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實驗實踐環(huán)節(jié)06課程總結(jié)與評估目錄課程概述01PART課程目標(biāo)與定位培養(yǎng)電氣工程基礎(chǔ)能力服務(wù)國家戰(zhàn)略需求強化工程實踐與創(chuàng)新意識通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)電路分析、電磁場理論、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)域的基本理論和實踐技能，為后續(xù)專業(yè)課程奠定堅實基礎(chǔ)。結(jié)合實驗課、課程設(shè)計和項目實踐，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜電氣工程問題的能力，并鼓勵其在智能電網(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、功率計算）、電機與變壓器原理（三相異步電機、同步發(fā)電機特性）、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)（短路計算、穩(wěn)定性分析）四大知識體系。實驗教學(xué)環(huán)節(jié)包括基礎(chǔ)實驗（示波器使用、RLC電路響應(yīng)）、綜合實驗（電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計）、創(chuàng)新實驗（光伏微電網(wǎng)仿真）三個層級，實驗設(shè)備覆蓋RT-LAB實時仿真平臺、DSPACE快速原型開發(fā)系統(tǒng)等先進(jìn)裝置?？己嗽u價體系采用多元評價機制，包含理論考試（占比50%）、實驗報告（20%）、課程設(shè)計（20%）、課堂研討（10%），重點考察學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。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)平臺東南大學(xué)在線教育中心提供MOOC課程（含虛擬仿真實驗）、PSASP電力系統(tǒng)分析軟件教學(xué)視頻，學(xué)生可通過校園網(wǎng)訪問ANSYSMaxwell電磁場仿真軟件正版授權(quán)。實踐基地支持九龍湖校區(qū)電氣工程實驗教學(xué)示范中心配備智能微電網(wǎng)實驗平臺，無錫校區(qū)設(shè)有電力電子與電力傳動國家重點實驗室分中心，支持學(xué)生開展國家級大創(chuàng)項目?；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械能相互轉(zhuǎn)換的物理機制，涵蓋電動機、發(fā)電機的工作原理及效率優(yōu)化策略，涉及磁場強度、磁通密度等關(guān)鍵參數(shù)的計算。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，強調(diào)絕緣材料選擇、過載保護(hù)及短路電流限制等工程實踐中的安全規(guī)范。電磁場理論基礎(chǔ)渦流與集膚效應(yīng)探討交變磁場在導(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動態(tài)行為的四個微分方程（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），并討論其在無線通信、微波工程中的實際應(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)等動態(tài)過程，結(jié)合拉普拉斯變換進(jìn)行建模。諧波分析與濾波設(shè)計量化電網(wǎng)中諧波污染對設(shè)備的影響，介紹無源濾波器（LC電路）與有源濾波器的設(shè)計原理，以滿足電能質(zhì)量國際標(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，其存儲能量與電流平方成正比。實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)對電路性能的影響。電容元件動態(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，需通過分段線性化或小信號模型進(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)的多源激勵分析，需注意獨立源置零時的處理規(guī)則（電壓源短路、電流源開路），在含受控源電路中使用時需保留控制量所在支路。戴維南等效的實用技巧通過開路電壓和等效電阻計算實現(xiàn)復(fù)雜二端網(wǎng)絡(luò)的簡化，特別適用于負(fù)載變化時的系統(tǒng)分析。實際測量中需注意信號源內(nèi)阻對測試結(jié)果的影響。諾頓定理的轉(zhuǎn)換應(yīng)用與戴維南定理構(gòu)成對偶關(guān)系，在分析并聯(lián)型負(fù)載電路時更具優(yōu)勢。實施時需準(zhǔn)確計算短路電流和等效導(dǎo)納，處理含受控源電路時要注意控制變量的保持。最大功率傳輸定理的優(yōu)化設(shè)計當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻時實現(xiàn)功率最大化，在射頻電路匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中具有重要應(yīng)用，需同時考慮效率與功率的平衡關(guān)系。暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)過程電感電流不能突變的特性導(dǎo)致時間常數(shù)τ=L/R，分析時需特別注意斷電時電感儲能釋放產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢對開關(guān)器件的沖擊保護(hù)。RL電路階躍響應(yīng)特性

