电路
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spContent=《电路》课程是电气工程及其自动化专业、自动化专业、测控技术与仪器专业的专业基础必修课。通过本课程的学习,使学生掌握电路理论的基本知识、基本分析计算方法和基本实验技能,为学习后继相关课程准备必要的电路理论知识,为从事工程技术工作、科学研究以及开拓性技术领域打下坚实的基础。
—— 课程团队
课程概述

    《电路》课程是自动化专业及其相近专业的必修课程,是学生学习和掌握电路基本理论知识和电路分析基本方法的专业基础课程。本课程在教学内容方面侧重于基本知识、基本理论和基本分析方法的讲解;另外独立开设的实验课程培养相应的实践能力。

本课程内容包括:电路的基本概念与基本定律、电阻电路的等效变换、线性电路的基本分析方法、基本定理、含有理想运放的电路分析、正弦交流电路的稳态分析、含有互感的电路、三相电路、双口网络、一阶电路的时域分析、二阶电路的时域分析等内容。

该课程不仅为后续专业课的学习打基础,对发展学生科学思维、培养学生分析问题、解决问题也具有十分重要的作用,同时也为学生今后从事自动化专业相关领域的实际工作打下必要的理论基础。


授课目标
《电路》课程理论严密,逻辑性强,有广阔的工程背景,对培养学生的辨证思维能力,树立理论联系实际的科学观点和提高学生分析问题和解决问题的能力,都有重要的作用。
课程大纲

(一)电路模型和电路定律

1、课程教学内容

1)电路和电路模型;

2)电流和电压的参考向;

3)电功率和能量;

4)电阻元件;

5)电压源和电流源;

6)受控源;

7)基尔霍夫定律。

2、课程重点、难点

电压电流关联参考方向;功率吸收或发出的判别;各类元件的伏安关系;基尔霍夫定律。

3、课程教学要求

理解电流和电压参考方向的概念,掌握关联参考方向的概念;掌握功率的计算;掌握电阻、电源、受控源等的伏安关系;理解各类受控源的特点;掌握基尔霍夫定律。

(二)电阻电路的等效变换

1、课程教学内容

1)等效变换;

2)电阻电路的串、并联等效变换;

3)电阻电路的Y形联结和形联结的等效变换;

4)电压源、电流源的串、并联等效变换;

5)两种实际电源的等效变换;

6)输入电阻。

2、课程重点、难点

等效变换的特点;两种实际电源的等效变换;输入电阻的求解。

3、课程教学要求

理解等效变换的特点;掌握电阻电路的串并联等效变换;理解电阻电路的丫、形等效变换;掌握两种实际电源的等效变换;掌握输入电阻的求解。

(三)电阻电路的一般分析

1、课程教学内容

1)电路的图;

2KCLKVL的独立方程数;

3)支路电流法;

4)网孔电流法和回路电流法;

5)结点电压法。

2、课程重点、难点

回路电流方程的列解,如何选取回路来处理独立电源和受控源;节点电压方程的列解,如何选取参考节点来处理独立电源和受控源。

3、课程教学要求

理解电路的图的概念;掌握KCL和KVL的独立方程数;理解支路电流法;熟练掌握回路电流法、网孔电流法和结点电压法。

(四)电路定理

1、课程教学内容

1)叠加定理;

2)替代定理;

3)戴维宁定理和诺顿定理;

4)最大功率传输定理。

2、课程重点、难点

运用叠加定理进行电路分析时各电源的处理;戴维宁定理和诺顿定理在求解最大功率问题中的应用;含有受控源电路的戴维宁或诺顿等效电路的求解。

3、课程教学要求

掌握叠加定理;掌握戴维宁定理以及最大功率传输定理;理解替代定理、诺顿定理。

(五)具有运算放大器的电阻电路

1、课程教学内容

1)运算放大器的电路模型;

2)比例电路的分析;

3)含有理想运算放大器的电路分析。

2、课程重点、难点

理想运算放大器的电路模型;理想运算放大器的特点;含有理想运算放大器的电路分析。

3、课程教学要求

理解理想运算放大器的电路模型及其特点;掌握含有理想运算放大器的电路的分析方法。

(六)储能元件

1、课程教学内容

1)电容元件;

