电工电子技术课件

电工电子技术课件 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 (1)理想电压源理想电流源 (2)耗能元件：电阻 (3) 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： 电路参数的文字符号用大写斜体字表示，如电阻R； 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； 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 b）所示。 （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： 箭头标示；极性标示；双下标标示。 注意： 参考方向的设定对电路分析没有影响; 电路分析必须设定参考方向; 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 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 I?U?6?3A R2 （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 I?U?6?3A R2 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= UI 非关联参考方向时：P= UI 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” 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： Ve?0V,Va?Vae?10V,Vd?Vde?5V Vb?Vbd?Vde?(5?6)I?Vd?(5?6)?(10?5)V ?(?5)?6V(4?5?6)? Vc?Vcd?Vde?6I?Vd?6?(?5)?1V 如果选定d点为参考点， 则各点的电位将是 Vd?0V,Va?15V,Vb?11V,Vc?6V,Ve?5V 在电子电路中，电源的一端通常接“地”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 u= Ri 电压单位为V，电流单位为A，电阻的单位为 （k、M）。 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p?ui?Ri2?uR2二、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，电感元件匝数为 N ，则磁通匝链数链= N，元件的电感（自感系数、电感系数）定义为 电工电子技术 注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课/实践课/通识类选修课；课程性质是指必修/限选/任选 一、课程的任务和目的 电工电子技术是本科非电专业的一门技术基础课程。通过学习现代电子技术课程，使学生系统掌握电工技术的基本理论及基本技能，初步具备应用所学理论来分析解决实际问题的能力，为学生进一步学习电类及计算机知识打下基础。 二、课程内容与基本要求 1、半导体器件 （1）半导体的基本知识与PN结 理解PN结的结构和单向导电性。 （2）二极管 理解二极管的伏安特性及主要参数。 （3） 稳压二极管及稳压电路 理解稳压管的性能，掌握简单稳压电路的计算，理解整流电路、稳压电路的特性。 （4）双极结型晶体管 理解双极结型晶体管的基本结构，掌握晶体管的输入、输出特性曲线和主要参数，能够运用电压法或电流法判别晶体管的工作状态。 （5）光电器件 了解显示器件、光电器件和光电耦合器。 2、基本放大电路 （1）放大器概述 了解双口网络理论，掌握放大器的主要技术指标。 （2）单管放大电路的静态分析 掌握单管放大电路的构成，掌握直流通路和交流通路的画法，熟练运用估算法和图解法进行放大电路静态分析。 （3）单管放大电路的动态分析 了解电流、电压信号的符号表示方法，掌握晶体管和单管放大电路的微变等效电路画法，熟练运用微变等效电路法（小信号模型分析法）和图解法进行放大电路的动态 1 分析，得出单管放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻特性参数值。 （4）工作点稳定的放大电路 了解电路的构成、电路的稳定原理，掌握电路的静态、动态分析和计算。 （5）射极跟随器 了解跟随器的电路构成，掌握电路静态和动态分析和应用场合。 3、负反馈放大器 （1）反馈的基本概念 了解反馈的定义，类型和转移特性，理解反馈的开环增益、闭环增益和反馈系数概念，掌握反馈放大器的类型判别方法。 （2）负反馈对放大器性能的影响 了解负反馈的稳定增益、减小非线性失真、展宽频带，减小频率失真以及对输入输出电阻的影响。 4、集成运算放大器的应用 （1）集成运算放大器的概述 了解集成运放的组成和主要参数，掌握理想集成运算放大器的特点。 （2）集成运算放大器的输入方式 了解集成运算放大器的反相输入方式、同相输入方式。 （3）集成运算放大器在信号运算方面的应用 正确分析计算比例运算、加法运算、减法运算、积分运算和微分运算。 （4）集成运放在信号测量方面的应用 了解测量放大器的结构、工作原理和应用。 （5）集成运放的信号处理方面的应用 了解有源滤波器、电压比较器、采样保持电路结、工作原理和应用。 （6）集成运放在信号产生方面的应用 了解正弦振荡器自激振荡的条件、构成及其工作原理。 5、电力电子技术 （1）电力电子器件 了解电力电子器件的类型，常用的几种电力电子器件，晶闸管、电力晶体管、电力MOS场效应管、绝缘栅双极晶体管以及MOS控制晶闸管。 （2）整流电路（AC - DC） 了解单相整流电路、滤波电路的工作原理，以及主要电路参数的运算。 6、逻辑门和常用组合逻辑电路 （1）数字电路的基本单元逻辑门 掌握“与”、“或”、“非”、“与非”等门电路的逻辑功能。 （2）集成门电路 2 了解TTL与非门电路、集电极开路与非门（OC门）、三态输出门电路、CMOS集成逻辑门，掌握TTL门电路与MOS门电路的特点。 （3）逻辑代数及其化简 掌握逻辑代数的运算规则；组合逻辑电路的分析和设计。 （4）组合逻辑 了解组合逻辑的分析方法和组合逻辑的设计及熟悉常用组合逻辑电路。 （5）组合逻辑器件和可编程逻辑器件 了解组合逻辑部件（加法器、编码器和译码器）的功能，可编程逻辑器件的构造原理和功能。 7、时序逻辑电路 （1）双稳态触发器 了解双稳态触发器的基本性能，掌握RS触发器、JK触发器、D触发器的功能； （2）寄存器与移位寄存器 了解寄存器和移位寄存器的原理和应用。 （3）计数器 三、实践环节及基本要求 1. 常用电子仪器的使用（3学时） 了解常用电子仪器的主要技术指标、性能和面板上各旋纽的功能。 了解同步计数器的原理和应用及中规模集成计数器。 2. 单级低频放大器的设计、安装和调测（3学时） 学习单级低频放大器电路参数的工程设计方法，并掌握静态工作点的调试方法。 3组合逻辑电路设计和TTL逻辑门参数测试（3学时） 四、与各课程的联系 先修课程：高等数学、线性代数。 五、对学生能力培养的要求 使学生具备能具体分析电路的能力并能使用电子设备仪器进行基本的电路操作。 六、学时分配 总学时64课时，其中讲授44学时，实验16 学时，总复习4学时。 1半导体器件 6学时 2基本放大电路10学时 3 了解组合逻辑电路的设计和参数测试。 3负反馈放大器4学时 4集成运算放大器的应用 6学时 5电力电子技术4学时 6逻辑门电路与组合逻辑电路8学时 7时序逻辑电路6学时 实验安排 1、常用电子仪器使用 4学时 2、单级低频放大器的设计、安装和调测4学时 3、集成运放的应用4学时 4、组合逻辑电路和TTL逻辑门参数测试 4学时 七、教材与参考书 1电子技术，刘全忠编，高等出版社，xx年。 2电工技术辅导与实习教程，骆雅琴主编，中国科大出版社，xx年。 3电子技术辅导与实习教程，骆雅琴主编，中国科大出版社，xx年。 4电工学 电子技术 导教 导学 导考，朱建堃主编，西北工业大学出版社，xx年。 5电工电子技术学习指导，张英梅、田慕琴著，高等教育出版社，xx年。 八、说明 1 本课程某些内容采用电化教学手段。 2 本课程修订后更改了总学时数和实验学时数，学时分配上做了调整。 4 2 磁场及电磁感应 【课题】 2.1 磁场 【教学目标】 了解磁场的基本知识，掌握磁感应强度的计算方法，学习使用安培定则，掌握左手定则及应用。 【教学重点】 1磁感应强度的计算。 2安培定则的使用。 3左手定则。 【教学难点】 1安培定律。 2左手定则及应用。 【教学过程】 【一、复习】 1初中物理课中学习过的磁场的有关知识。 【二、引入新课】 在物理中学过有关磁的内容，在这里重点是从电流产生磁场以及磁场对通电导线的作用入手展开新课的学习。 【三、讲授新课】 2.1.1 磁场 1磁场是看不见的，但可以观察到磁场的效应。 2在磁铁或电流（运动电荷）周围的空间里存在着磁场，磁场的性质之一是它对任何置于其中的其它磁体或电流施加作用力。 图2.1 电流产生磁场图2.2 磁场对通电导线的作用 3磁场是电机工作原理的基础。作用在载流导线上的力是电动机工作的基本原理；而当磁场变化时，线圈中感应的电动势是发电机工作的基本原理。 1 2.1.2 磁场的方向和磁感线 1磁场是有方向的，规定：在磁场中的任一点，小磁针静止时N极所指的方向，就是该点的磁场方向。 2磁感线：为了形象地描绘磁场在空间的分布，在磁场中画出一些有方向的、假想的系列曲线，曲线上任一点的切线方向与该点的磁场方向一致，这些曲线称为磁感线。 图2.3 磁感线 3磁感线不但可以描述磁场的方向，还可以描述磁场强弱的分布情况：磁场越强的地方，磁感线越密；反之越稀。 2.1.3 磁感应强度 1磁感应强度定义：在磁场中，设垂直于磁场方向的通电直导线受到的磁场力为F，通过导线的电流为I，导线的长度为l，则F和Il的比值称为通电导线所在处的磁感应强度，用B表示。 B? 2B的单位：特斯拉，用T表示，或Wb/m2。 3B是矢量，磁场中某处磁感应强度的方向就是该处磁场的方向。 4均匀磁场：若磁场中各点的磁感应强度大小相等，方向相同，称为均匀磁场。 2.1.4 安培定则 1安培定则（右手螺旋定则）：通电长直导体在其周围产生磁场，它的磁感线方向与电流方向之间的关系，可以用安培定则判断。 2安培定则的内容：右手握住导体，伸直拇指，拇指所指的方向表示电流的方向，弯曲的四指的方向表示磁感线方向。 F Il 图2.4 直流电流的磁场图2.5 螺线管电流的磁场 2.1.5 磁通量 1磁通量：穿过磁场中的某一截面的磁感线的数量，称为穿过这个截面的磁通量，简称磁通，用表示，单位是Wb（韦伯）。 2、磁通量的表达式：BA 2 图2.6 磁通量 2.1.6 磁场对通电导线的作用 1安培定律 ? 安培力：通电直导线在磁场中受力，如图2.7所示。 图2.7 通