專(zhuān)接本電路教案和題庫(kù).doc

河北匯文權(quán)威專(zhuān)業(yè)題庫(kù) 電話(huà)：路模型和電路定律本章從引入電路模型的概念開(kāi)始，介紹電流和電壓的參考方向；吸收、發(fā)出功率的表達(dá)式和計(jì)算方法；常用的電路元件及其伏安特性，以及獨(dú)立源、受控源；最后講解基爾霍夫兩個(gè)定律：電流定律和電壓定律。1-1 電路和電路模型教學(xué)目的：掌握電路的基本組成；學(xué)習(xí)電路模型的建立。教學(xué)重點(diǎn)：電路的模型建立。教學(xué)難點(diǎn)：如何用集總參數(shù)電路代替實(shí)際電路。教學(xué)方法：課堂講授教學(xué)內(nèi)容：一、基本概念1. 1. 電路：為了某種目的，把電源與電子元件與負(fù)載連接起來(lái)即成為電路。（舉例）2. 2. 實(shí)際電路：是為完成某種預(yù)期的目的而設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行的，由電路器件和電路部件相互連接而成，具有特定的功能。3. 3. 電路的功能：傳輸與處理信息、能量的傳遞、電量的測(cè)量、存貯信息以及控制計(jì)算等功能。4. 4. 電源和負(fù)載：在實(shí)際電路中，電能或電信號(hào)的發(fā)生器稱(chēng)為電源，用電設(shè)備稱(chēng)為負(fù)載。5. 5. 激勵(lì)和響應(yīng)：激勵(lì)是對(duì)電源而言的，電壓和電流是在電源的作用下產(chǎn)生的，因此電源又稱(chēng)為激勵(lì)源；響應(yīng)是對(duì)負(fù)載而言的，由激勵(lì)作用而在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。有時(shí)，根據(jù)激勵(lì)和響應(yīng)之間的因果關(guān)系，把激勵(lì)稱(chēng)為輸入，響應(yīng)稱(chēng)為輸出。6. 6. 電路模型：實(shí)際電路的電路模型是由理想電路元件相互連接而成的。7. 7. 理想元件：即在一定條件下對(duì)實(shí)際元件加以理想化，忽略它的次要的性質(zhì)，并用一個(gè)足以表征其主要性能的模型來(lái)表示它。理想電路元件是組成電路模型的最小單元，是一種理想化的模型且具有精確的數(shù)學(xué)定義。二、舉例1實(shí)際電路 2電路模型圖1-1 實(shí)際電路與電路模型1-2 電流和電壓的參考方向教學(xué)目的：掌握電流和電壓的基本概念；電流和電壓的參考方向的設(shè)定。教學(xué)重點(diǎn)：電流和電壓的參考方向的設(shè)定。教學(xué)難點(diǎn)：關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向的引入。教學(xué)方法：課堂講授。教學(xué)內(nèi)容：一、指定電流和電壓參考方向的必要性在電路分析中，涉及某個(gè)元件或部分電路的電流或電壓時(shí)，由于電流或電壓的實(shí)際方向可能是未知的，也可能是隨時(shí)間變動(dòng)的。二、指定電流和電壓參考方向及表示方法1電流的參考方向（1）定義：每單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面積的電量定義為電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)電流，用符號(hào)i表示，用公式表示即：。（2）單位：國(guó)際單位：安培（A）其它單位：毫安（mA）,微安（A）1 mA=110-3A,1A=110-6A（3）參考方向：電流的參考方向可以任意指定，分析時(shí)：若參考方向與實(shí)際方向一致，則i0，反之i0，反之u0時(shí)，電容元件經(jīng)過(guò)電阻R開(kāi)始放電。2定量分析：根據(jù)KVL，列出t0時(shí)的電路微分方程 而，代入上式得：上式為一階常系數(shù)線(xiàn)性齊次微分方程，令它的通解為： 代入方程中，并消去公因子，得出該微分方程的特征方程：其特征根為 ：因此，該微分方程的通解為：式中A為積分常數(shù)，由電路的初始條件確定，即：，所以 3波形分析：可見(jiàn)，電容在放電時(shí)，其電壓隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減，它的初始值為U，衰減終了為零。uC 隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖6-8所示。