2)电感元件;

3)电容、电感元件的串联与并联。

2、课程重点、难点

电容元件伏安特性和库伏特性间的关系;电感元件伏安特性和韦安特性间的关系电容、电感元件串并联等效的特点。

3、课程教学要求

理解电容元件上伏安特性和库伏特性间的关系,理解电感元件上伏安特性和韦安特性间的关系掌握电容元件、电感元件的伏安关系;掌握电容元件、电感元件串并联情况下的等效处理。

(七)一阶电路和二阶电路

1、课程教学内容

1)动态电路的方程及其初始条件;

2)一阶电路的零输入响应

3)一阶电路的零状态响应;

4)一阶电路的全响应;

5)二阶电路的零输入响应

6)二阶电路的零状态响应;

7)二阶电路的全响应;

8)一阶电路和二阶电路的阶跃响应;

9)一阶电路和二阶电路的冲激响应。

2、课程重点、难点

换路定律;应用三要素法求解一阶电路的各种响应;二阶电路过阻尼、欠阻尼临界阻尼状态的判定。

3、课程教学要求

理解动态电路的特点;掌握电路初始条件的确定;掌握应用三要素法求解一阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应,理解一阶电路的阶跃响应,了解一阶电路的冲激响应;掌握二阶电路工作状态的判定;理解二阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应,了解二阶电路的阶跃响应和冲激响应

(八)相量法

1、课程教学内容

1)复数;

2)正弦量;

3)相量法的基础;

4)电阻、电感及电容元件的伏安关系的相量形式

5)电路定律的相量形式。

2、课程重点、难点

正弦量的相量表示,正弦量与相量间的关系是映射,而非对等;电阻、电感及电容元件的伏安关系的相量形式;电路定律的相量形式。

3、课程教学要求

理解正弦量与相量的关系;掌握正弦量的相量表示;掌握电路元件的伏安关系的相量形式和电路定律的相量形式。

(九)正弦稳态电路的分析

1、课程教学内容

1)阻抗、导纳;

2)相量图;

3)基于相量法的正弦稳态电路的几种分析方法;

4)正弦稳态电路中的功率;

5)正弦稳态电路中的最大功率传输定理;

6)串、并联谐振电路。

2、课程重点、难点

应用相量法进行正弦稳态电路的分析;有功功率、无功功率、视在功率、复功率间的相互关系;正弦稳态电路和电阻电路中的最大传输功率的异同;各类谐振电路的特点。

3、课程教学要求

掌握阻抗和导纳的计算;理解相量图的概念;掌握正弦稳态电路的相量法分析;理解正弦稳态电路中的平均功率、无功功率、视在功率、复功率的概念,并掌握各功率的计算方法及其相互间的关系;理解谐振电路的特点;理解正弦稳态电路中的最大传输功率

(十)具有耦合电感的电路

1、课程教学内容

1)互感;

2)具有耦合电感电路的分析计算;

3)具有耦合电感电路的功率;

4)变压器原理;

5)理想变压器。

2、课程重点、难点

同名端的判别;如何用去耦等效电路分析含有耦合电感的电路;理想变压器的特点。

3、课程教学要求

理解互感现象;掌握去耦等效电路,理解具有耦合电感的电路功率的计算;理解空心变压器的原理,掌握理想变压器的特点及计算。

(十一)三相电路

1、课程教学内容

1)对称三相电路的组成;

2)对称三相电路中线电压(电流)与相电压(电流)的关系;

3)对称三相电路的计算;

4)不对称三相电路的组成及其分析计算;

5)三相电路的功率。

2、课程重点、难点

对称三相电路中线电压(电流)与相电压(电流)的关系;对称三相电路中功率的计算;二瓦计法;不对称三相电路的计算。

3、课程教学要求

理解对称三相电路的组成和分类;掌握对称三相电路中线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系;掌握Y-Y、Y-Δ对称三相电路的计算;理解不对称三相电路的组成及其分析计算;掌握三相电路的功率测量方法及其计算。

