《电工电子技术》教案

《电工电子技术》教案第1章 电路分析根底本章要求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、把握抱负元件和电压源、电流源的输出特性；4、娴熟把握基尔霍夫定律；5、深刻理解电路中电位的概念并能娴熟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、娴熟把握弥尔曼定理、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。本章内容性直流电路，原则上也适用于其他线性电路。为此，必需娴熟把握。电路的根本概念教学时数 1学时本节重点 1、抱负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。教学方法题让学生了解并把握电位的计算过程。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组成：电源〔信号源、负载和中间环节作用：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，建立抱负电路模型。质，把实际元件抱负化。例如手电筒电路：开关电池开关电池灯泡SRL+U-S实际电路 手电筒电路模型ISISU+U+-抱负电压源 抱负电流源R电阻RCL储能元件：CL电容 电感二、 电路分析中的假设干规定1、电路参数与变量的文字符号与单位电路参数的概念：抱负元件的数值。(1)文字符号的规定：①R；②电路变量的文字符号：UI；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Hz、Wb等。2、电路变量的参考方向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；〔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简洁电路，人为任意设定的电路变量的方向，如图〔b〕所示。II1I1I2I3aRRU1U122R3U3++UUb-S-S21 1U R2 2+E US-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：②极性标示；③双下标标示。留意：①参考方向的设定对电路分析没有影响;②电路分析必需设定参考方向;为负则相反。关联参考方向和非关联参考方向的概念：为非关联参考方向。关联参考方向：U=RI非关联参考方向：U=–RIII6V2Ω6V2Ω例：图〔〔b〕II6V2Ω6V2Ω阻电流为关联参考方向，据欧姆定律U=RI则 IUR

623A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 IUR

62

3A结论〔II为负，说明电流的实际方向与所设参考方向相反。3、功率规定：吸取功率为正，发出功率为负。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负载吸取功率的总和；或全部元件瞬时功率的代数和为零，∑P发出=∑P吸取，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〔电势〕和电压〔电势差〕的定义。电位只有相对的意择。参考点不同时，各点的电位值就不一样。de图〔a〕e点为参考点，这时各点的电位是：deaedeV 0V,Vaede

V 10V,V

V daeV Vdaeb bd

V (56)IV

(56) 5)V (5)6Vd(456)dV Vc

V 6IV

a +10V aI4Ω 4Ω+ Idded点为参考点，dde则各点的电位将是

10Vbbbb-5Ω5Ω+cc-6Ω6Ωd -5V dadV ad

6V,V

5Vbce而在电源的非接地端注明其电位的数值。bce图〔b〕就是图〔a〕的习惯画法。 〔a〕 〔b〕电路的根本元件教学时数 1.5学时本节重点 1、抱负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 电感伏安特性和储能的相像性比照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留意事项。教学手段 传统教学手段与电子课件有机结合。教学内容一、抱负线性电阻元件灯、电炉丝等均可抱负为电阻。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iu+uRiu+uR-oiVAΩk、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u2 〔a〕 〔b〕puiRi2R二、抱负线性电感元件日光灯镇流器等。1、伏安特性：Φ，电感元件匝数为N，则磁通匝链数链ΨNΦ，元件的电感〔自感系数、电感系数〕定义为i+-uei+-ueL+L-iL为常数。ΨWb，iA，则电感的单HmH，1H=103mH。依据电磁感应定律，电感中产生的感应电动势e dLdiL dt dt如图示变量取关联参考方向时，电感两端的感应电压ueL

Ldidtu=0，即电感元件对直流而言相当于短路。2、电感的能量抱负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 W L

12Li2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、抱负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uq，电容元件的电容定义i+uC-为 Ci+uC-uCVF。μFPF，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。依据电流的定义idqCdudt dti=0。即电容元件对直流而言相当于开路。2、电容的能量u的能量

W 1C 2

Cu2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供给电能的元件称为独立电源。1、抱负电源有恒压源〔抱负电压源〕和恒流源〔抱负电流源〕之分。恒压源aIU+UaIU+US-USURLOI特点：①任一时刻输出电压与流过的电流无关；b②输出电流的大小取决于外电路负载电阻的大小。 〔a〕 〔b〕aIaIUISURLbOISI内阻为无穷大，能供给恒定电流的抱负电源。图形符号如图〔c〕所示。其输出特性曲线如图〔d〕所示。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、实际电源的模型的特性。电压源模型aUIUSaUIUSRo+URL-USOIbUSRoRo串联组合如图〔。电流的关系为UUSIRo当电源开路时，I=0，输出电压U=Us； 〔a〕 〔b〕当电源短路时，U=0，输出电流I=Us/Ro;Ro→0时，U→U，电压源→恒压源，其外特性曲线如图〔b。电流源模型UIRS0IIS oR U RLUIRS0IIS oR U RLOIISb电压的关系为UII S Ro当电源开路时，I=0，输出电压U=Is·Ro； 〔c〕 〔d〕当电源短路时，U=0，输出电流I=Is；Ro→∞时，→I，电流源→恒流源。其外特性曲线如图〔。(3)电压源和电流源的等效变换源的外特性表达式样可得：UI S