圖6-8 電容放電時(shí)電壓電流曲線(xiàn)RC電路放電過(guò)程中電容放電電流和電阻上的電壓為 上兩式中的負(fù)號(hào)表示放電電流的實(shí)際方向與圖中的參考方向相反。畫(huà)出了i、uR隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。4RC電路的零輸入響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)令 因?yàn)樗哂袝r(shí)間的量綱，單位是秒，所以稱(chēng)為RC電路的時(shí)間常數(shù)。電壓uC衰減的快慢決定于電路的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)時(shí)，電容上電壓值為可見(jiàn)時(shí)間常數(shù)為電容電壓衰減到初始值的0.368倍所需要的時(shí)間。5RC零輸入響應(yīng)一般公式： 6能量分析（略）例：教材P151 6-3三、RL電路的零輸入響應(yīng)1定性分析： 在換路前，開(kāi)關(guān)S是合在“1”的位置上，電感元件中通有電流，。在t=0時(shí)將開(kāi)關(guān)從“1”的位置合到“2”的位置，使電路脫離電源，RL電路被短路。此時(shí)，電感元件已儲(chǔ)有能量，逐漸被電阻R消耗。2定量分析：根據(jù)KVL得：又由和代入上式得：上式為一階線(xiàn)性常系數(shù)齊次微分方程。其特征方程 ：特征根為 ： 因此，微分方程的通解為 ：由初始條件可確定 ：所以，電路的零輸入響應(yīng)為： 上式中，令 ；也具有時(shí)間的量綱，稱(chēng)為電路的時(shí)間常數(shù)。uL、uR的響應(yīng)為： 3波形分析：所求i、uL、uR隨時(shí)間而變化的曲線(xiàn)如圖所示。uL為負(fù)值表示此時(shí)電感元件的實(shí)際電壓極性與參考極性相反。4RL零輸入響應(yīng)的一般形式：5能量分析（略）例：圖是用伏安法測(cè)電感線(xiàn)圈的電阻RL的電路，電路穩(wěn)定時(shí)，電流表的讀數(shù)為4A，電壓表的讀數(shù)為10V。已知電流表的內(nèi)阻為RA=0.05，電壓表的內(nèi)阻為RV=10k，電感L=5H。若開(kāi)關(guān)S在t=0時(shí)打開(kāi)，求（1）電感電流iL在t=0-、t=0+時(shí)的值；iL的表達(dá)式，并畫(huà)出其波形。（2）電壓表上的電壓uV在t=0-、t=0+時(shí)的值；uV的表達(dá)式，并畫(huà)出其波形。解： （1）換路前，電路已穩(wěn)定，則有：圖6-11 例題 ，畫(huà)t=0+時(shí)的等效電路如圖（b），電路的時(shí)間常數(shù)為：電流響應(yīng)：其波形如圖（c）所示。（2）由換路前穩(wěn)定電路得 ：由t=0+時(shí)的等效電路得：電壓響應(yīng)：其波形如圖（c）所示。在換路瞬間電壓表電壓uV從10V突變到40kV，這樣電壓表要燒壞，為此，應(yīng)在電壓表兩端并聯(lián)一續(xù)流二極管D，如圖（d）。6-4 一階電路的零狀態(tài)的響應(yīng)教學(xué)目的：掌握一階電路零狀態(tài)響應(yīng)的物理概念和過(guò)渡過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：零狀態(tài)響應(yīng)一般公式。教學(xué)難點(diǎn)：零狀態(tài)響應(yīng)的求解。教學(xué)方法：課堂講授。教學(xué)內(nèi)容：一、定義所謂RC電路的零狀態(tài)，是指換路前電容元件未儲(chǔ)有能量，即。在此條件下，由直流電源激勵(lì)所產(chǎn)生的電路響應(yīng)，稱(chēng)為零狀態(tài)響應(yīng)。二、RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)1定性分析：在t0時(shí)，電路已經(jīng)處于穩(wěn)態(tài)，即電容的初始狀態(tài)，Uc（0-）=0，當(dāng)t=0時(shí)，開(kāi)關(guān)S閉合，由換路定律Uc（0+）=Uc（0-）=o，t=0+時(shí)刻電容相當(dāng)于短路，電源電壓U全部施加于電阻R兩端，此時(shí)電流達(dá)到最大值，I（0+）=U/R，隨著充電的進(jìn)行，電容電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小，直到Uc=U，i=0，充電過(guò)程結(jié)束，電容相當(dāng)于開(kāi)路，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。