(十二)非正弦周期电流电路和信号的频谱

1、课程教学内容

1)非正弦周期信号;

2)非正弦周期函数的傅里叶级数展开;

3)非正弦周期信号的有效值、平均值和平均功率;

4)非正弦周期电流电路的计算。

2、课程重点、难点

非正弦周期函数的傅立叶级数展开;非正弦周期电流电压的有效值、平均值和电路中平均功率的计算方法;非正弦周期电流电路分析中的叠加原理应用。

3、课程教学要求

理解非正弦周期信号的傅立叶级数展开以及信号频谱的概念;掌握非正弦周期电流电路中电压、电流信号的有效值和平均功率的计算;了解运用叠加原理分析非正弦周期信号激励下线性电路的稳态响应问题。

(十三)二端口网络

1、课程教学内容

1)二端口网络;

2)二端口网络的方程和参数;

3)二端口的等效电路。

2、课程重点、难点

表征二端口的几种参数的求解;二端口的等效电路以及等效参数的求解。

3、课程教学要求

理解二端口网络的概念;掌握二端口网络方程的列写和参数的求解;理解二端口网络的等效电路。


预备知识

   《电路》课程是工科电类各专业的技术基础课和必修课,是电路理论的入门课程。本课程的先修课程为:高等数学和大学物理。

证书要求

    得分60分及以上获得合格证书;85分及以上获得优秀证书。


参考资料

本课程采用《电路》原著邱关源主编、修订 罗先觉;2006年5月(第五版)高等教育出版社;该教材覆盖了传统电路分析基础教学的全部内客,又根据普通工科院校的实际情况,在具体的教学内容上做了一定的增删调整;体系结构上使理论与实际、经典与现代相互融合;教学实用性更强,学习难度降低,保证与后续课程的衔接。


国内著名教材:

[1] 《电路原理》(上册),周守昌主编,高等教育出版社, 1999 年。

本书是教育部“高等教育面向 21 世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果,是面向 21 世纪课程教材和教育部“九五”重点教材。本书主要是根据教育部 1995 年颁布的高等工业学校电路课程教学基本要求编写的。全书分为上、下两册。上册是必修部分,主要内容有:基尔霍夫定律和电阻元件,电阻电路的分析,动态元件和动态电路导论,一阶电路与二阶电路,正弦电流电路导论,正弦电流电路的分析,非正弦周期电流电路的分析,拉普拉斯变换,电路的复频域分析,非线性电路。

本书可供电气信息类专业作为电路课程教材使用,也可供其他专业选用和社会读者阅读。

 

[2] 《电路理论基础》(第 3 版),陈希有主编,高等教育出版社, 2004 年。

本书是“十五”国家级规划教材,主要内容包括基尔霍夫定律及其方程,电路元件,线性直流电路分析,电路定理,非线性直流电路,正弦电流电路,非正弦周期电流电路,频率特性和谐振现象,三相电路,线性动态电路暂态过程的时域分析,线性动态电路暂态过程的复频域分析,二端口网络,网络方程和矩阵,非线性动态电路的暂态过程,均匀传输线。增加计算机应用软件介绍作为附录,并在全书每章中都穿插了利用 matlab pspice 求解电路问题的例子。此次修订不仅调整了部分内容,同时注意教学起点与学生的数理基础相适合,增强可读性,便于自学。

本书可供高等学校电气信息类专业师生作为电路课程的教材使用,也可供有关科技人员参考。

 

[3] 《电路分析》,吴锡龙主编,高等教育出版社, 2004 年。

本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材,着重讲授电路分析的基本方法,内容除包含电路分析课程教学的基本要求外,适当地作了加深拓宽,体系与内容均较为新颖。

全书共分 8 章:分析的基础,系统分析法,时域分析法,相量法,复频域分析法,零极点法,网络的参数表示法和图解分析法。配合正文内容有适量的例题,各章末有小结和习题。

本书可供电气信息类专业学生作为电路、电路分析课程的教材使用,也可供有关科技人员参考。

 

