储能元件。
在电压和电流关联的参考方向下,电容元件吸收的功率为
从t0到t的时间内,电容元件吸收的电能为
若选取t0为电压等于零的时刻,即u（t0）=０,经过时间t电压升至u（t）,则电容元件吸收的电能以电场能量的形式储存在电场中,此时它吸收的电能可写为
从时间t1到t2,电容元件吸收的能量为
二实际电源的两种电路模型
1电压源:
端电压可以按照某给定规律变化而与其电流无关的二端元件
电压源具有以下特点：
（1）电压源的端电压是一个固定的函数，与所连接的外电路无关；
（2）通过电压源的电流随外接电路的不同而改变.
电压源连接外电路时有以下几种工作情况:
a.当外电路的电阻R=∞时，电压源处于开路状态，I＝0，其对外提供的功率为P=UsI=0。
b.当外电路的电阻R＝0时，电压源处于短路状态，I=∞，其对外提供的功率为P=UsI=∞。
这样短路电流可能使电源遭受机械的过热损伤或毁坏，因此电压源短路通常是一种严重事故，应该尽力预防。
c.当外电路的电阻为一定值时，电压源对外输出的电流为I=Us/R，对外提供的功率等于外电路电阻消耗的功率,即，R越小，则P越大。
而对于一个实际电源来说，它对外提供的功率是有一定限度的,因此在连接外电路
时，要考虑电源的实际情况,详细阅读说明书。
2电流源:
元件电流可以按照某给定规律变化而与其端电压无关的二端元件
电流源具有以下特点：
（1）电流源的电流is是一个固定的函数，与所连接的外电路无关；
（2）电流源的端电压随外接电路的不同而改变。
上述电压源对外输出的电压为一个独立量，电流源对外输出的电流也为一个独
立量，因此常被称为独立电源
两种实际电源间的等效变换
实际电压源与实际电流源的端口处具有相同的伏安特性:
对外电路来说,电压源和电流源可以互相等效
结论：
与理想电压源并联的所有电路元件失效（对外电路来说）
与理想电流源串联的所有电路元件失效（对外电路来说
第三节电路的有载工作状态、空载与短路
开路工作状态：
当开关断开时，电路则处于开路（空载）状态。
短路工作状态：
当电源两端由于某种原因而联在一起时，称电源被短路。
有载工作状态：
当开关闭合，电源与负载接通，即电路处于有载工作状态。
【思考与练习】
额定值为1W、100W的碳膜电阻，在使用时电流和电压不得超过多大值？
答：
由功率P与电阻R的关系公式
P=I2R或P=U2/R
可得：
电流
同理：
电压
第四节电路中电位的计算
在分析电路时，常常要用到电位这个概念（与物理学中电势的概念相同）
两点间的电压就是这两点的电位差（电势差）。
电压是两点的电位差，在计算电路问题时存在确切值。
而电路中某点的电位在计算中与零电位点的选择有关，没有确切值，只是一个相对值。
应特别注意！
解题思路
1.假设一个参考点，令其电位为零
2.列相关支路的电流或电压方程
3.求解
20W
4A
6A
10A
5W
6W
140V
90V
（a）
例子：
20W
5W
6W
+140V
+90V
（b）
作业：
1.51.61.8
第3次课日期________周次星期____学时_____
内容提要：
第一章直流电路
第五节基尔霍夫定律
一、基尔霍夫电流定律（KCL）
二、基尔霍夫电压定律（KVL）
三、基尔霍夫定律在电路分析中的应用
第六节叠加原理
目的要求：
掌握基尔霍夫电流定律（KCL），基尔霍夫电压定律（KVL）
重点难点：
基尔霍夫定律在电路分析中的应用
教学内容：
引言：
根据欧姆定律分析电路，已是中学物理中常用的分析方法，但对某些电路有时是无能为力的。
1电路中常用的名词
（1）支路：
一般来说，电路中的每一个二端元件可视为一条支路。
但是为了分析和计算方便，常常把电路中流过同一电流的几个元件互相连接起来的分支称为一条支路。
（2）节点:
三条或三条以上支路的联接点称为节点。
（3）回路:
由若干支路组成的闭合路径,其中每个节点只经过一次,这条闭合路径称为回路。
（4）网孔:
网孔是回路的一种。
将电路画在平面上,在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。
定律
（1）——KCL
基尔霍夫电流定律：
在任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。
KCL也可表述为，在任一瞬时，流入某一结点的电流代数和恒为零。
2.基尔霍夫电流定律的扩展
电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。
定律
（2）——KVL
基尔霍夫电压定律（KVL）：
在任一瞬时，沿任一循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于0。
基尔霍夫电压定律（KVL）是用来确定回路中各段电压间关系的。
它应用于回路。
3.KVL的应用
应用方法之一为数电压法：
从回路中任一点a数起，沿回路绕行一周再数回到a点，电位值不变（如adbca回路）:
数电压法:
还可以应用于任意的部分电路。
注意事项：
a.应用基尔霍夫定律时，要认清研究对象，对电路中的各个电流和各段电压选好参考方向。
b.对于KCL的应用，要选好结点，对与该结点有关的电流列出方程——有方向和数值两套符号。