2定量分析：根據(jù)KVL得：而，代入上式得： 上式為一階常系數(shù)線(xiàn)性非奇次微分方程，它的解由該方程的特解uC和對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解uC組成。特解，又稱(chēng)強(qiáng)制分量或穩(wěn)態(tài)分量；通解，也稱(chēng)自由分量或暫態(tài)分量。故微分方程的解為：若，則由此初始條件代入上式得：因此，零狀態(tài)響應(yīng)中的電容電壓的表達(dá)式為：3波形分析：電容電壓uC 隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖所示。圖中同時(shí)畫(huà)出了穩(wěn)態(tài)分量uC和暫態(tài)分量uC的曲線(xiàn)。暫態(tài)分量uC的大小隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減，直至消失。電容電壓uC從零初始值開(kāi)始，隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律逐漸增長(zhǎng)，直至穩(wěn)態(tài)值。4RC零狀態(tài)響應(yīng)的一般方程： 5能量分析：略三、RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)1定性分析：圖示串聯(lián)電路，開(kāi)關(guān)未閉合之前，由于電路開(kāi)路，故電流，當(dāng)閉合接通直流電壓源后，電路將產(chǎn)生零狀態(tài)響應(yīng)。因?yàn)閾Q路前電感元件未儲(chǔ)有能量，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合瞬間，。2定量分析：根據(jù)得：又由和代入上式得： 它是一階常系數(shù)線(xiàn)性非齊次微分方程，它的通解為：其中為特解，即穩(wěn)態(tài)分量或強(qiáng)制分量，顯然，為通解，即暫態(tài)分量或自由分量，它的解為對(duì)應(yīng)的奇次微分方程的解：所以，由初始條件可確定：則零狀態(tài)響應(yīng)電流為： 同樣，是電路的時(shí)間常數(shù)。愈小，過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的就愈快。時(shí)間常數(shù)正比于，反比于。改變電路的或值，可以影響過(guò)渡過(guò)程的快慢。大約經(jīng)過(guò)（45）的時(shí)間，過(guò)渡過(guò)程已基本結(jié)束。在電感電路的零狀態(tài)響應(yīng)中，電感和電阻電壓為 3波形分析：i、uL、uR隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖所示。4RL零狀態(tài)響應(yīng)的一般公式：5能量分析（略）例：書(shū)P153解：略6-5 一階電路的全響應(yīng)教學(xué)目的：掌握一階電路全響應(yīng)的物理概念和過(guò)渡過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：全響應(yīng)一般公式。教學(xué)難點(diǎn)：全響應(yīng)的求解。教學(xué)方法：課堂講授。教學(xué)內(nèi)容：一、一階電路全響應(yīng)及其分解1定義：當(dāng)一個(gè)非零初始狀態(tài)的一階電路受到激勵(lì)時(shí)，電路的響應(yīng)稱(chēng)為全響應(yīng)。2全響應(yīng)的分解：全響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)暫態(tài)響應(yīng)全響應(yīng)零輸入響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng)3RC全響應(yīng)一般公式：例：書(shū)P153 6-15二、一階電路的三要素法1三要素法概述：2三要素：（1）f（0+） （2）f（） （3）3公式：例： 圖示的電路中，當(dāng)t=0時(shí)，開(kāi)關(guān)S閉合，電路接通直流電源。開(kāi)關(guān)閉合前電容沒(méi)有儲(chǔ)能。試用三要素法求換路后電容電壓uC(t)和電源支路的電流i(t)，并繪出其變化曲線(xiàn)。