电工电子技术教案

电工电子技术教案第一讲教学章节：第一章电路和电路元件1.1～1.2电路与电路模型，电路的基本物理量教学要求：1、熟悉强电和弱电电路；2、掌握电路元件及其模型；3、掌握电流、电压及其参考方向；4、了解功率正负的含义；5、掌握电阻、电感和电容元件的伏安特性。教学重点：电路元件及其模型，电流、电压及其参考方向，电阻、电感和电容元件的伏安特性。教学难点：电流、电压及其参考方向；电感和电容元件的伏安特性。教学方法与手段：启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。教学内容与进程：一、引入：电路1.电路及其组成电源——中间环节——负载2.电路的作用⑴传输、分配、转换电能；--能量领域-“强电”电路⑵传送、处理、储存信号。--信息领域-“弱电”电路二、电路元件和电路模型电路模型：从实际电路中抽象出来的、由理想元件组成的电路。理想元件是假想元件，具有单一的电磁性质，具有精确的定义与相应的数学模型。理想电阻、理想电感、理想电容三、电流、电压及其参考方向1、电流及其参考方向⑴电流的定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量。直流电流和交流电流⑵电流的实际方向与参考方向：正电荷移动的方向为电流的实际方向。为计算而假设的方向，称为参考方向。参考方向可以任意设定。参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示，如Iab。电流的参考方向与实际方向相同，电流为正值；与实际方向相反则为负值。例：设下图电流表达式为判断t为0.001s和0.006s时的电流实际方向。2、电压及其参考方向（1）电压的定义：电场力把单位正电荷从a点移动倒b点所做的功，称为a、b两点之间的电压，即dW0时，u0，说明a点电位高于b点电位，正电荷在移动过程中失去能量；dW0时，u0，说明a点电位低于b点电位，正电荷在移动过程中获得能量。在国际单位制中，电压的单位为伏[特]（用V表示）。ddqit10cos(314)AitddWuq电工电子技术教案（2）电压的实际方向与参考方向电压的实际方向规定为高电位点指向低电位点，即电压降的方向。进行电路分析时，需要设置电压的参考方向。参考方向可以用正负极性表示，也可以用双下标表示，如uab。实际方向与参考方向相同电压为正值，反之为负值。（3）关联参考方向与非关联参考方向若未说明，电压电流均为关联参考方向。（4）电位在电路中任选一点作为参考点，该点电位为零。电路中任意一点的电位就是该点到参考点的电压，并设参考点为电压的参考负极。两点之间的电压就是两点之间的电位差。参考点可以任意选择，但只能有一个。参考点不同，各点的电位也将不同。四、电路功率当u、i为关联参考方向时，功率的计算为若p0，元件或电路在吸收功率，等效为负载；若p0，元件或电路在发出功率，等效为电源。1.2电阻、电感和电容元件五、电阻元件伏安特性在任一时刻，电阻上的电压只取决于这一时刻流过的电流，与以前的电流大小无关。功率电阻是一个纯耗能元件。实际电阻元件是有额定功率的。消耗的功率不允许超过额定值，否则元件有损坏的危险。有线性电阻和非线性电阻。六、电感元件伏安特性电感元件为动态元件，只有变化的电流才会产生电压。在直流电路中，电感相当于短路线。功率电感不耗能可以储能，但不产生能量。电感是一个无源元件。七、电容元件伏安特性电容是一个动态元件，直流电路中电容相当于开路。功率电容不耗能可以储能，但不产生能量。电容是一个无源元件。八、实际元件的主要参数及电路模型作业：1.1.11.2.21.2.5pui=uRi222upuiRiGuRddiuLt21()2LWLitddddddqCuuiCttt21()2CWCutR-+ui-eL+-+uiLC-+ui电工电子技术教案第二讲教学章节：第一章电路和电路元件1.3～1.4独立电源元件，二极管教学要求：1、熟悉电压源和电流源；2、掌握两种电源模型的等效；3、熟练掌握二极管的特性；4、掌握稳压二极管、发光二极管和光电二极管的特点。教学重点：两种电源模型的等效，二极管的特性，稳压二极管、发光二极管和光电二极管的特点。