电路
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—— 课程团队
课程概述

1.本课程的教学目标

    通过本课程的学习,使学生掌握电路的基本知识、电路分析的基本方法,包括掌握参考方向,等效二端网络等基本概念;掌握直流线性电路的分析方法;掌握线性电路瞬态过程的分析方法;掌握交流线性稳态电路的分析方法;掌握二端口网络以及含多端元件电路的分析方法;掌握网络图论的基本知识;掌握非线性电阻电路的一般分析方法。通过本课程的学习,能正确地使用常用电工测量仪表和仪器,掌握电工测量和误差分析的基本方法,具有初步的实验技能。


2.课程性质及在专业培养目标中的定位

    电路课程是电子信息、电气、自动化类各专业的一门专业基础核心课程,是研究电网络的基本规律及其计算的一门技术学科,它不同于工程科学直接为改造自然服务,而是解决科学物化为技术过程中产生的问题,是适用于电类及相关科学的应用基础理论。它理论性强,有完整的系统性和严密的逻辑性;它难度大,所研究的对象是从电工实践中高度抽象出来的理论化教学模型,具有很强的物理概念,涉及众多的数学知识;它工程背景强,是电气信息类学生由通识基础课学习向专业课学习过渡的桥梁。该课程旨在为电气信息类学生打下扎实的电路理论基础,培养科学的归纳综合能力,提高发散的科学思维能力、训练娴熟的实践动手能力,其作用是其它任何电类课程不能替代的,其教学质量和水平的高低将直接对后续课程的学习和人才培养质量产生重大而深远的影响。


3.人才培养目标

    通过本课程的学习,培养学生科学思维和分析、解决工程实际电路问题的基本能力和素质,为后续专业课程的学习打下坚实的理论基础。


4.课程设计思路

    电路课程承担着为电子信息、电气、自动化类各专业的学生打下电网络理论坚实基础核的重任,是他们由基础课学习向专业课学习过渡的桥梁。为此,在理论课教学过程中除了阐述清楚电路的基本概念、基本定律、基本方法外,要注重对知识点的综合和分析方法的优化,可以通过举例、讨论、实践等方法,以培养学生的工程素养。

    电路课程具有较强的工程背景,在电路课程的教学过程中,实验教学是培养学生电学实验技能和基本创新能力的一种重要途径。贯彻现代工程教育的理念,达成 “让学生自主完成实验”的共识,注重实验内容的基础性、技术性、综合性和创新性的有机结合。电路实验分为两大块:基本实验与理论课穿插进行,在实验台上完成几个传统实验,着力于培养学生的基本操作技能;综合设计型实验则安排在理论课结束后进行,单独设课,重点是培养学生对知识的综合能力和创新能力。在教学思想设计上,基础性实验由验证型和自拟实验组成,与课程理论教学内容相呼应。验证型实验指定内容,以熟悉电工测量和误差分析的方法;自拟实验可通过不同方法验证同一个理论,以提高实验的自主性。综合实验由综合型和设计性实验组成,采用专题式方法进行,通过选择专题、自行设计、虚拟仿真、模拟实现、撰写论文等过程完成。


4.课程与前后课程的关系

    在电路课程开设前,要求学生具备高等数学中微分方程的知识和大学物理中电磁学的知识,主要用于理解电路课程的基本概念和方法,而电路课程有其自身完整的体系,学生学习后仅需掌握电路课程的基本理论、方法。由于电路课程是电子信息、电气、自动化类各专业的首门专业基础课,对后续课程如模拟电子电路、信号与系统、控制工程基础等课程的学习将起到重要的基础作用。


5.课程特色

    电路课程是电子信息、电气、自动化类各专业的一门专业基础核心课程,具有较强的工程背景,在教学过程中要贯彻现代工程教育的理念,注重对知识点的综合和分析方法的优化,培养学生电学实验技能和基本创新能力。


6.教学条件

    课程团队为江苏省高等学校优秀教学团队,具有一支传承国防献身精神,爱岗敬业、乐于奉献的师资队伍,师德好,教学水平高。课程负责人为“江苏省高校教学名师”、江苏高校“大学生最喜爱的教师”、“江苏省优秀教育工作者”、“江苏省师德先进个人”。骨干教师潜心研究教学,青年教师积极钻研教学,整体教学水平在学校中名列前茅,在学生中树有口碑。课程团队多人次受到省部级和校级教学表彰与奖励。

