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电气工程导论 —— 专题一

电气工程导论 —— 专题一. 绪论. 教 师：王 玉 联系方式： wyujue@sohu.com.  课程性质. 所选教材适合电工基础知识具备的阶段，请参考 电气工程导论目的 了解电气学科的涵盖范围 明确学习的方向、侧重点 认识今后可能的工作领域 清楚电气学科发展方向 范围广、未知多 —— 了解 探究.  授课及考核方式. 六个专题 —— 五门电气专业重点课程 不掌握过多涉及专业的知识理论 掌握本专业课程涵盖的基本内容 了解各学科发展的方向

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电气工程导论 —— 专题一

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  1. 电气工程导论——专题一 绪论 教 师：王 玉 联系方式：wyujue@sohu.com

  2. 课程性质 • 所选教材适合电工基础知识具备的阶段，请参考 • 电气工程导论目的 • 了解电气学科的涵盖范围 • 明确学习的方向、侧重点 • 认识今后可能的工作领域 • 清楚电气学科发展方向 • 范围广、未知多——了解探究 电气工程导论

  3.  授课及考核方式 • 六个专题——五门电气专业重点课程 • 不掌握过多涉及专业的知识理论 • 掌握本专业课程涵盖的基本内容 • 了解各学科发展的方向 • 每6～7人一组，准备一个5分钟ppt，准备3分钟的提问。讲述你对于学科的认识、某个感兴趣的专题或者喜欢的任何相关知识点。（第八周） 电气工程导论

  4. 一、电气工程的历史和形成 • 国外大学设置电气工程专业的时间 哥伦比亚大学　　　1882年 康乃尔大学　　　　1883年 普林斯顿大学　　　1889年 德州大学　　　　　1895年 麻省理工学院　　　1902年 电气工程导论

  5.  我国电气专业历史 • 1908年，南洋大学堂（交大）设立了电机专科——我国最早的电机专业。 • 1912年，同济医工学堂（同济大学）设立电机科。 • 1920年，公立工业专门学校（浙江大学）设立电机科。 • 1923年，中央大学（东南大学）设立电机工程系。 • 1932年，清华大学设立电机系。 • 1933年，北洋大学（天津大学）设立电机工程系。 电气工程导论

  6. 电气工程专业是工科中历史最悠久的专业之一。电气工程专业是工科中历史最悠久的专业之一。 • 电气工程专业在我国至今仍保持着强大的生命力。 • 从电气工程专业中派生出庞大的电气信息专业群 • 电子工程； • 计算机工程； • 自动化与仪表技术； • 等离子体技术； • 激光技术等现代高科技。 电气工程导论

  7. 电气工程学科是工程类的大基础学科，是工科院校较为古老的学科，我国目前还按老学科方向设置研究生教育的二级学科：电气工程学科是工程类的大基础学科，是工科院校较为古老的学科，我国目前还按老学科方向设置研究生教育的二级学科： • 电力系统及其自动化(Power System and its Automation) • 电机与电器(Electrical Machines and Apparatus) • 高电压技术与绝缘(High Voltage Tech. and Insulations) • 电力电子与电气传动(Power Electronics and Electric Drives) • 电工理论及电工新技术(Theories and New Tech. of Electric Engineering) 电气工程导论

  8. 川内其他具有电气专业院校 • 四川大学 • 专业 • 电子科技大学 • 弱电控制强电 • 西南交通大学 • 电气学院，各类学科全 电气工程导论

  9. 二、电气工程的地位和发展 • 电气工程（Electrical Engineering，简称EE）是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。 • 从某种意义上讲，电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。正因为此，电气工程的教育和科研一直在发达国家大学中占据十分重要的地位。 电气工程导论

  10. 电气工程的定义 • 传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。 • 21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴：今天的电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。 电气工程导论

  11. 三、今后发展 • 信息技术的决定性影响。信息技术广泛地定义为包括计算机、世界范围高速宽带计算机网络及通讯系统，以及用来传感、处理、存储和显示各种信息等相关支持技术的综合。 • 与物理科学的相互交叉面拓宽——三极管的发明和大规模集成电路制造技术的发展。 电气工程导论

  12. 四、电气专业重要基础专业课 • 电路分析 • 自动控制原理 • 模拟电路 • 电磁场 • 信号与系统 • 数字信号处理 • 数字电路 • 程序设计C语言 • 微机原理、单片机 电气工程导论

  13. （一）重要的专业基础课——电路分析 大学电路分析包括内容 • 电路的基本概念及基本定律 • 电阻电路的等效变换 • 电路的基本分析方法 • 线性电路的基本定理 • 含有运算放大器的电阻电路 • 正弦交流电路的稳态分析 • 含有互感的电路 • 三相电路 • 非正弦周期电流电路 • 双口网络 • 一阶电路的时域分析 • 二阶电路的时域分析 电气工程导论