教学难点：两种电源模型的等效；二极管的特性；稳压二极管工作状态。教学方法与手段：启发式讲授，联系实际，多媒体，板书。教学内容与进程：一、引入：电压源和电流源1、电压源⑴两端的电压仅由自身决定，与流过的电流及外电路无关。⑵流过的电流由外电路决定。电压源置零，等效于两端短路。电压源不允许外电路短路。2、电流源⑴电流源的电流仅由自身决定，与两端的电压无关。⑵两端的电压由外电路决定。电流源置零，等效于两端开路。电流源不允许外电路开路。二、实际电源的模型1、电压源模型2、电流源模型3、两种电源模型的等效1.4二极管三、PN结及其单相导电性二极管的结构和电路符号如图所示，VD是文字符号。R-+U+Us-R-+UIs电工电子技术教案四、二极管的主要特性和主要参数（1）正偏导通（2）反偏截止（3）二极管的伏安特性正向特性：二极管正向电压超过某一数值时电流开始快速增长，对应的电压称为死区电压，也称阈值电压或开启电压，记作UT，二极管导通时的正向电压称为二极管导通电压或管压降，记作UD。方向特性：二极管反向电流一般很小，小功率硅管为几A，锗管为几十A。反向击穿特性：反向电压增高到一定数值U(BR)时，二极管反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。五、二极管的工作点和理想特性六、稳压二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的符号、伏安特性和典型应用电路。七、发光二极管和光电二极管发光二极管工作在正向偏置状态。光电二极管又称光敏二极管，它工作在反向偏置状态。作业：1.3.11.3.41.3.51.4.11.4.2PN结加正向电压102030-50-1000.51.0UBiD/μAuD/VO锗硅iD/mAD-+uDiD正向特性反向特性R-+UDID+Us-DUDUsIDQNOMsUROuDiDUON-+U1IZ+++URUZUo---ILIDZRRLUZuZO-+uZiZ稳压区iZIZIZMREIDREID电工电子技术教案第三讲教学章节：第一章电路和电路元件1.5双极性晶体管教学要求：1、了解双极性晶体管的结构；2、熟练掌握三极管的三种工作状态及相应PN结的偏置状况；3、熟悉晶体管的输入输出特性曲线及分区情况；4、掌握晶体管简化小信号模型。5、了解绝缘栅场效应管的结构和特性曲线。教学重点：三极管的三种工作状态及相应PN结的偏置状况，晶体管的输入输出特性曲线及分区情况，晶体管简化小信号模型。教学难点：晶体管的输入输出特性曲线及分区情况；晶体管简化小信号模型。教学方法与手段：启发式讲授，多媒体，板书。教学内容与进程：一、引入：基本结构和电流放大作用1、晶体管结构2、三极管分类按结构分为NPN和PNP管，按用途分为放大管、开关管和功率管，按管芯材料分为硅管、锗管和化合物管3、三极管用于放大的条件三极管用于放大的条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。NPN管：UC＞UB＞UE；PNP管：UC＜UB＜UE。电流放大作用：小的基极电流变化量→大的集电极电流变化量，具有电流放大作用，电流控制作用——电流控制型器件。4、三极管内部载流子运动规律以NPN管为例，给三极管加上合适的偏置电压。(1)发射区向基区注入电子，形成发射极电流。（2）电子在基区扩散与复合，形成基极电流。（3）集电区收集电子形成集电极电流。iE＝iB＋iC，PNNCEB集电结发射结发射区基区集电区BECBECPNCEB集电结发射结发射区基区集电区PNNPEBCIC+UBB-+UCC-IBIERBRC电工电子技术教案二、晶体三极管的特性曲线和主要参数1、共发射极输入和输出特性曲线输入特性曲线分：死区、非线性区、线性区。常用UCE≥1V的一条曲线来代表所有输入特性曲线。通常输出特性曲线分为3个区域：饱和区—发射结、集电结均正向偏置；IC受UCE显著控制的区域，UCE的数值较小，一般UCE0.7V（硅管）。截止区—发射结、集电结均反向偏置；IC接近零的区域，在IB=0曲线的下方。