计算机电路基础 教案 第三单元

《电路与模电基础》课程教学单元设计

第三单元交流电路

教学单元名称：任务1正弦交流电的基本概念

授课教师；翟文正授课班级：嵌入式技术与应用161学时；2

教学条件智能产品设计实训室、Proteus6.9,实物投影设备

教学素材教材、课件、实验板I、电源、杜邦线等

教学目标设计

知识目标：能力目标：

（1）正弦量的三要素及意义；（1）熟练掌握正弦量的有效值、角频率、相位

（2）正弦量的有效值、角频率、相位与相与相位差的概念；

位差；（2）熟练掌握几种同频率正弦量的相位关系的

（3）同频正弦量的相位关系比较。比较。

重点：难点：

（1）正弦量的三要素；（1）根据波形写出正弦量的表达式；

（2）正弦量的有效值。（2）几种同频正弦量相位关系比较。

课后作业P80三、1

教学体会讲清三要素的表示及意义。

过程设计教学

主要步骤教学内容

教学方法用时

通过日常照明电路引出交流电

告知教学内容:正弦交流电的基本概念通过flash演示

（教学内教学目的:使学生掌握正弦交流电的基本概念，对正日光灯照明电5分钟

容、目的）弦交流电路有基本认识，掌握正弦量的三要素（振幅、路。

角频率、初相）及其含义，掌握正弦曷的有效值.

知识一正弦交流电的基本概念

一.正弦交流电定义

结合直流电、

>直流电

交流电和正弦

电压、电流的大小和方向不随时间变化。

交流电波形讨

引入>交流电5分钟

论。

电压、电流的大小和方向均随时间变化。

>正弦交流电

讨论教学法

电压、电流的大小和方向均随时间按正弦函数规

律变化。

二、正弦量的三要素

1.振幅(最大值)

正弦量瞬时值中的最大值，叫振幅值，也叫峰值。

用大写字母带下标“m”表示，如Um、Im等。

2.角频率

由正弦交流电

表示正弦量在单位时间内变化的弧度数，即

波形介绍正弦

=2/T==2»单位为rad/s或1/s。其中"T”表示正弦量

交流量的三要

变化一周所需的时间，称为周期。单位为秒(s)；“f”

素、相位关系

表示正弦最每秒变化的周数，称为频率。单位为赫兹

深化和有效值。35分钟

(Hz)。F=50Hz,称为我国的工业频率，简称“工频”。

3初.相

引导学生对超

i(f)=Imsin(69f+(p)前滞后正确判

断。

当t=0时，相位为。，称其为正弦量的初相，

三、相位差

两个同频正弦量的相位之差，等于初相之差，用

字母表示。

如何根据波形写出正弦量的表达式？

讨论讨论教学法5分钟

确定正弦量的三要素就可。

电压、电流的大小和方向均随时间按正弦函数规律变

引入讨论教学法5分钟

化，如何测量？

四、正弦量的有效值

1.交流电定义

交流电的有效值是根据它的热效应确定的。

交流电流i通过电阻R在一个周期内所产生的热

通过提问照明

量和直流电流I通过同一电阻R在相同时间内所产生

线路的有效值

的热量相等，则这个直流电流I的数值叫做交流电流i

220V来加强对

的有效值，用大写字母表示，如I、U等。

深化有效值的理解15分钟

2.测量交流电压、交流电流的仪表所指示的数字，电

气设备铭牌上的额定值指的都是有效值。

仿真演示教学

/=4=0.707/法

41

U=%=0.707U.

