東南大學(xué)電工技術(shù)演講人：日期:01課程概述02基礎(chǔ)理論模塊03電路分析技術(shù)04電子器件與系統(tǒng)05實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)06課程總結(jié)與評(píng)估目錄課程概述01PART課程目標(biāo)與定位培養(yǎng)電氣工程基礎(chǔ)能力服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求強(qiáng)化工程實(shí)踐與創(chuàng)新意識(shí)通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)電路分析、電磁場(chǎng)理論、電力電子技術(shù)等核心內(nèi)容，使學(xué)生掌握電工技術(shù)領(lǐng)域的基本理論和實(shí)踐技能，為后續(xù)專業(yè)課程奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)課、課程設(shè)計(jì)和項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜電氣工程問(wèn)題的能力，并鼓勵(lì)其在智能電網(wǎng)、新能源技術(shù)等前沿領(lǐng)域開展創(chuàng)新研究。課程內(nèi)容緊密對(duì)接“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，注重高壓直流輸電、柔性交直流配網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，提升學(xué)生在國(guó)家能源轉(zhuǎn)型中的技術(shù)貢獻(xiàn)力。教學(xué)大綱框架理論教學(xué)模塊涵蓋電路基本定律（基爾霍夫定律、戴維南定理）、交流電路分析（相量法、功率計(jì)算）、電機(jī)與變壓器原理（三相異步電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)特性）、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)（短路計(jì)算、穩(wěn)定性分析）四大知識(shí)體系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（示波器使用、RLC電路響應(yīng)）、綜合實(shí)驗(yàn)（電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)）、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（光伏微電網(wǎng)仿真）三個(gè)層級(jí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備覆蓋RT-LAB實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)、DSPACE快速原型開發(fā)系統(tǒng)等先進(jìn)裝置?？己嗽u(píng)價(jià)體系采用多元評(píng)價(jià)機(jī)制，包含理論考試（占比50%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（20%）、課程設(shè)計(jì)（20%）、課堂研討（10%），重點(diǎn)考察學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。教材與專著主教材選用《電工技術(shù)基礎(chǔ)》（王兆安著），拓展書目包括《電力電子學(xué)》（BimalK.Bose著）、《現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析》（倪以信著）；圖書館藏有IEEETransactionsonPowerSystems等期刊合訂本。學(xué)習(xí)資源介紹數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)東南大學(xué)在線教育中心提供MOOC課程（含虛擬仿真實(shí)驗(yàn)）、PSASP電力系統(tǒng)分析軟件教學(xué)視頻，學(xué)生可通過(guò)校園網(wǎng)訪問(wèn)ANSYSMaxwell電磁場(chǎng)仿真軟件正版授權(quán)。實(shí)踐基地支持九龍湖校區(qū)電氣工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心配備智能微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，無(wú)錫校區(qū)設(shè)有電力電子與電力傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分中心，支持學(xué)生開展國(guó)家級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目?；A(chǔ)理論模塊02PART電工學(xué)基本原理電路基本定律與分析方法包括歐姆定律、基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL），以及節(jié)點(diǎn)電壓法、網(wǎng)孔電流法等經(jīng)典電路分析方法，為復(fù)雜電路設(shè)計(jì)與故障診斷提供理論基礎(chǔ)。電磁能量轉(zhuǎn)換原理闡述電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的物理機(jī)制，涵蓋電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的工作原理及效率優(yōu)化策略，涉及磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通密度等關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算。安全用電與保護(hù)技術(shù)分析接地保護(hù)、漏電保護(hù)器（RCD）的工作原理，強(qiáng)調(diào)絕緣材料選擇、過(guò)載保護(hù)及短路電流限制等工程實(shí)踐中的安全規(guī)范。