0104

03

02

將時域微分方程轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)代數(shù)方程，適用于正弦穩(wěn)態(tài)電路計算。實施時需嚴(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)分析包含時間常數(shù)τ=RC的關(guān)鍵參數(shù)計算，可完整描述電容充放電過程中的電壓/電流變化規(guī)律。工程中需關(guān)注5τ準(zhǔn)則（98%穩(wěn)態(tài)值）的實際應(yīng)用場景。RC電路暫態(tài)響應(yīng)分析RLC電路中當(dāng)阻尼系數(shù)ζ<1時產(chǎn)生衰減振蕩，需計算固有頻率ω0和阻尼比ζ來預(yù)測響應(yīng)曲線，在濾波器設(shè)計中具有重要指導(dǎo)價值。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)。場效應(yīng)管（FET）與雙極型晶體管（BJT）：FET通過電場控制導(dǎo)電溝道的形成與消失來實現(xiàn)信號放大，具有高輸入阻抗和低噪聲特性；BJT則通過載流子的注入與復(fù)合實現(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基極（BJT）或柵極（FET）的小信號控制集電極或漏極的大電流，實現(xiàn)信號放大或開關(guān)功能。其核心在于載流子的輸運與調(diào)控，涉及能帶理論、載流子擴散與漂移等物理機制。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。負(fù)反饋技術(shù)通過將輸出信號部分反饋至輸入端，可穩(wěn)定放大器增益、擴展帶寬、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)計針對射頻（RF）應(yīng)用，需考慮寄生參數(shù)、阻抗匹配、穩(wěn)定性等問題。采用共源共柵（Cascode）、差分對等結(jié)構(gòu)可提升高頻性能，結(jié)合微帶線、LC匹配網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)最佳功率傳輸。集成電路設(shè)計數(shù)字集成電路設(shè)計流程包括需求分析、架構(gòu)設(shè)計、RTL編碼、邏輯綜合、布局布線、時序驗證等環(huán)節(jié)，需使用EDA工具（如Cadence、Synopsys）完成。重點解決功耗、面積與時序的平衡問題。01模擬集成電路關(guān)鍵技術(shù)涉及運算放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC/DAC）、鎖相環(huán)（PLL）等模塊設(shè)計，需關(guān)注噪聲、匹配性、線性度等指標(biāo)。采用電流鏡、差分對等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高性能電路。02混合信號集成挑戰(zhàn)數(shù)字與模擬電路共存時需解決襯底噪聲耦合、電源完整性、信號隔離等問題。通過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)點設(shè)計7nm及以下工藝中，F(xiàn)inFET或GAA晶體管結(jié)構(gòu)帶來更高集成度，但需應(yīng)對短溝道效應(yīng)、漏電、工藝波動等挑戰(zhàn)。采用DFM（可制造性設(shè)計）和機器學(xué)習(xí)輔助優(yōu)化提升良率。04實驗實踐環(huán)節(jié)05PART電工儀器操作規(guī)范萬用表使用規(guī)范操作前需檢查量程選擇是否匹配被測信號，測量高電壓時需佩戴絕緣手套，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)流程開機后需進(jìn)行探頭補償校準(zhǔn)，確保波形顯示無畸變；垂直靈敏度與水平時基調(diào)整需根據(jù)信號頻率動態(tài)匹配，避免信號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)測電流表，防止過載觸發(fā)保護(hù)電路。接地與防靜電措施實驗臺需接入獨立接地線，高頻實驗需使用屏蔽電纜；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)實驗項目示例4變壓器空載與短路試驗3RC暫態(tài)響應(yīng)特性研究2三相電路功率測量1基爾霍夫定律驗證實驗通過調(diào)壓器逐步升壓記錄空載電流-電壓特性曲線，短路試驗需快速采集數(shù)據(jù)以避免繞組過熱，計算變比與效率等參數(shù)。采用二瓦計法測量星形/三角形負(fù)載的有功功率，分析中線電流對不平衡負(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。利用信號發(fā)生器輸入階躍電壓，通過示波器觀測電容充放電曲線，計算時間常數(shù)并與理論值對比，探討電阻值對響應(yīng)速度的影響。通過搭建多支路直流電路，測量節(jié)點電流代數(shù)和與回路電壓降，誤差需控制在±2%以內(nèi)；實驗報告需包含理論計算、實測數(shù)據(jù)對比及誤差分析。綜合設(shè)計與調(diào)試基于STM32單片機實現(xiàn)光照強度自適應(yīng)調(diào)節(jié)，硬件部分包含光敏傳感器模塊、繼電器驅(qū)動電路；軟件需編寫PWM調(diào)光算法并通過串口通信調(diào)試參數(shù)。智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計在Matlab/Simulink中搭建DC-AC逆變電路模型，設(shè)計鎖相環(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)計發(fā)射/接收線圈，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試諧振頻率偏移，調(diào)整補償電容使傳輸效率達(dá)到60%以上，并驗證異物檢測功能可靠性。無線充電裝置調(diào)試通過PLC編程實現(xiàn)三相異步電機的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/減速曲線以避免機械沖擊。工業(yè)電機變頻控制實驗課程總結(jié)與評估06PART核心知識點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）及功率計算，重點分析工業(yè)用電場景中的三相平衡與不平衡問題。深入講解直流電機、異步電機、同步電機的工作原理及特性曲線，同時解析變壓器的等效電路模型、效率計算及電壓調(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)域拓展實例以東南大學(xué)參與的“國家智能電網(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、無功補償及儲能系統(tǒng)設(shè)計。智能電網(wǎng)與新能源并網(wǎng)結(jié)合無錫校區(qū)與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作的“高端裝備制造項目”，探討變頻調(diào)速系統(tǒng)在數(shù)控機床、機器人驅(qū)動中的應(yīng)用，強調(diào)PID控制算法與電機參數(shù)匹配的工程實踐。工業(yè)自動化與電機控制基于蘇州校區(qū)新能源實驗室的研究成果，解析車載充電機（OBC）、直流快充樁的電路拓?fù)浼澳芰抗芾聿呗裕瑢Ρ葒鴥?nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異。電動汽車與充電設(shè)施以丁家橋校區(qū)生物醫(yī)學(xué)工程方向為例，介紹高精度隔離電源、低噪聲DC-DC模塊在MRI、