3.交流电的平均值：半个周期上的平均值。

归纳对本教学单元的知识点小结总结5分钟

第三单元交流电路

教学单元名称：任务2正弦量的相量表示

授课教师：翟文正授课班级:嵌入式技术与应用161学时：2

教学条件智能产品设计实训室、Proteus6.9,实物投影设备

教学素材教材、课件、实验板I、电源、杜邦线等

教学目标设计

知识目标：

（1）掌握相量的概念、相量的表示；能力目标：

（2）掌握相量图的作法。（1）会对正弦量进行相量表示；

（3）电阻、电感、电容元件上正弦电压与（2）会根据正弦量的相量表达式作出相量图。

电流的相量关系。

重点：

难点：

（1）正弦量的相量表示；

相量图的作法。

（2）相量图的作法。

课后作业

教学体会学生无相量相关知识基础，需要及时补充。

过程设计教学

主要步骤教学内容

教学方法用时

通过提问：正

弦量的瞬时值

教学内容:正弦量的相量表示及运算和波形图不便

告知

教学目的:使学生掌握相量的概念于电路的分析

（教学内5分钟

正弦展的相量表示计算，是否有

容、目的）

掌握相量图的作法。更方便的表示

方法，引出本

次任务。

任务二正弦量的相量表示及运算

重点：正弦量

概念：瞬时表示、波形表示和相量表示。

的相晨表示法

一.正弦量的相量表示

用复数来表示正弦量的方法叫正弦量的相量表示

突出方法：分

引入法。15分钟

析讲解、练习

正弦策的有效值用复数的模表示，正弦量的初相

用复数的幅角来表示。

案例启发教学

注：1.正弦量与相量有对应，但两者不相等；

法

2.正弦量用相量表示中的模可用最大值。

二、相量图：

把正弦量的相量画在复平面上。

例：

/=-^/30°=5306

A举例

讨论

=当卢/-45叩

深化U15分钟

7r4案例启发教学

对应的相量图：及1k

什法

启发

讨论正弦量相量表示后，如何进行分析计算呢？5分钟

讨论

三、复数的四则运算

设两个复数分别为/=。/匕=4+9

B=b”b=b廿jb]

A、B加、减、乘、除运算公式I

4+8=（q+印）+j（a+4）讲解

引入215分钟

㈠）+/出-4）举例

B=ab/w*+Wb

Aa.

丁%口卫

四、两个同频率正弦量之和

计算步骤：

（1）写出相应的相量，并表示为代数形式；

（2）按复数运算法则进行相量相加，救出和的相量；

<3）作相量图，按照矢量的运算法则求相显和。举例

深化15分钟

例：求复数A=8+j6,B=6-j8之和A+B及积A.B讨论

（略）

归纳对本教学单元的知识点小结总结5分钟

《电路与模电基础》课程教学单元设计

第三单元交流电路

教学单元名称：任务3单一参数正弦交流电路的分析

授课教师：翟文正授课班级：嵌入式技术与应用161学时：2

教学条件智能产品设计实训室、Proteus6.9.实物投影设备

教学素材教材、课件、实验板I、电源、杜邦线等

教学目标设计

知识目标：

能力目标：

（1）使学生掌握单一参数正弦交流电路的

<1）学会对•单一参数正弦交流电路的分析。

分析方法。

难点：

重点：

（1）储能元件与电源的能量交换：

（1）纯电容、电感电路电压与电流的关系；

（2）平均功率、视在功率和无功功率的区别与

（2）纯电容、电感电路的功率。

联系。

课后作业P50三、2

学生较难理解对含有储能元件交流电路中，电压与电流超前、滞后关系，教师须

教学体会

从示波器的观测、理论推导以及仿真多方位讲清知识点。

过程设计教学

主要步骤教学内容

教学方法用时

教学内容:纯电容、电感电路单一参数正弦交流电路

告知

的分析

（教学内5分钟

教学目的:使学生掌握叠单•参数正弦交流电路的分通过实验中实

容、目的）

析方法。际电路中电流

电压测试结

果，为本节知

识引出做好铺

最简单的交流电路是由电阻、电容或电感中任一个元垫。

引入件组成的交流电路，称之为单一参数的交流电路，下5分钟

面对此三种电路进行讨论。

一、纯电阻电路

当线性电阻R两端加上正弦电压〃时，电阻中便

有正弦电流,通过。电压和电流的瞬时值在任何瞬间均

遵守欧姆定律，且同相。

电阻在任一瞬间所吸收的功率称为瞬时功率，表

示为〃，即

p=ui=Umsin(&+(p)Imsin(69/+夕)

二、纯电感电路

当电感L两端加上正弦电压”时，电感中便有正对具体电路的

电流表达式推

弦电流,通过：

导，对单一参

J•

深化数正弦交流电20分钟

u=L—=coLImcoscot=Umsin(W+90°)

dt路加以分析；

平均功率为：案例启发式教

p(t)dl=-£[//sinIcotdt=0学法

表明一个周期内电感元件从电源取用的能量等于

它释放给电源的能量，电感本身并不消耗能量。

为衡量电感元件与外界能量交换的规模，引入无

功功率。定义电感元件瞬时功率的最大值为无功功率，

用0.表示，单位var(乏)或kvar(千乏)，有

2

QL=UI=IXL=^-

讨论功率不能直接叠加，如何用叠加定理进行功率的计算？启发讨论10分钟

三、纯电容电路

当电容C两端加上正弦电压〃时，电容中便有正

弦电流i通过。

.厂du_dUsincot...

i=C—=C——m------=sin(o>/+90°)

dtdt'