圖6-16 例題（1）求初始值uC(0)和i(0)由于換路前電容沒(méi)有儲(chǔ)能，uC(0)0，故uC(0)0畫(huà)t=0時(shí)的等效電路如圖（a）所示，則（2）求穩(wěn)態(tài)值uC()和i()畫(huà)出t等效電路如圖（b）所示。根據(jù)此電路可計(jì)算出（3）求時(shí)間常數(shù)。畫(huà)出求R等效電路如圖（c）所示，則圖6-17 例題（4）求電容電壓uC(t)和電流i(t)可見(jiàn)，用三要素法來(lái)計(jì)算一階電路的過(guò)渡過(guò)程，不必列寫(xiě)和求解微分方程，比較簡(jiǎn)單，但如果不是一階電路，就不能用三要素法來(lái)計(jì)算。4含CS的三要素法（1）關(guān)鍵：求Req（2）步驟：1求f（0+）2求換路后的原電路的戴維頂?shù)刃щ娐?求f（）4求5代入公式例：教材P140 例6-56-6 一階電路的階躍響應(yīng)教學(xué)目的：掌握一階電路階躍應(yīng)的物理概念和過(guò)渡過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：階躍響應(yīng)一般公式。教學(xué)難點(diǎn)：階躍響應(yīng)的求解。教學(xué)方法：課堂講授。教學(xué)內(nèi)容：一、單位階躍函數(shù)，延遲單位階躍函數(shù)二、階躍響應(yīng)1概念：指一階電路在唯一的單位階躍激勵(lì)下所產(chǎn)生的零狀態(tài)響應(yīng)。2公式：公式見(jiàn)P149表6-2例：求如圖所示電路的單位階躍響應(yīng)，。解：利用三要素法：（1）求（2）求（3） 求： 6-7 一階電路的沖激響應(yīng)教學(xué)目的：掌握一階電路沖激響應(yīng)的物理概念和過(guò)渡過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：沖激響應(yīng)一般公式。教學(xué)難點(diǎn)：沖激響應(yīng)的求解。教學(xué)方法：課堂講授。教學(xué)內(nèi)容：一、單位沖激函數(shù)，延遲單位沖激函數(shù)二、沖激響應(yīng)1概念：教材p2公式：見(jiàn)教材p表6-2例：解：三相電路主要掌握三相電路的基本概念及基本分析方法；線(xiàn)電壓、線(xiàn)電流、相電壓、相電流在Y和聯(lián)接中的關(guān)系；掌握對(duì)稱(chēng)、不對(duì)稱(chēng)的分析方法以及二瓦計(jì)法的基本道理；掌握三相電路功率的概念及應(yīng)用。11-1三相電路的特點(diǎn)教學(xué)目的：掌握三相對(duì)稱(chēng)電壓、三相電源的連接方式。教學(xué)重點(diǎn)：三相對(duì)稱(chēng)電壓的表達(dá)方式、三相電源的星形連接。教學(xué)難點(diǎn)：三相對(duì)稱(chēng)電壓的相位關(guān)系。教學(xué)方法：課堂講授。教學(xué)內(nèi)容：一、 對(duì)稱(chēng)三相電壓 如果三相電壓不僅頻率相同、幅值相同、且初相位依次相差1200，則稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)三相電壓。1瞬時(shí)表達(dá)式2相量的復(fù)數(shù)表達(dá)式及相量圖 3三相對(duì)稱(chēng)電壓的相序 相序：各相電源經(jīng)過(guò)同一值(如正最大值)的先后順序。（1）正序(順序)：ABCA（2）負(fù)序(逆序)：ACBA4三相對(duì)稱(chēng)電壓的波形圖三相電壓特點(diǎn)：二、三相電源的連接方式1星形連接方式 線(xiàn)電流等于相電流。 則 一般表示為： 線(xiàn)電壓對(duì)稱(chēng)（大小相等，相位互差1200）結(jié)論：對(duì)Y接法的對(duì)稱(chēng)三相電源(1) 即線(xiàn)電流等于對(duì)應(yīng)的相電流。(2) 相電壓對(duì)稱(chēng)，則線(xiàn)電壓也對(duì)稱(chēng)。(3)線(xiàn)電壓是相電壓的倍，即(4) 線(xiàn)電壓相位領(lǐng)先對(duì)應(yīng)相電壓30o。 2三角形連接方式 則 即線(xiàn)電壓等于相電壓。3對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載如果三相負(fù)載中各相參數(shù)都相同，則稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載。