放大区—发射结正向偏置、集电结反向偏置IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距，UCE大于0.7V左右（硅管）。2、主要参数三、简化的小信号模型1、受控源非独立电源，输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。有四种类型：2、晶体管简化的小信号模型作业：1.5.11.5.52uCE/VOiC/mA468246820μA40μA60μA80μA100μAIB=0饱和区截止区放大区BEC-+uBE-+uCEiCiBβIB△UCE+-△IB△IC△UBE+-rbeBCE()BBECEifuU常数()CCEBifui常数BEC-+△UBE-+△UCE△IB△IC电工电子技术教案第四讲教学章节：第一章电路和电路元件1.6绝缘栅场效应晶体管，第一章部分习题讲解教学要求：1、了解绝缘栅场效应管的结构和和工作原理；2、了解MOS管的特性曲线和主要参数；3、了解MOS管简化小信号模型；4、掌握第一章知识点及其相关应用。教学重点：绝缘栅场效应管的结构和和工作原理，MOS管简化小信号模型，第一章知识点及其相关应用。教学难点：绝缘栅场效应管的结构和工作原理；第一章知识点及其相关应用。教学方法与手段：启发式讲授，对比，多媒体，板书。教学内容与进程：一、引入：绝缘栅场效应管类型：N沟道绝缘栅场效应管（NMOS）P沟道绝缘栅场效应管（PMOS）增强型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管二、基本结构和工作原理1、基本结构耗尽型NMOS管结构耗尽型NMOS管的导电沟道已经形成，而增强型NMOS管的导电沟道没有形成P沟道MOS管的符号2、工作原理（1）当栅源电压UGSUGS(th)（开启电压）时形成导电沟道（反型层）。（2）UGS对漏极电流ID的控制作用（UDS恒定）（3）漏源电压UDS对漏极ID电流的控制作用（UGS恒定，且大于UT）N+N+N沟道耗尽层SGDSiO2BP衬底+++++GDSBGDSBGDSBGDSB电工电子技术教案二、特性曲线和主要参数1、特性曲线耗尽型NMOS管的特性曲线NMOS管PMOS管增强型MOS管的转移特性输出特性分为3个区：可变电阻区、恒流区和截止区。输出特性：转移特性：2、主要参数三、简化的小信号模型栅源电阻很大，栅极电流栅源电压控制漏极电流——电压控制电流源模型四、第一章部分习题讲解作业：第一章习题复习GDS_+UGG_+UDDRDID+_UDS_+UGSuDS/VOiD/mA10201234可变电阻区线性放大区UGS=-2VUGS=-1VUGS=0VUGS=1VuGS/VOiD/mA-221UGS(off)UDS=10VIDSSuGSOiDUGS(th)UGS(th)uGSiDO()DDSGSifUU常数()DGSDSifUU常数gm△UGS△IB△ID△UGS+_GDS0GI电工电子技术教案第五讲教学章节：第二章电路分析基础2.1基尔霍夫定律教学要求：1、熟练掌握基尔霍夫定律；2、掌握支路电流法及其使用条件。教学重点：基尔霍夫定律、支路电流法。教学难点：根据实际电路如何灵活应用上述定理。教学方法与手段：启发式讲授，讨论发言，多媒体，板书。教学内容与进程：一、引入：基尔霍夫定律有关的电路名词：支路、节点、回路、网孔。1、基尔霍夫电流定律（KCL）任一时刻，流入一个节点的电流之和等于从该节点流出的电流之和。对节点a应用KCL可写i1+i3+i4=i2+i5或i1-i2+i3+i4-i5=0写成一般形式即∑i=0KCL的推广i1+i2+i3=02、基尔霍夫电压定律（KVL）任何时刻，在任一闭合回路上的所有支路电压的代数和恒等于零。写成表示式为∑u=0。对图示电路，有即写成一般形式电工电子技术教案二、支路电流法利用支路电流法解题的步骤：（1）任意标定各支路电流的参考方向和网孔绕行方向。(2）用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程。有n个节点，就可以列出n-1个独立电流方程。（3）用基尔霍夫电压定律列出L=b-（n-1）个网孔方程。说明：L指的是网孔数，b指是支路数，n指的是