電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)渦流與集膚效應(yīng)探討交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中引發(fā)的渦流損耗及其抑制技術(shù)，分析高頻電路中集膚效應(yīng)對(duì)導(dǎo)線電阻和電感參數(shù)的影響。電磁波傳播與輻射特性研究電磁波在自由空間、波導(dǎo)及光纖中的傳播規(guī)律，包括極化、反射、折射等現(xiàn)象，以及天線設(shè)計(jì)中的輻射方向圖與增益優(yōu)化方法。麥克斯韋方程組及其應(yīng)用深入解析描述電磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)行為的四個(gè)微分方程（高斯定律、高斯磁定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、安培-麥克斯韋定律），并討論其在無(wú)線通信、微波工程中的實(shí)際應(yīng)用案例。交直流電路特性正弦穩(wěn)態(tài)電路分析通過(guò)相量法求解交流電路的電壓、電流及功率，涵蓋阻抗匹配、功率因數(shù)校正技術(shù)，并對(duì)比單相與三相系統(tǒng)的效率差異。非線性元件與暫態(tài)響應(yīng)研究二極管、晶體管等非線性器件的伏安特性，以及RC/RL/RLC電路的階躍響應(yīng)、零輸入響應(yīng)等動(dòng)態(tài)過(guò)程，結(jié)合拉普拉斯變換進(jìn)行建模。諧波分析與濾波設(shè)計(jì)量化電網(wǎng)中諧波污染對(duì)設(shè)備的影響，介紹無(wú)源濾波器（LC電路）與有源濾波器的設(shè)計(jì)原理，以滿足電能質(zhì)量國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如IEEE519）。電路分析技術(shù)03PART電阻是電路中最基本的無(wú)源元件，其電壓與電流呈線性關(guān)系（歐姆定律），主要參數(shù)包括標(biāo)稱阻值、功率額定值和溫度系數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中需考慮高頻下的寄生電感和分布電容效應(yīng)。電阻元件特性電感具有阻礙電流變化的特性，其存儲(chǔ)能量與電流平方成正比。實(shí)際建模需考慮繞組電阻、匝間電容和磁芯飽和效應(yīng)，高頻環(huán)境下還需分析趨膚效應(yīng)導(dǎo)致的損耗。電感元件瞬態(tài)響應(yīng)電容的伏安特性表現(xiàn)為電流相位超前電壓90度，其阻抗隨頻率升高而降低。分析時(shí)需關(guān)注介質(zhì)損耗角正切值、等效串聯(lián)電阻（ESR）以及溫度穩(wěn)定性等參數(shù)對(duì)電路性能的影響。電容元件動(dòng)態(tài)特性010302電路元件特性分析二極管、晶體管等器件具有顯著的非線性伏安特性，需通過(guò)分段線性化或小信號(hào)模型進(jìn)行分析，特別要注意正向?qū)ㄩ撝?、反向擊穿電壓和開關(guān)瞬態(tài)過(guò)程等關(guān)鍵參數(shù)。半導(dǎo)體器件非線性特性04網(wǎng)絡(luò)定理應(yīng)用方法疊加定理的工程應(yīng)用適用于線性系統(tǒng)的多源激勵(lì)分析，需注意獨(dú)立源置零時(shí)的處理規(guī)則（電壓源短路、電流源開路），在含受控源電路中使用時(shí)需保留控制量所在支路。戴維南等效的實(shí)用技巧通過(guò)開路電壓和等效電阻計(jì)算實(shí)現(xiàn)復(fù)雜二端網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化，特別適用于負(fù)載變化時(shí)的系統(tǒng)分析。實(shí)際測(cè)量中需注意信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。諾頓定理的轉(zhuǎn)換應(yīng)用與戴維南定理構(gòu)成對(duì)偶關(guān)系，在分析并聯(lián)型負(fù)載電路時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。實(shí)施時(shí)需準(zhǔn)確計(jì)算短路電流和等效導(dǎo)納，處理含受控源電路時(shí)要注意控制變量的保持。最大功率傳輸定理的優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)實(shí)現(xiàn)功率最大化，在射頻電路匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中具有重要應(yīng)用，需同時(shí)考慮效率與功率的平衡關(guān)系。暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)過(guò)程電感電流不能突變的特性導(dǎo)致時(shí)間常數(shù)τ=L/R，分析時(shí)需特別注意斷電時(shí)電感儲(chǔ)能釋放產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)開關(guān)器件的沖擊保護(hù)。RL電路階躍響應(yīng)特性

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將時(shí)域微分方程轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)代數(shù)方程，適用于正弦穩(wěn)態(tài)電路計(jì)算。實(shí)施時(shí)需嚴(yán)格統(tǒng)一各元件相量表示形式（有效值/幅值），特別注意阻抗角的物理意義。相量法的穩(wěn)態(tài)分析包含時(shí)間常數(shù)τ=RC的關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算，可完整描述電容充放電過(guò)程中的電壓/電流變化規(guī)律。工程中需關(guān)注5τ準(zhǔn)則（98%穩(wěn)態(tài)值）的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。