  14. （二）电路设计常用软件介绍 • 随着计算机在国内的逐渐普及，软件在电路行业的应用也越来越广泛，但和发达国家相比，我国的电路设计水平仍然存在着相当大的差距。 • EDA • Electronic Design Automatic • 电路设计自动化 • 以下是一些国内最为常用的EDA软件 电气工程导论

  15. 1、PROTEL • PROTEL是PORTEL公司在20世纪80年代末推出的电路行业的CAD软件，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电路设计者的首选软件。普及率最高，几乎所有的电路公司都要用到它。 电气工程导论

  16. 学习的方式 • 最新版本：Protel 2006 （简体中文版 V6.0） • 网站： • http://www.skycn.com/soft/2539.html • （简体中文版 V6.0） • http:／www.protel.com • 其余下载网站 • 购买 • 相关书籍——书店很多 电气工程导论

  17. 2、ORCAD • 由ORCAD公司于20世纪80年代末推出的EDA软件。 • 集成了电原理图绘制，印刷电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能。 • 电路仿真的元器件库更达到了8500个，收入了几乎所有的通用型电路元器件模块。元器件库也是所有EDA软件中最丰富的，在世界上一直是EAD软件中的首选。 • 售价不菲，北美地区世纪加强版 7995美元。 • 网站 • WWW.ORCAD.COM • WWW.CADENCE.COM • PCB.CADENCE.COM 电气工程导论

  18. 3、PSPICE • PSPICE是较早出现的EDA软件之一，功能强大的模拟电路和数字电路混合仿真EDA软件 • PSPICE发展至今，已被并入ORCAD，成为ORCAD－PSPICE，但PSPICE仍然单独销售和使用 • 进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一个窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。 • 网址与ORCAD公司一样。 电气工程导论

  19. 4、EWB • EWB软件是交互图像技术有限公司（INTERACTIVE IMAGE TECHNOLOGIES Ltd）在20世纪90年代初推出的EDA软件，近几年在国内开始使用。 EWB的主窗口 电气工程导论

  20. 电气工程导论

  21. 5、VISIO • VISIO公司在1991年推出的用于制作图表的软件。在早期它主要用作商业图表制作。 • 流程图、电气、建筑、工艺 • VISIO被宣称为是世界上最快捷、最容易使用的流程图软件。合入Office软件。 • 获得途径：Office软件购买 电气工程导论

  22. 电气工程导论

  23. 电力网 10.5kV T1 T2 T3 锅炉 220kV 380/220V 10kV 发电厂 汽轮机 35kV 6kV 电力系统 动力系统 visio制作的电力系统简图 电气工程导论

  24. （三）最抽象的课程——自动控制原理 • 《自动控制原理》是自动控制技术的理论基础，是一门理论性较强的工程科学。 • 经典控制理论：稳定性、频域 • 现代控制理论：时间域方法 • 智能控制理论：新兴的交叉学科 模糊逻辑控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、分层递阶控制及遗传算法等 电气工程导论

  25. 图 反馈原理 古代计量时间的仪器——漏刻 • 水便从壶孔中流出来，再用一个容器收集漏下来的水，在这个容器内有一根刻有标记的箭杆，相当于显示时刻的钟面，用竹片或木块托着箭杆浮在水面上，容器盖的中心开一个小孔，箭杆从盖孔中穿出。 • 在漏壶上再加一只漏壶，水从下面漏壶流出去的同时，上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶，使下面漏壶内的水均匀地流入箭壶，取得比较精确的时刻。 电气工程导论

  26. 自动控制：无人驾驶飞机按照预定的飞行航线自动升降和飞行，这是典型的自动控制技术应用的结果。自动控制：无人驾驶飞机按照预定的飞行航线自动升降和飞行，这是典型的自动控制技术应用的结果。 • 无人驾驶飞机按预先给定的飞行航线参数（高度、方向等）飞行，则预先给定的飞行航线参数称为参考输入或给定输入。 电气工程导论

  27. 机器人足球赛 电气工程导论

  28. （四）认识半导体元件——模拟电路 • 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。 • 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 • 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 电气工程导论

  29. 漂移运动 内电场E + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 空间电荷区， 也称耗尽层。 扩散运动 内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 N型半导体 P型半导体 扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。 电气工程导论