    课程团队注重教材建设1995年开始,在总结多年教学经验的基础上,根据国家工科电工课程教学指导委员会制定的高等工业学校电路课程教学的基本要求,结合我校的专业设置以及课时偏少等实际情况,编写出版了《电路》教材。该教材2005年10月被评为“江苏省高等学校精品教材”。该书作为国家“十一五”规划教材,2007年8月修订出版。与此同时,为加强对学生的学习指导,倡导他们进行自主性学习,编写了《电路学习指导与习题详解》,与之配套。经过长期实验教学改革实践,编写了《电工仪表与电路实验技术》一书,该书将实验内容分为基础性实验和设计性实验。基础性实验只提出任务、要求,以学生自拟为主;设计性实验为综合性较强的能力强化训练型实验,在内容上更好地体现了“让学生自主地完成实验”的基本思想。在实验中引进电子设计自动化(EDA)方面的内容,将电路仿真实验技术带进实验室。这两本书作为“十一五”规划教材的配套用书也由机械工业出版社统一出版。结合与教材配套的电子课件,构成了一套完整的立体化教材。

    电路课程作为电气信息类专业的首门学科基础课,其实践性教学环节一直受到校、院各级领导的高度重视和资金投入。在学校本科估评建设中,先后投入260万元与浙江高校自动化研究所、天煌教仪公司联合设计、研制了元件库式的智能型实验平台。该实验平台配备的仪表具有数、模双显示和短路报警、超载记忆的功能,为开设提高型、设计型实验提供了可靠的设备保障。与此同时,引入了EDA实验软件Multisim,使部分综合实验采用虚拟实验方式进行。该实验软件所提供的常用电工仪表和电子仪器不仅弥补了实验平台上不全的缺憾,也可为实验创新提供条件。目前,已建成与电路课程配套使用的电路实验室场地面积达750m2,设备总值约300万元。具有一大批设备先进,功能齐全的实验装置。实验室还配备了多台计算机、多功能投影仪及其它先进的现代化数字教学设备,可实行多个实践环节的多媒体教学,并供学生进行仿真实验及进行相关综合设计等。目前,电路实验室所在的电工电子实验中心在2007年被授予“江苏省高等学校实验教学示范中心”,该电工电子实验中心的全面建设,必将促使电路实践性教学环境的进一步优化和完善。

    2002年,课程团队开始策划、筹建电路课程网络资源辅助教学系统,并于2003年暑期,师生共建了应用于电路理论教学和实验教学的局域网,在网站中不仅设置了电路课程的教学大纲、实施计划、各章节的基本要求、基本知识点、重点难点、还提供了相关电子教案、课件和图片资源等教学参考资料,真正做到了教学资源全校师生共享。在这些年的使用中,网站点击率达数千人次,尤其重点难点、教学资源等内容,深受学生欢迎。随着理论教学计划的不断调整、实验内容的不断翻新以及近几年网络的使用情况,2010年课程团队针对网站的结构和内容进行了大范围的调整和丰富,增添了双语教学模块、在线测试模块、自动组卷模块、在线答疑模块等,并由专人负责网站的日常维护和更新。近两年,又完成了课程全程授课录像、试题库管理系统等丰富的网络资源。


7.教学沿革

    本课程被立项为国家精品课程建设项目后,教学团队人员有少许变化,主要是因为人员的退休和学科专业调整的调出,但这两年青年教师的教学队伍逐渐成长、成熟起来,成为教学活动中的生力军。授课对象为电气专业四个班200人、自动化专业三个班150人、电子信息工程专业四个班200人、通信工程专业三个班150人、电子科学与技术专业两个班90人、光信息科学与技术专业两个班80人、光电信息工程专业两个班100人、探测制导与控制技术专业一个班40人、信息对抗专业一个班40人及全校电类专业实验班共21个班约1100人。


8.教学效果

    据学校教务处统计,近两年学生网上评教对电路课程总体评教结果(平均值)为: 2009年度96.43分(学校均分94.31分);2010年度95.72分(学校均分94.88分);2011年度96.76分(学校均分95.11分);2011年度97.23分(学校均分95.12分)。

 