RC電路暫態(tài)響應(yīng)分析RLC電路中當(dāng)阻尼系數(shù)ζ<1時(shí)產(chǎn)生衰減振蕩，需計(jì)算固有頻率ω0和阻尼比ζ來(lái)預(yù)測(cè)響應(yīng)曲線，在濾波器設(shè)計(jì)中具有重要指導(dǎo)價(jià)值。二階電路振蕩條件電子器件與系統(tǒng)04PART半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料特性：半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，其電導(dǎo)率可通過(guò)摻雜、光照或溫度變化進(jìn)行調(diào)控，這一特性使其成為現(xiàn)代電子器件的核心材料。常見的半導(dǎo)體材料包括硅（Si）、鍺（Ge）以及化合物半導(dǎo)體如砷化鎵（GaAs）。PN結(jié)原理與應(yīng)用：PN結(jié)是半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)，由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸形成，具有單向?qū)щ娦?。其廣泛應(yīng)用于二極管、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管（LED）等器件中，是理解半導(dǎo)體器件工作原理的基礎(chǔ)。場(chǎng)效應(yīng)管（FET）與雙極型晶體管（BJT）：FET通過(guò)電場(chǎng)控制導(dǎo)電溝道的形成與消失來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，具有高輸入阻抗和低噪聲特性；BJT則通過(guò)載流子的注入與復(fù)合實(shí)現(xiàn)放大，具有高增益和快速響應(yīng)特性，兩者分別適用于不同電路場(chǎng)景。半導(dǎo)體器件制造工藝：包括光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積等關(guān)鍵技術(shù)，這些工藝的精度直接決定了半導(dǎo)體器件的性能與可靠性，是現(xiàn)代集成電路制造的基石。晶體管與放大器晶體管工作原理晶體管通過(guò)基極（BJT）或柵極（FET）的小信號(hào)控制集電極或漏極的大電流，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大或開關(guān)功能。其核心在于載流子的輸運(yùn)與調(diào)控，涉及能帶理論、載流子擴(kuò)散與漂移等物理機(jī)制。放大器分類與特性根據(jù)工作狀態(tài)可分為A類、B類、AB類、D類放大器，分別適用于高保真音頻、功率放大、高效率轉(zhuǎn)換等場(chǎng)景。關(guān)鍵參數(shù)包括增益、帶寬、輸入輸出阻抗、失真度等，需根據(jù)應(yīng)用需求優(yōu)化設(shè)計(jì)。負(fù)反饋技術(shù)通過(guò)將輸出信號(hào)部分反饋至輸入端，可穩(wěn)定放大器增益、擴(kuò)展帶寬、降低非線性失真，是改善放大器性能的重要手段。典型電路包括電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。高頻放大器設(shè)計(jì)針對(duì)射頻（RF）應(yīng)用，需考慮寄生參數(shù)、阻抗匹配、穩(wěn)定性等問(wèn)題。采用共源共柵（Cascode）、差分對(duì)等結(jié)構(gòu)可提升高頻性能，結(jié)合微帶線、LC匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最佳功率傳輸。集成電路設(shè)計(jì)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程包括需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、RTL編碼、邏輯綜合、布局布線、時(shí)序驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，需使用EDA工具（如Cadence、Synopsys）完成。重點(diǎn)解決功耗、面積與時(shí)序的平衡問(wèn)題。01模擬集成電路關(guān)鍵技術(shù)涉及運(yùn)算放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC/DAC）、鎖相環(huán)（PLL）等模塊設(shè)計(jì)，需關(guān)注噪聲、匹配性、線性度等指標(biāo)。采用電流鏡、差分對(duì)等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高性能電路。02混合信號(hào)集成挑戰(zhàn)數(shù)字與模擬電路共存時(shí)需解決襯底噪聲耦合、電源完整性、信號(hào)隔離等問(wèn)題。通過(guò)GuardRing、深N阱隔離、多電源域劃分等技術(shù)提升系統(tǒng)可靠性。03先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)7nm及以下工藝中，F(xiàn)inFET或GAA晶體管結(jié)構(gòu)帶來(lái)更高集成度，但需應(yīng)對(duì)短溝道效應(yīng)、漏電、工藝波動(dòng)等挑戰(zhàn)。采用DFM（可制造性設(shè)計(jì)）和機(jī)器學(xué)習(xí)輔助優(yōu)化提升良率。04實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)05PART電工儀器操作規(guī)范萬(wàn)用表使用規(guī)范操作前需檢查量程選擇是否匹配被測(cè)信號(hào)，測(cè)量高電壓時(shí)需佩戴絕緣手套，避免直接接觸裸露導(dǎo)線；使用后需將旋鈕調(diào)至交流電壓最高檔位，防止下次誤操作損壞儀器。01示波器校準(zhǔn)流程開機(jī)后需進(jìn)行探頭補(bǔ)償校準(zhǔn)，確保波形顯示無(wú)畸變；垂直靈敏度與水平時(shí)基調(diào)整需根據(jù)信號(hào)頻率動(dòng)態(tài)匹配，避免信號(hào)采樣失真或顯示溢出。