  30. G S D PN结 N N P P N 半导体器件 二极管 场效应管 光电二极管 电气工程导论

  31. （五）0 1的世界——数字电路 • 数字量：本班学生的人数、某学生的性别、年龄、性别、籍贯都具有共同的特点--仅可能取若干个特定的值或形态。 • 数字系统：把表述个离散信息的数字量加于某系统（或电路）的输入端，并有系统进行处理。具有一定功能，且输入输出均为数字量的系统（或电路）即为数字系统（或电路）。 • 数字元件 图 继电器开关及其V0与VI的关系 电气工程导论

  32. 布尔代数 与、或、非运算的真值表 电气工程导论

  33. 图 非归零格式a和归零格式b 图 并行和串行格式 数字信号 电气工程导论

  34. 交通管理器 电气工程导论

  35. （六）更上一层楼——电磁场 • 电磁场理论的建立 • 电、磁现象是大自然最重要的往来现象，是最早被科学家们关心和研究的物理现象。 • 19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发现电与磁的联系。但这些研究，为电磁学理论的建立奠定了基础。 电气工程导论

  36. 电磁场理论的应用和发展 • 无线电报 • 1895年，（意）马可尼成功地进行了2.5公里距离的无线电报传送实验。1896年，波波夫进行了约250米距离的类似试验, 1899年，无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨越大西洋的3200公里距离的试验成功。 • 马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔奖金物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。 • 有线电话 • 1876年，（美）A.G.贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所发明 的有线电话。此后，有线电话便迅速普及开来。 • 广播、电视、雷达、GPS…… 电气工程导论

  37. 电气专业学习电磁场的必要性 • 电机学（使用最频繁） • 电力传输 • 各类强电设备 电气工程导论

  38. （七）充满数学运算——信号与系统 • 什么是信号？ • 信号是消息的表现形式，消息则是信号的具体内容。 • 什么是系统？ • 系统是由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。 电气工程导论

  39. 信号与系统问题无处不在 通讯 • 古老通讯方式：烽火、旗语、信号灯 • 近代通讯方式：电报、电话、无线通讯 • 现代通讯方式：计算机网络通讯、视频电视传播、卫星传输、移动通讯 电气工程导论

  40. 信息科学已渗透到所有现代自然科学和社会科学领域信息科学已渗透到所有现代自然科学和社会科学领域 • 工业监控、生产调度、质量分析、资源遥感、地震预报、人工智能、高效农业、交通监控 • 宇宙探测、军事侦察、武器技术、安全报警、指挥系统 • 经济预测、财务统计、市场信息 、股市分析 • 电子出版、新闻传媒、影视制作 • 远程教育、远程医疗、远程会议 • 虚拟仪器、虚拟手术 电气工程导论

  41. 生物医学信号处理应用举例 滤波以前 干扰严重 滤波以后 干扰去除 电气工程导论

  42. 研究信号的时域与变化域分析 电气工程导论

  43. 电气工程导论

  44. 后续课程 • 通信系统——微波技术、通信原理 • 信息系统——数字信号处理、信息论 • 控制系统——优化原理、自动调节原理、电力拖动 • 动力系统——电力系统自动化、热力系统自动化、水利系统自动化、原子能系统 电气工程导论

  45. （八）数字信号处理——实用 • Digital Signal Processing：DSP • DSP主要针对代表连续信号的数字进行数学运算，以得到相应的处理结果。这种数学运算是以快速傅立叶变换(FFT)为基础，对数字信号进行实时处理。 图 DSP Solution 电气工程导论

  46. Requirement of DSP Engineers is growing up rapidly Theory, method, algorithm 电气工程导论

  47. Mobile phone The handset is not only used for voice communication Digital Camera PDP (Plasma Display) TV 电气工程导论

  48. DVD(Digital Video Disc) Simulator of airplane Pattern recognition Radar/Sonar 电气工程导论

  49. （九）软件控制硬件－1——程序设计C语言 • Ｃ语言的诞生与发展 • 在C语言诞生以前，系统软件主要是用汇编语言编写的。 • Ｃ语言是贝尔实验室于70年代初研制出来的，后来又被多次改进，并出现了多种版本。80年代初，美国国家标准化协会（ANSI），根据Ｃ语言问世以来各种版本对Ｃ语言的发展和扩充，制定了ANSI C标准（1989年再次做了修订）。 电气工程导论

  50. C语言的特点 同时具有汇编语言和高级语言的优势。 • 语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。 • 运算符极其丰富。 • 生成的目标代码质量高，程序执行效率高。 • 可移植性好（较之汇编语言）。 • 可以直接操纵硬件。 • 在C语言中，除实现顺序、选择和循环三种基本结构等的9条控制语句外，输入输出操作均由标准库函数（不是C语言的组成部分）来实现。 电气工程导论

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