电工电子技术教案.docx
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电工电子技术教案
《电工电子技术》
教案
第1章 电路分析基础
本章要求
1、了解电路的组成和功能，了解元件模型和电路模型的概念；
2、深刻理解电压、电流参考方向的意义；
3、掌握理想元件和电压源、电流源的输出特性；
4、熟练掌握基尔霍夫定律；
5、深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路中各点电位；
6、深刻理解电压源和电流源等效变换的概念；
7、熟练掌握弥尔曼定理、叠加原理和戴维南定理；
8、理解受控电源模型,了解含受控源电路的分析方法。
本章内容
电路的基本概念及基本定律是电路分析的重要基础。
电路的基本定律和理想的电路元件虽只有几个，但无论是简单的还是复杂的具体电路，都是由这些元件构成，从而依据基本定律就足以对它们进行分析和计算。
因而，要求对电路的基本概念及基本定律深刻理解、牢固掌握、熟练应用、打下电路分析的基础。
依据欧姆定律和基尔霍夫定律，介绍电路中常用的分析方法。
这些方法不仅适用于线性直流电路，原则上也适用于其他线性电路。
为此，必须熟练掌握。
1.1电路的基本概念
教学时数 1学时
本节重点 1、理想元件和电路模型的概念
2、电路变量（电动势、电压、电流）的参考方向；
3、电压、电位的概念与电位的计算。
本节难点参考方向的概念和在电路分析中的应用。
教学方法通过与物理学中质点、刚体的物理模型对比，建立起理想元件模
型的概念，结合举例，说明电路变量的参考方向在分析电路中的重要性。
通过例题让学生了解并掌握电位的计算过程。
教学手段 传统教学手法与电子课件结合。
教学内容
一、实际电路与电路模型
1、实际电路的组成和作用
（1）组成：
电源（信号源）、负载和中间环节
（2）作用：
a.电能的传输和转换；b.信号的传递与处理。
2、电路模型：
考虑电路分析的需要，建立理想电路模型。
（1）理想电路元件概念：
忽略实际元件的次要物理性质，反映其主要物理性质，把实际元件理想化。
（2）电路模型的概念：
实际电路中的实际元件用理想元件代替的电路。
例如手电筒电路：
实际电路 手电筒电路模型
3、常用的理想元件：
（1）
产生电能元件：
理想电压源 理想电流源
（2）耗能元件：
电阻
（3）储能元件：
电容 电感
二、电路分析中的若干规定
1、电路参数与变量的文字符号与单位
电路参数的概念：
理想元件的数值。
变量的概念：
电路中的电动势、电压和电流。
（1）文字符号的规定：
①电路参数的文字符号用大写斜体字表示，如电阻R；
②电路变量的文字符号：
直流量：
用大写斜体字表示如电压U、电流I；
瞬时量和时变量：
用小写斜体字母表示，如电压u、电流i；
③单位的文字符号：
用国际通用的文字符号表示。
单字母的单位用大写正体
字母表示，如V、A等；复合字母表示的单位，第一个字母正体大写，以后的字母正体小写，如Hz、Wb等。
2、电路变量的参考方向
电路变量的实际方向：
物理学中的规定：
电动势的方向是在电源内部，低电位点指向高电位点的方向；电压的方向是高电位点指向低电位点的方向；
电流的方向是正电荷流动的方向，如图（a）所示。
变量参考方向概念的引入：
变量参考方向又称正方向，为求解变量的实际方向无法预先确定的复杂电
路，人为任意设定的电路变量的方向，如图（b）所示。
（a）电流、电压的实际方向 （b）电流、电压的参考方向
参考方向标示的方法：
①箭头标示；②极性标示；③双下标标示。
注意：
①参考方向的设定对电路分析没有影响;
②电路分析必须设定参考方向;
③按设定的参考方向求解出变量的值为正，说明实际方向和参考方向相同，为负则相反。
关联参考方向和非关联参考方向的概念：
一个元件或一段电路上，电流与电压的参考方向一致时称为关联参考方向，反之为非关联参考方向。
欧姆定律在不同参考方向情况下的表达形式：
关联参考方向：
U=RI
非关联参考方向：
U=–RI
例：
已知图（a）、（b）电路和变量的参考方向,求电流I。
解：
（a）图中电阻电压与流过电
阻电流为关联参考方向，据欧姆定律
U=RI
则
（b）图中电压与电流为非关联参考方向， （a） （b）
欧姆定律的表达式为 U=–RI
则
结论：
（a）图解得I为正，表明电流的实际方向与所设参考方向一致，而（b）图解得I为负，表明电流的实际方向与所设参考方向相反。
3、功率
规定：
吸收功率为正，发出功率为负。
在此规定下，元件的功率计算在电压、电流取关联和非关联参考方向时具有不同形式。
关联参考方向时：
P=U·I
非关联参考方向时：
P=–U·I