[4] 《电路分析》,胡翔骏主编,高等教育出版社, 2001 年。

本书是教育部“高等教育面向 21 世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果,其内容符合教育部颁布的“电路课程教学基本要求”。主要有以下内容:电路的基本概念和定律、线性电阻电路分析、计算机辅助电路分析、网络定理、多端元件和双口网络、简单非线性电阻电路分析、动态电路中电压电流的约束关系、一阶电路分析、二阶电路分析、正弦稳态分析、正弦稳态电路的功率、三相电路、网络函数和频率特性、含耦合电感的电路分析。本书附有一张光盘,提供解题、分析演示等程序。

本书可供普通高等学校中后续设有“信号与系统”课程的电气信息类专业师生使用。

 

[5] 《简明电路分析基础》,李翰荪主编,高等教育出版社, 2002 年。

本书是教育部规划教材。

本书分为三篇:电阻电路的分析、动态电路的时域分析、动态电路的相量分折和  s  域分析法。具体内容为:集总电路中电压、电流的约束关系、运用独立电流、电压变量的分析方法、叠加方法与网络函数、分解方法及单口网络、双口网络、电容元件与电感元件、一阶电路、二阶电路、阻抗和导纳、正弦稳态功率和能量、频率响应和多频正弦稳态电路、耦合电感和理想变压器、拉普拉斯变换在电路分析中的应用,此外还有均匀传输线和磁路两个附录,书后附有部分习题答案。全书配有丰富的例题、思考题、练习题、习题,每篇后有回顾与前瞻,起到复习巩固、承上启下的作用。全书概念严密、说理细致、例题丰富,语言流畅易懂。与同类其他教材相比,本书最大的特点是着眼于培养学生的综合素质和能力,全书洋溢着浓厚的人文氛围。

《简明电路分折基础》可供高等学校电气、信息类专业师生作为“电路分桥基础”、“电路”课程教材使用,也可供有兴趣的读者自学使用。

 

国外教材(影印本):

[1] 《电路分析基础》,作者: Robert L. Boylestad ,高等教育出版社, 2002

本书的主要内容有:直流电路、分析方法、电路定理、电容、磁路、电感、交流电路分析、交流功率、谐振、滤波器和波德图、脉冲波形和 RC 电路、多相系统、非正弦电路、变换方法。

本书可作为电气信息类专业本科生教学参考书,也可作为工程技术人员的参考书。

 

[2] Circuit Analysis: Theory ang Practice, 2 nd ed (电路分析),作者: Allan

H. Robbins & Wilhelm C. Miller, First published by Delmar, a division of Thomson Learning,United States of America. 科学出版社, 2003 年。

本书的主要内容有:直流电路分析、电路定理、动态电路分析、交流电路分析、谐振、滤波器和波德图、三相电路、耦合电路、非正弦电路分析。全书贯穿了对 OrCAD Pspice Electronics Workbench 两个流行的模拟软件的介绍。

本书可作为电气信息类专业本科生教材,也可作为工程技术人员的参考书。

 

[3] Fundamentals of Electric Circuits (电路基础)》 , 作者: Charles K. Alexander & Matthew N. O. Sadiku , Original English Language Edition Published by The McGraw-Hill Companies, Inc. 清华大学出版社, 2000 年。

本书是学习电路的教科书,此书所选内容均为电路课程的基础知识,它与当前国内外高校在对改课程内容的取舍上的做法大体一致。全书分为三部分:( 1 )直流电路、分析方法、电路定理、电路元件、一阶和二阶电路;( 2 )正弦稳态分析、交流功率、三相电路、磁耦合电路、频率响应;( 3 )拉普拉斯变换、傅里叶级数和傅里叶变换、两端口网络。

该书在编写、教学方法上的安排很有特色:讲解明白易懂;有大量的例题、习题;有用电路分析软件分析电路的内容;每章末有应用实例,帮助读者认识电路概念的应用。

该书可供学习电路课程的大学生作为教科书使用,亦可供有关技术人员、高校教师参考。