或 U I RS R S S即两种电源模型对外电路而言是等效的，可以相互变换，可用图示意。aRaR0USbaIS 0Rb〔e〕留意：①变换时，恒压源与恒流源的极性保持全都；②等效关系仅对外电路而言，在电源内部一般不等效；③恒压源与恒流源之间不能等效变换。应用电源的等效变换化简电源电路时，还需用到以下概念和技巧：①与电压源串联的电阻或与电流源并联的电阻可视为电源内阻处理。和短路处理。③恒流源并联时，可求代数和，合并为一个恒流源。例：试将给定电路(a)化简为电流源。解：①5Ω3Ω电阻，合并电阻为等效电阻，如图〔b〕所示。1Ω+4V -1Ω+4V -1Ωa1Ω3Ω+4Ω4Ω10V 3A5Ω-b+4V - 1Ωa2Ω+2Ω10V-3Ab〔a〕 〔b〕②并联电源中的电压源等效变换为电流源，如图〔c〕所示。+4V - 1Ωa2Ω5A+4V - 1Ωa2Ω5A2Ω3Ab+4V - 1Ωa2A1Ωb〔c〕 〔d〕〔e〕所示。⑤合并恒压源，合并与恒压源串联的电阻，如图〔f〕所示。⑥按题目要求变换为电流源，如图〔g〕所示。+4V-+4V-1Ωa1Ω+2V-ba2Ω-2V+ba2Ω1Ab〔e〕 〔f〕 〔g〕基尔霍夫定律教学时数 1.5学时本节重点 定律和定律的推广，定律的应用——节点电压法〔弥尔曼定理〕教学方法 结合实例，讲清难点。教学手段 传统教学手段与电子课件相结合教学内容 基尔霍夫定律包括节点电流定〔KC和回路电压定〔是电路分析的最根本定律。〔a〕为例。-I6+US3aIR13-I6+US3aIR13R2I1b2cI4I3I5++-US112R3-US2回路：电路中任一闭合路径。网孔：内部不含支路的单孔回路。行方向。电路中的节点数，支路数和网孔数满足下式

d网孔数=支路数－节点数+1 (a)一、KCL又称基尔霍夫第确定律1、定律表述任一瞬时流入某一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即：∑I入=∑I出移项 ∑I入－∑I出=0，则 ∑I=0号，流出节点的电流取负号。图〔a〕bKCL有I1-I2-I3=0I2I2I1I3KCL不仅适用于节点，也适用于任一闭合面，又称为广义节点。如图(b)方框表示一个简洁电路，有多个出线端，每条I1

KCLI1+I2－I3=0又称基尔霍夫其次定律

二、KVL

(b)1、定律表述降之和。即∑U升=∑U降移项： ∑U升－∑U降=0，可表示为 ∑U=0IRA+UABU- SBIRA+UABU- SB∑U=Us1

R1－I3R3=02、定律的推广KVL的应用可以推广到开口回路。如图〔c〕KVL有∑U=UAB－US－I·R=0 (c)三、基尔霍夫定律的应用1、支路电流法是电源鼓舞和电路参数，以各支路电流为未知量，应用KCL和KVL列方程，求解出各支路电流的方法。通过例题说明支路电流法分析电路的方法和步骤：R3R1+R4R5-US2+-US1R2例：如图〔a〕US1、UR3R1+R4R5-US2+-US1R255个支路电5个独立方程。KCL列出的节点〔1〕KVL对三个网孔列出的电压方程都是独立的。对网孔列电压方程有表达式最简的优 (a)I1I1I3I2R3R1I4I5+R5US2+I-R4ⅡⅢ-US1R2列出的每一个方程必需是独立的。选节点，如图bKCL列方程：a：I1b：I

+I

-I4=0-I=03 2 5确定回路绕行方向如图〔b，据KVL列方程： (b)网孔Ⅰ：US1

R4=0；网孔Ⅱ：I4

R4-I3R3

R5=0；网孔Ⅲ：I2

R2+I5R5

-US2

=0；I1

I5。2、节点电压法〔弥尔曼定理〕对于只有两个节点、多条支路并联的电路，可以直接用公式求解节点电压。RUSiRiUab i

Ij1RkABA+R1IA+R1IS1IS2U+-ABR4-US1+US2R3-B例：图〔，节点电压U US1 S2I IR RU 1 2

S1 S2AB 1 1 1R R R1 2 4各支路电流可以依据节点电压分别求出。 〔a〕教学时数

电路的常用定理本节重点 电路的叠加原理，等效电源定理。本节难点 叠加原理的灵敏应用，准确理解戴维南定理的内容。教学方法 结合实例，讲清难点。教学手段 学手段与电子课件相结合电子电路仿真及电路试验与理论相结合教学内容一、叠加原理〔或电压〕的叠加〔代数和。通过例题说明应用叠加原理分析电路的方法和步骤。例：图〔a〕U=9V，I

