电工基础技术 6

一、授课信息第4章电路的暂态分析4.4求解一阶电路的三要素法*4.5LC振荡电路授课学时4学时授课对象26电子1班授课形式PPT、仿真测试、硬件测试授课地点工程楼302授课时间第X周周X下午二、教学分析教学内容教学内容理论内容第4章电路的暂态分析4.4求解一阶电路的三要素法*4.5LC振荡电路实践内容虚拟仿真实训：测试电容放电暂态过程虚拟仿真实训：测试LC振荡电路硬件测试实训12：测试电容通过电阻放电暂态过程岗位分析知识要求掌握一阶电路的三要素法。技能要求能正确使用示波器测量实验波形，能读取单一元件交流电路中的电压、电流。素质要求具备严谨规范的电路分析习惯，注重安全操作意识，理解无功功率在工程中的实际意义。学情分析知识基础学生已具备直流电路基本概念和欧姆定律知识、基尔霍夫定律等，了解电路稳态和暂态的基本概念、换路定律及初始值的确定、电路的暂态分析。能力基础具备基本的电路连接和示波器使用能力。教学目标知识目标准确说出电路中元器件的三要素，写出三要素法的公式变化并计算出来。能力目标能正确分析简单的RC、RL电路瞬间变化。素质目标养成规范使用电工仪器仪表、记录数据的习惯，增强团队协作与安全用电意识。思政目标通过浪涌防护器件国产替代，认识电工技术对国民经济和日常生活的重要性，增强专业使命感。教学重点三要素法教学难点方程的列写及初始值确定三、教学策略教学理念线上线下、理论和虚拟仿真相结合教学方法PPT讲述、视频教学、课堂提问、仿真和硬件测试，小组讨论教学资源微课视频、PPT课件、测试题、作业题、配套教材的仿真案例四、教学过程课前导学1.一阶电路是什么？为什么分析他们？2.为什么要学习一阶电路的三要素法？3.LC振荡电如何使用？课中实施【课堂导入】展示一个RC电路，提问“我们之前用换路定理分析的结果有没有其他的方法能分析出来”，以此衔接知识，引出三要素法概念。PPT、视频，5分钟。【理论知识讲解】4.4求解一阶电路的三要素法，PPT、视频，35分钟4.5LC振荡电路，PPT、视频，30分钟【总结与讨论】一阶电路的三要素法、LC振荡电路，小组讨论，10分钟【虚拟仿真测试项目】1.虚拟仿真实训：测试电容放电暂态过程，仿真实训，20分钟2.虚拟仿真实训：测试LC振荡电路，仿真实训，20分钟【实际硬件测试实训】硬件测试实训12：测试电容通过电阻放电暂态过程，20分钟【交流电习题训练】例题讲解和习题训练，15分钟【穿插课程思政】案例：浪涌防护器件国产替代发展PPT、视频.课堂讨论.5分钟课后延拓和作业1.实践测量任务保证安全的情况下，用示波器测量R、C波形变化，记录读数并用三要素发验证。2.拓展探究项目查找资料，了解我国浪涌防护器件国产替代发展发展过程。3.理论作业教材思考与练习题4.4.1。五、教学评价本单元教学评价分包括：平台签到分，学委发布签到，系统自动计分，占10%课堂回答分，当时给分，占20%仿真实训作业分，课后批改给分，占70%六、教学反思本次课已经结束，反思如下：（每次课后补充）学生仿真实训完成率95%，但部分波形数据分析不够到位，下次需增设2分钟的数据检查环节。通过抢答给分可以提高学生积极性。课堂抢答虽调动了气氛，但思考时间不足，后续将采用‘先写后抢答’。教学内容4.4求解一阶电路的三要素法当动态电路可通过等效定律简化为仅含一个储能元件的线性电路时,该电路的微分方程一定是一个一阶常系数线性微分方程。这类电路被称为一阶线性电路。由前面的推导过程可以总结出,不论是RC电路还是RL电路,都属于一阶线性电路,这些电路的一阶线性微分方程都可以用df(t)dt+af(t)=g(t)来表示,该方程的通解又可表示为由稳态分量f(t)=f'(t)+f″(t)=f(∞)+Ae若t=0时初始值为f(0+),则得A=f(0+)-f(∞)。于是f(t)=f(∞)+f(0+)-其中,f(t)是电容电压或电感电流,f(∞)是稳态分量(强制分量),Ae-tτ是暂态分量(自由分量),式(4.17)是t≥0+时一阶线性电路暂态过程中各变量关系的体现,由该式可知,我们只需要确定f(0+)、f(∞)和τ三要素的具体值,就能求得f(t),即动态电路的电容电压或电感电流,例4.5如图4-16所示,先将开关S置于位置“1”上,使电容C的电压在直流电压源U1的作用下稳定后,再在t=0时刻将开关S转换到位置“2”,使电容C与直流电压源U2连接,试分析t≥0时,该电路中电容C两端的电压uC。已知R=1Ω,C=1F,电压源电压U1=3V,U2=5V。图4-16解法一：应用三要素法(1)初始值:uC0+=(2)稳态值:uC(∞)=5V(3)电路的时间常数:τ=RC=1×1s=1s由上可得uC=5-2e-t(V)解法二：换路定理由于在换路前,电路已经处于稳定状态,所以,当t=0-时有uC0-=根据换路定律得uC0+=由于换路后,电路再次稳定时U2=uC开关S转换到位置“2”以后,即t≥0时,根据基尔霍夫电压定律列出U2=uR+uC经整理后得U2=uC+RCdτ=RC=1×1s=1sA=U1-U2=3-5=2V由公式可列出uC=u'C+u″C=U+Ae-1RCt=5-2e*4.5LC振荡电路4.5.1LC振荡电路LC振荡电路,顾名思义,该电路是用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路,用于产生高频正弦波信号,常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式LC振荡电路、电感三点式LC振荡电路和电容三点式LC振荡电路。LC振荡电路之所以有振荡,是因为该电路运用电容与电感的储能特性,使通电场能和磁场能这两种能量交替转化,简而言之,由于电能和磁能都有最大值和最小值,所以才有了振荡。4.5.2自由振荡的物理过程一开始给LC振荡电路一个激励,然后去掉,如果LC振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波,而且在这个充放电的过程中,无分布电容电感的存在,电路阻抗Z=0,则整个电路中热能转换为0,则能量只在磁场能和电场能之间不断转换,这个过程我们称之为自由振荡。4.5.3振荡频率由4.5.2可知,当开关S打到“2”时,自由振荡电路中电路阻抗Z=0,则ω=1LC,同时可得T=2πω=2πLC,我们称f04.6应用举例4.6.1微分与积分电路在电子技术中,常需要把周期性矩形波变换成尖脉冲,作为触发器的触发信号,或用来触发可控硅(晶闸管),这种尖脉冲用途非常广泛。另外,也常需要把周期性矩形波变换成三角波,可作为显示器件的扫描信号,这种三角波用途也非常广泛。尖脉冲和三角波可利用本章内容构成的微分和积分电路获得。4.6.2微分、积分电路的原理图和输入输出关系图4-22电路原理