根据能量守恒定律，任一电路在任一瞬时所有电源发出的功率的总和等于所有负载吸收功率的总和；或所有元件瞬时功率的代数和为零，
∑P发出=∑P吸收，或∑P=0
称为功率平衡方程式，常用于验证电路分析结果的正确与否。
三、电路中的电位和电压
物理学中给出了电位（电势）和电压（电势差）的定义。
电位只有相对的意义。
只有选定了参考点，并规定参考点的电位为零，则某点电位才有唯一确定的数值。
电力工程中规定大地为电位参考点，在电子电路中常取机壳或公共地线的电位为零，称之为“地”，在电路图中用符号“”表示。
电路中电位的大小、极性和参考点的选择有关。
原则上，参考点可以任意选择。
参考点不同时，各点的电位值就不一样。
电压是两点间的电位之差，具有绝对的意义，与参考点的选择毫无关系。
图（a）所示电路选择了e点为参考点，这时各点的电位是：
如果选定d点为参考点，
则各点的电位将是
在电子电路中，电源的一端通常接“地”。
为了作图简便和图面清晰，习惯上不画出电源，
而在电源的非接地端注明其电位的数值。
图（b）就是图（a）的习惯画法。
（a） （b）
1.2电路的基本元件
教学时数1.5学时
本节重点 1、理想电路元件的伏安特性
2、电压源与电流源的等效变换
本节难点 电源等效变换在电路分析中的应用。
教学方法 针对电容、电感伏安特性和储能的相似性，对比讲解帮助学生理
解和记忆，举例说明电源等效变换的方法及其注意事项。
教学手段 传统教学手段与电子课件有机结合。
教学内容
一、理想线性电阻元件
电阻是反映将电能不可逆地转换为其它形式能量性质的理想化元件，如白炽灯、电炉丝等均可理想为电阻。
1、伏安特性：
线性电阻R为常数，电阻两端电压与流过电流的瞬时关系满足欧姆定律
u=Ri
电压单位为V，电流单位为A，电阻的单位为Ω
（kΩ、MΩ）。
其伏安特性曲线如图（b）。
2、电阻的功率：
电压、电流为关联参考方向时
（a） （b）
二、理想线性电感元件
凡是具有电流建立磁场，能储存磁场能量性质的元件用电感表示，如线圈、日光灯镇流器等。
1、伏安特性：
电流流过电感元件产生的磁通为Φ，电感元件匝数为N，则磁通匝链数链Ψ=NΦ，元件的电感（自感系数、电感系数）定义为
线性电感L为常数。
Ψ单位Wb，i单位A，则电感的单
位H。
电感单位常用mH，1H=103mH。
根据电磁感应定律，电感中产生的感应电动势
如图示变量取关联参考方向时，电感两端的感应电压
上式为电感的伏安特性。
在任一瞬时，感应电压与电流的时变率成正比。
对于直流电流，感应电压u=0，即电感元件对直流而言相当于短路。
2、电感的能量
理想电感是储存磁能的元件，不耗能。
流过电感的电流为i时，其储存的能量
电感任一时刻的储能多少只取决于该时刻电流的大小，电感能量的储存与释放的过程是电能与磁能的转换过程，是电感与电源能量的互换过程。
三、理想线性电容元件
具有存储电荷性质的元件用电容表示。
1、伏安特性
电容两端加电压u，电容器充满电荷，其带电量为q，电容元件的电容定义
为
电量的单位取C，电压单位取V，则电容单位为F。
常用单位μF和PF，1F=106μF=1012pF。
线性电容
元件的电容C为常数。
当电压变化时，电容的电
量也随之变化。
根据电流的定义
上式为电容的伏安特性，表明电容两端导线中的电流在任一瞬时与其两端电压的时变率成正比。
对于直流电压，电容电流i=0。
即电容元件对直流而言相当于开路。
2、电容的能量
理想电容是以电场形式储能的元件，不耗能。
电容两端电压为u时，其储存
的能量
电容任一时刻储能多少，取决于该时刻电压的大小。
电容能量的储存与释放的过程是电能与电能的转换过程，是电容与电源能量的互换过程。
四、独立电源元件
在电路中能独立提供电能的元件称为独立电源。
1、理想电源
有恒压源（理想电压源）和恒流源（理想电流源）之分。
（1）恒压源
内阻为零，能提供恒定电压的理想电源。
图形符号如图（a）所示，其输出特性（外特
性）曲线如图（b）所示。
特点：
①任一时刻输出电压与流过的电
b
流无关；
②输出电流的大小取决于外电路负载电
阻的大小。
（a） （b）
（2）恒流源
内阻为无穷大，能提供恒定电流的理想
电源。
图形符号如图（c）所示。
其输出特性
曲线如图（d）所示。
特点：
①任一时刻输出电流与其端电压
无关；
②输出电压的大小取决于外电路负载电
阻的大小。
（c） （d）
2、实际电源的模型
实际电源有内电阻，用理想电源元件和理想电阻元件的组合，表征实际电源的特性。
（1）电压源模型
①图形符号：
恒压源Us与内电阻
Ro串联组合如图（a）。
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