電源設(shè)備安全操作直流穩(wěn)壓電源輸出前需確認(rèn)負(fù)載阻抗匹配，禁止短路輸出端；交流調(diào)壓器需逐步升壓并監(jiān)測(cè)電流表，防止過(guò)載觸發(fā)保護(hù)電路。接地與防靜電措施實(shí)驗(yàn)臺(tái)需接入獨(dú)立接地線，高頻實(shí)驗(yàn)需使用屏蔽電纜；接觸集成電路前需佩戴防靜電手環(huán)，避免器件擊穿。020304基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目示例4變壓器空載與短路試驗(yàn)3RC暫態(tài)響應(yīng)特性研究2三相電路功率測(cè)量1基爾霍夫定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)壓器逐步升壓記錄空載電流-電壓特性曲線，短路試驗(yàn)需快速采集數(shù)據(jù)以避免繞組過(guò)熱，計(jì)算變比與效率等參數(shù)。采用二瓦計(jì)法測(cè)量星形/三角形負(fù)載的有功功率，分析中線電流對(duì)不平衡負(fù)載的影響，需記錄不同功率因數(shù)下的數(shù)據(jù)變化曲線。利用信號(hào)發(fā)生器輸入階躍電壓，通過(guò)示波器觀測(cè)電容充放電曲線，計(jì)算時(shí)間常數(shù)并與理論值對(duì)比，探討電阻值對(duì)響應(yīng)速度的影響。通過(guò)搭建多支路直流電路，測(cè)量節(jié)點(diǎn)電流代數(shù)和與回路電壓降，誤差需控制在±2%以內(nèi)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告需包含理論計(jì)算、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比及誤差分析。綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試基于STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度自適應(yīng)調(diào)節(jié)，硬件部分包含光敏傳感器模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)電路；軟件需編寫PWM調(diào)光算法并通過(guò)串口通信調(diào)試參數(shù)。智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在Matlab/Simulink中搭建DC-AC逆變電路模型，設(shè)計(jì)鎖相環(huán)同步電網(wǎng)頻率，THD（總諧波失真率）需優(yōu)化至5%以下，提交完整的仿真報(bào)告與波形截圖。光伏逆變器并網(wǎng)仿真采用諧振耦合原理設(shè)計(jì)發(fā)射/接收線圈，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試諧振頻率偏移，調(diào)整補(bǔ)償電容使傳輸效率達(dá)到60%以上，并驗(yàn)證異物檢測(cè)功能可靠性。無(wú)線充電裝置調(diào)試通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)的V/F開環(huán)控制，監(jiān)控電流波形判斷是否發(fā)生失步，優(yōu)化加速/減速曲線以避免機(jī)械沖擊。工業(yè)電機(jī)變頻控制實(shí)驗(yàn)課程總結(jié)與評(píng)估06PART核心知識(shí)點(diǎn)回顧包括基爾霍夫電壓定律（KVL）、基爾霍夫電流定律（KCL）、戴維南定理、諾頓定理等，以及節(jié)點(diǎn)電壓法、網(wǎng)孔電流法等電路分析方法，為后續(xù)復(fù)雜電路設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。涵蓋正弦穩(wěn)態(tài)分析、相量表示法、功率因數(shù)校正、三相電路的連接方式（星形與三角形）及功率計(jì)算，重點(diǎn)分析工業(yè)用電場(chǎng)景中的三相平衡與不平衡問(wèn)題。深入講解直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)的工作原理及特性曲線，同時(shí)解析變壓器的等效電路模型、效率計(jì)算及電壓調(diào)整率等核心參數(shù)。包括整流電路、逆變電路、DC-DC變換器等電力電子器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略，結(jié)合仿真工具（如MATLAB/Simulink）進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析。電路基本定律與分析方法電路基本定律與分析方法電路基本定律與分析方法電路基本定律與分析方法應(yīng)用領(lǐng)域拓展實(shí)例以東南大學(xué)參與的“國(guó)家智能電網(wǎng)示范工程”為例，分析電工技術(shù)在光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的關(guān)鍵作用，包括諧波抑制、無(wú)功補(bǔ)償及儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。智能電網(wǎng)與新能源并網(wǎng)結(jié)合無(wú)錫校區(qū)與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作的“高端裝備制造項(xiàng)目”，探討變頻調(diào)速系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)PID控制算法與電機(jī)參數(shù)匹配的工程實(shí)踐。工業(yè)自動(dòng)化與電機(jī)控制基于蘇州校區(qū)新能源實(shí)驗(yàn)室的研究成果，解析車載充電機(jī)（OBC）、直流快充樁的電路拓?fù)浼澳芰抗芾聿呗?，?duì)比國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異。電動(dòng)汽車與充電設(shè)施以丁家橋校區(qū)生物醫(yī)學(xué)工程方向?yàn)槔?，介紹高精度隔離電源、低噪聲DC-DC模塊在MRI、