深化20分钟

看出，纯电容电路中，电压和电流为同频正弦量，

电压在相位上滞后电流9()。。

Um_U_1

———Ar

Imf加

电容上电压、电流幅值或有效值之比为X。，称

为容抗。

平均功率为

深化0二7I)=y£U，sinIcotdt=0

表明一个周期内电容元件从电源取用的能量等于

它释放给电源的能量，电容本身并不消耗能量。

对纯R、L、C三种元件的单一参数正弦交流电路分析

归纳总结5分钟

比较，对本节知识点小结。

布置在电容为318uF的电容两端加u=220Visin(314f+l20o)V

课堂讲练15分钟

作业

的电压，试计算电容的电流及无功功率？

《电路与模电基础》课程教学单元设计

第三单元交流电路

教学单元名称：任务4谐振电路的分析

授课教师：翟文正授课班级:嵌入式技术与应用161学时：2

教学条件智能产品设计实训室、Proteus6.9、实物投影设备

教学素材教材、课件、实验板I、电源、杜邦线等

教学目标设计

知识目标：能力目标：

（1）谐振的概念：（1）能深刻理解谐振的概念：

（2）串联谐振的条件、基本特征、谐振曲（2）能掌握串联谐振回路的选频特性；

线和通频带。（3）能对吕联谐振的特性进行测试与分析。

重点：

难点：

（I）串联谐振的条件和特点；

串联谐振电路的谐振曲线。

（2）特征参数对电路特性的影响。

教学

多媒体课件：PPT与Flash动画

资源

教学体会理解功率因数的意义。

过程设计教学

主要步骤教学内容

教学方法用时

通过收音机的选台功能引出本次课的研究对象

教学内容:串联谐振的条件和特性参数

告知

参数对电路特性的影响引导

（教学内5分钟

教学目的:使学生掌握电路处于串联谐振状态的特点提问

容、目的）

和条件，理解参数变化对电路选择性和通

频带的影响。

知识一串联谐振电路

一、串联谐振的条件

当电路中的电流与端口电压同相，复阻抗的虚部为

零，通常认为该电路发生了串联谐振。

二、电路的特性阻抗和品质因数

特性阻抗：

引导

*飞啧L书r

引入推导15分钟

讲授

1

RRa)WR

品质因数用以表征一个储能器件(如电感线圈、电

容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种

质量指标。元件的Q值愈大，用该元件组成的电路或网

络的选择性愈佳。电抗元件的Q值等于它的电抗同等效

串联电阻的比值

三、串联谐振电路的特性

LZo为纯电任，即Z0=Ro

2.电压电流同相，且电流达到最大值

四、串联谐振电路的谐振曲线

(a)频率特性曲线

引导

一-8(Marctan夫

深化讲授10分钟

(b)电流谐振曲线一小结

•

根据通用谐振曲线，思考以下问题：

(1)什么时候电流最大？启发

讨论(2)衰减速度与Q是什么关系？分析10分钟

(3)波形的特点是什么？(引出选频作用)讲授

(4)Q值是大好还是小好？

五、串联谐振电路的选择性与通频带

通领带\=人卜缉/

Q越大，幅频特性曲线越尖锐，选择性越好，但通

频带过窄，信号通过谐振回路容易产生幅度失真，所

以Q值不是越大越好，要取得合适，二者要兼顾。启发

深化六、电压源内阻及负载电阻的影响分析20分钟

讲授

无载品质因数：

有载品质因数：孰"凝,+及£

结论：串联谐振电路适用于低内阻的电源，当电源

内阻较大时，应采用并联谐振电路。

品质因数又可表示为；

Q-P-10=4£=%启发

讨论10分钟

厩R5a上usus讨论

Q对串联谐振电路的性能是否有影响？

归纳对本教学单元的知识点进行小结总结5分钟

布置(1)分析测试数据完成测试报告；

5分钟

作业(2)理论联系实际研究相量分析法。

常州信息职业技术学院

《电子线路设计》实验报告

实验四：RL、C串联谐振电路的研究

班级：

学号：

姓名：

实验日期:

11

一、实验目的

1.学习用实验方法测试R、1.、C串联谐振电路的幅频特性曲线。

2.加深理解电路发生谐振的条件、特点、掌握电路品质因数的物理意义及其测定方法。

二、原理说明

1.在图1所示的R、L、C串联电路中，当正弦交流信号源的频率f改变时，电路中的感抗、

容抗随之而变，电路中的电流也随f而变。取电路电流I作为响应，当输入电压口维持不变时,

U

在不同信号频率的激励下，测出电阻R两端电压U。之值，则1=」n，然后以f为横坐标，以I

R

为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性，亦称电流谐振曲线，如图2所示。

2.在£=外=——^=处。|=*（）,即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，该频率称为谐

2JrVLC

振频率，此时电路呈纯阳性，电路阻抗的模为最小，在输入电压U,为定值时，电路中的电流

Io达到最大值,且与输入电压Ui同相位，从理论上讲,此时Ui=Uai=Uo,Ui.o=Uco=QUi,式中

的Q称为电路的品质因数，

3.电路品质因数Q值的两种测量方法

一是根据公式Q=*■=上测定，U”与风分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电

压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△£=£,—6

再根据Q=一求出Q值，式中为谐振频率，和6是失