11-2對(duì)稱(chēng)三相電路的計(jì)算教學(xué)目的：掌握對(duì)稱(chēng)三相電路的不同連接方式的計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)：三相對(duì)稱(chēng)電路的星形連接方式、角形連接方式各電流的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：三相對(duì)稱(chēng)電路的角形連接方式各電流的計(jì)算。教學(xué)方法：課堂講授教學(xué)過(guò)程：課前提問(wèn)：對(duì)稱(chēng)三相電壓、對(duì)稱(chēng)三相負(fù)載？教學(xué)內(nèi)容：一、三相四線(xiàn)制系統(tǒng) 1中性點(diǎn)電壓根據(jù)節(jié)點(diǎn)法，以N為參考點(diǎn)，有 2各相電流關(guān)系 因?yàn)槿嚯娫磳?duì)稱(chēng)，三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)，即三相電流也對(duì)稱(chēng)，因此只計(jì)算其中一相即可。3中性線(xiàn)電流例：教材例題11-1。二、三相三線(xiàn)制在對(duì)稱(chēng)的YY三相電路中，中線(xiàn)不起作用，可省去，則三相四線(xiàn)制就變成三相三線(xiàn)制。舉例：書(shū)中例題5 2。三、負(fù)載三角形連接1三相相電流關(guān)系，2線(xiàn)電流與相電流關(guān)系 線(xiàn)電流為相電流的倍，相位上線(xiàn)電流滯后相電流300。四、比較負(fù)載星接和角接的各自特點(diǎn)1Y接： 2接： 11-3 不對(duì)稱(chēng)三相電路的計(jì)算教學(xué)目的：掌握三相不對(duì)稱(chēng)電路的中性點(diǎn)漂移現(xiàn)象、三相四線(xiàn)制的優(yōu)勢(shì)。教學(xué)重點(diǎn)：三相不對(duì)稱(chēng)電路的采用三相四線(xiàn)制的原因。教學(xué)難點(diǎn)：中性點(diǎn)漂移。教學(xué)方法：課堂講授教學(xué)過(guò)程：課前提問(wèn)：三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載星接和角接的特點(diǎn)？教學(xué)內(nèi)容：一、中性點(diǎn)漂移 三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)載無(wú)中線(xiàn)電路1中性點(diǎn)漂移的原因： 各相負(fù)載的相電壓： 負(fù)載中點(diǎn)與電源中點(diǎn)不重合，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為中點(diǎn)位移。2中性點(diǎn)漂移的危害 中性點(diǎn)位移越大，負(fù)載相電壓不對(duì)稱(chēng)越嚴(yán)重，有的相電壓過(guò)高，有的相電壓過(guò)低。相電壓過(guò)高可能造成該相負(fù)載燒毀，相電壓過(guò)低可能使得該相負(fù)載不能正常工作。3中性線(xiàn)的重要性 中性線(xiàn)保證每相負(fù)載的相電壓就是電源的相電壓，盡管各相負(fù)載不對(duì)稱(chēng)，也能保證負(fù)載正常工作。這就是低電壓網(wǎng)廣泛采用三相四線(xiàn)制的原因之一。二、三相三線(xiàn)制的不對(duì)稱(chēng)電路的計(jì)算1負(fù)載星形連接2負(fù)載角形連接三、三相四線(xiàn)制的不對(duì)稱(chēng)電路的計(jì)算例：教材例11-3。11-4三相電路的功率教學(xué)目的：掌握三相電路功率的求解、測(cè)量。教學(xué)重點(diǎn)：三相對(duì)稱(chēng)電路各功率的求解、二表法。教學(xué)難點(diǎn)：功率測(cè)量。教學(xué)方法：課堂講授教學(xué)過(guò)程：課前提問(wèn)：?jiǎn)蜗嘟涣麟娐酚泄β?、無(wú)功功率、視在功率的公式？教學(xué)內(nèi)容：一、三相電路的瞬時(shí)功率二、對(duì)稱(chēng)三相電路的平均功率1有功功率2無(wú)功功率 3視在功率 三、不對(duì)稱(chēng)三相電路功率的計(jì)算不對(duì)稱(chēng)三相電路只能分別計(jì)算各相的功率，然后再求和。四、三相電路功率測(cè)量1三相三線(xiàn)制的二瓦計(jì)法 若W1的讀數(shù)為P1 ，W2的