c.l对于结点A，设流入为正，流出为负，则＋（I1）－（I2）－（I3）－（I4）=0（例）
第六节叠加原理
概念：
对于线性电路，任何一条支路中的电流，都可以看成是由电路中各个电源（电压源或电流源）分别作用时，在此支路中所产生的电流的代数和。
所谓电源的单独作用，即是在电路中只保留一个电源，而将其它电源去掉（将电动势用短路线代替、将恒流源断开）;电路中所有的电阻网络不变（电源内阻保持原位不变）。
例子：
应用叠加原理的注意事项：
应用叠加原理计算复杂电路，就是把一个多电源的复杂电路化为几个但电源电路来计算。
从数学上看，叠加原理就是现性方程的可加性，前面方法几三的电压和电流都是线性方程，所以支路电流和节点电压都可以用叠加原理来求解。
功率的计算与电流或电压都不具有线性关系，所以不能用叠加原理来求解功率。
如前面电路中R3的功率P3:
作业、实验一：
1.81.10
第4次课日期________周次星期____学时_____
内容提要：
第一章直流电路
第七节戴维南定理
目的要求：
掌握戴维南定理
重点难点：
戴维南定理在电路分析中的应用
教学内容：
引言：
本节介绍电路分析的另一种方法。
1在有些情况下，只需计算电路中某一支路中的电流，如计算右图中电流I3，若用前面的方法需列解方程组，必然出现一些不需要的变量。
为使计算简便些，这里介绍等效电源的方法。
等效电源方法，就是复杂电路分成两部分。
①待求支路、②剩余部分——有源二端网络。
2有源二端网络可以用电压源模型等效,该等效电压源的电压等于有源二端网络的开端电压；等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。
注意：
“等效”是指对端口外等效，即R两端的电压和流过R电流不变
等效电压源的电压US等于有源二端网络的开端电压UABO
等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。
（有源网络变无源网络的原则是：
电压源短路，电流源断路）
3戴维南定理应用举例（之一）
已知：
R1=20R2=30R3=30R4=20U=10V
求：
当R5=10W时，I5=?
等效电路
解题步骤：
第一步：
求开端电压UABO
第二步：
求输入电阻RAB
戴维南等效电路
（二）诺顿定理
概念：
有源二端网络用电流源模型等效。
等效电阻Rs仍为相应无源二端网络的输入电阻
等效电流源Is为有源二端网络输出端的短路电流
作业、实验二：
1.111.121.13
第5次课日期________周次星期____学时_____
内容提要：
第一章直流电路
第八节电路暂态分析（简介）
一、换路定则
二、RC电路的充放电过程
目的要求：
电路暂态分析：
换路定则，RC电路的充放电过程
重点难点：
换路定则
教学内容：
1概念
换路:
电路的接通、断开、短路、电压改变或参数改变等
换路定理:
换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。
：
换路前瞬间
即：
t=0时换路
：
换路后瞬间
有：
初始值:
在t=0+时电路中电压、电流的瞬态值称为暂态电路的初始值
初始值的确定:
①换路前的瞬间，将电路视为稳态——电容开路、电感短路。
②利用换路定则求初始值。
③换路后的瞬间，若储能元件储有能量，则电容用定值电压uC（0–）或电感用iL（0–）定值电流代替。
若电路无储能，则视电容C为短路，电感L为开路。
④根据克希荷夫定律和换路后的等效电路计算出其它电压及电流各量。
2例1
试确定如图电路在开关S断开后的初始值。
分析:
换路前后，ic发生突变，uc不变
例2
3一阶电路暂态过程的三要素法
定义：
只包含一个储能元件，或者用串、并联方法化简后只包含一个储能元件的电路。
例（书上P32）
作业：
1.151.171.191.20
第6次课日期________周次星期____学时_____
内容提要：
第一章直流电路
第八节电路暂态分析（简介）
三、一阶电路暂态过程的三要素法
目的要求：
电路暂态分析：
掌握一阶电路暂态过程的三要素法
重点难点：
三要素的提取
教学内容：
1一阶电路暂态过程的三要素法
定义：
只包含一个储能元件，或者用串、并联方法化简后只包含一个储能元件的电路。
例（书上P32）
2根据前面讨论，一阶RC线性电路的响应都可以看作是由稳态分量和暂态分量相加而得
•f（t）可以是电压或电流；
•f（∞）是稳态分量；
•Ae-t/t是暂态分量.
如讨论RC电路全响应时得到
其中及为时间常数，则上式可改写为
这就是三要素法求得的结果
在计算一阶线性电路中的任一暂态量时，只要求得该变量的f（0+）、f（∞）和电路的时间常数τ这三个“要素”，就可以根据公式写出该量的暂态响应。
三要素法公式也可这样记忆：
例：
试用三要素法写出图示曲线所示uC暂态响应。
解:
由图可知
求时间常数
uC（V）
t（s）
3
0
6
9
12
-5
-15
-11.32
即
所以
作业：
1.211.231.241.25
第7次课日期________周次
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