=6A，R

=6Ω，R

=4Ω，R

=3Ω，s S 1 2 3试用叠加原理求各支路中的电流。〔1〕在原电路中标示各支路电流的参考方向。考方向，该参考方向应与原电流参考方向取为全都。IS

单独作用时，恒压源Us用短路线代替U=，如图bU单独作用时，恒流源I用开路I，如s S s s图。RR1R2R1R2R1R2I1I3I2=II32+I1I3I2+USR3IU=0-SSR3+IS-USR3I=0S原电路 (b)Is单独作用电路 (c)Us单独作用电路〔b〕图示和〔c〕图，分别求出各电源单独作用时的各支路电流。IS单独作用时，依据分流原理，II2

6AR 3I 31 RR1 3

I 62AS 63II3

I624A1SUI0S2UII

9 1 3 RR1 2

63依据叠加原理求出原电路各支路电流I1=I1”+I1“=2+1=3AI2=I2”+I2“=6+0=6A3=3”+3“=-4+1=叠加原理是分析线性电路的根底，是处理线性电路的一个普遍适用的规律，例：试求图(d)Uab。〔e〕所示：Uab”=4V〔f〕所示Uab“=5×2=10V依据叠加原理Uab=Uab”+Uab“=4+10=14V叠加原理只适用于线性电路中电流和电压的计算，不适用于计算功率。a2Ωa2Ω5A+Uab4V-baa2Ω2Ω5A+Uab’Uab’’4V1Ω-bb(d) (e) (f)二、等效电源定理的电流时，应用等效电源定理尤为便利。无源二端网络：不含电源的有两个出线端的电路。有源NA有源NA无源NP1、戴维南定理：定理表述：任一线性有源二端网络对外电路的作用可以用一个恒压源Uo和Ro串联的电压源等效代替。其中的Uo等于该有源二端网络端口的开路电Ro〔入端电阻，内阻。a有源+a有源+二端a网络N–RoA+bUS–b〔a〕有源二端网络a有源〔b〕等效电压源a无源二端U二端oRo网络网络NAbNPb例：试用戴维南定理求图〔a〕I。具体方法步骤如下：画摘除待求电流支路的有源二端网络电路图〔b。Uo。在〔b〕图中标示开路电压的参考方向、电位参考点，RU U U U 2O ab a b R

U IR 6 18228VS S 3R 361 2求等效内阻Ro。画去源后的等效电路〔c〕图，R(Ro 1

//R2

)R3

362436画戴维南等效电源和恢复摘除支路的等效电路〔d〕图；I。在〔d〕I的原方向UIR

8 R 44o+US6Ω 2Ω 2A+US6Ω-10V-10Va 2ΩR babIUR 3Ω1R2R3Ra 2ΩR babIUR 3Ω1R2R3R13ΩoISR2R32ΩIS2Ac〔a〕〔b〕a RobaR 3Ω1R26ΩR3R 4ΩoI2Ω R2ΩU08Vb〔c〕〔d〕用戴维南定理求解电路应留意：每一步均要配以相应的电路图；戴维南等效电源的极性应与开路电压Uo的参考方向保持全都，戴维南等效电路中电流方向应与原电路待求电流方向保持全都。aaaa有源II二端U网络RLISR UORLNAb〔a〕有源二端网络b〔b〕诺顿等效电路有源a无源a二端I二端网络S网络RoNAbNPb〔c〕IS〔d〕RO对外电路的作用可以用一个恒流源IsRo并联的电流源等效代替。其中的Is等于该有源二端网络端口的短路电流，Ro等于该有源二端网络中的独立电源不作用时的入端电阻。该定理可用图解表示为很明显依据电源等效变换关系，可从戴维南定理导出诺顿定理。教学时数 1学时。

含受控源的电路分析本节重点 电源的模型，了解含受控源电路的分析方法。本节难点 含受控源电路分析与含独立源电路分析的不同之处。教学方法 举例说明含受控源电路分析的特别性。教学手段 传统教学手段与电子课件结合，上机进展电路仿真分析。教学内容一、受控源的类型和符号的把握，而不能独立存在的电源，称为受控电源〔受控源。1、电压把握电压源〔VCVS〕1 2 2 UU，如图〔a〕U=μU1 2 2 22r12、电流把握电压源〔CCVS〕22r111

，如图〔b〕U=Ur—转移电阻，单位Ω。3、电压把握电流源〔VCCS〕11

，如图〔c〕所示，输出电流I=