课程大纲

第一章 电路模型和电路定律

电路与电路模型

电流及参考方向

电压及参考方向

功率和能量

电阻元件

独立电源的分类及电压源

电流源

受控源

基尔霍夫定律

单元作业

单元测试

第二章 简单电阻电路分析

单元测验

等效变换的概念

电阻的串联、并联和混联

电阻的Y-△等效变换

理想电压源的串联和并联

理想电流源的并联和串联

实际电源的等效变换

含受控源电路的输入电阻

运用等效变换分析含受控源的电阻电路

单元作业

第三章 电阻电路的一般分析

单元测验

支路电流法

一般电路的网孔电流法

含理想电流源支路的网孔电流法

含受控源电路的网孔电流法

含理想电流源支路的回路电流法

一般电路的节点电压法

含理想电压源支路的节点电压法

含受控源支路的节点电压法

单元作业

第四章 电路定理

叠加定理

替代定理

戴维南定理

一般方法求等效电阻

利用戴维南定理分析含受控源的电路

特勒根定理

互易定理

单元测验

单元作业

第五章 运算放大器

单元测验

运算放大器基本概念

运算放大器构成的比例器

含理想运放的电路分析方法

单元作业

第六章 一阶电路和二阶电路

单元测验

电容元件

电感元件

动态电路方程与一阶电路

电路初始条件的计算

一阶电路的零输入响应-RC放电电路

RC放电电路中的时间常数

RL电路的放磁过程及一阶电路零输入响应

RC充电电路

RC充电电路中的时间常数

RL电路的充磁过程

一阶电路的完全响应

一阶电路的三要素法

一阶电路单位阶跃响应

一阶电路的延时单位阶跃响应

一阶电路的单位冲激响应

二阶电路零输入响应

一般二阶电路分析

单元作业

第七章 正弦电流电路基础

单元测验

正弦量及其三要素

同频率正弦量的相位差

相量

相量法的基本概念

基尔霍夫定律的相量形式

正弦交流电路中的电阻元件

正弦交流电路中的电感元件

正弦交流电路中的电容元件

第七章正弦电流电路基础

第八章 正弦稳态电路的分析

单元测验

阻抗及其求取

导纳及其求取

正弦稳态电路的相量图

正弦稳态电路的功率(瞬时功率、平均功率)

正弦稳态电路的功率(无功功率、视在功率)

正弦稳态电路的复功率

提高功率因数的功率因数及其提高

复杂正弦稳态电路的分析(1)

复杂正弦稳态电路的分析(2)

最大平均功率传输中共轭匹配时的条件及最大平均功率的计算

RLC串联电路的谐振及其特点

RLC串联电路的频率特性及谐振曲线

GCL并联电路的谐振及其特点

RL串联与C并联电路的谐振,电抗网络的谐振

第八章正弦稳态电路的分析

第九章 含耦合电感的电路

单元测验

互感

同名端

一对耦合电感同时有电流流入时的伏安关系

一对耦合电感的串联

一对耦合电感的并联

一对耦合电感的三端联接及其去耦等效变换

含耦合电感电路的计算

含空心变压器电路的计算

理想变压器及其端口伏安关系

理想变压器的变压、变流、变阻抗的性质

含理想变压器电路的分析

第九章含耦合电感的电路

第十章 三相电路

单元测验

三相电源与对称三相电源、三相电路的相序

对称星形联接时线电压与相电压、线电流与相电流的关系

对称三角形联接时线电压与相电压、线电流与相电流的关系

对称三相电路星形联接时的计算

对称三相电路三角形联接时的计算

不对称三相电路星形联接时的计算

不对称三相电路的三角形联结时计算

三相电路的功率计算

第十章三相电路

第十一章 非正弦周期电流电路

单元测验

非正弦周期电流电路的基本概念

非正弦周期电流电路的计算

非正弦周期量的有效值计算

非正弦周期电流电路的平均功率计算

第十一章非正弦周期电流电路

第十二章 电路方程的矩阵形式

单元测验

网络的图、子图、连通图

回路、树、割集

关联矩阵

回路矩阵

基本割集矩阵

第十二章电路方程的矩阵形式

第十三章 二端口网络

单元测验

二端口网络

Z参数及方程

Y参数及方程

H参数和方程

T参数及方程

二端口网络的等效电路

具有端接二端口网络的输入阻抗与输出阻抗

具有端接二端口网络的转移函数

二端口网络的特性阻抗

二端口网络的级联

回转器

第十三章二端口网络

第十四章 非线性电阻电路

单元测验

非线性电阻、非线性电阻的分类

仅含一个非线性电阻的电路分析

理想二极管、含理想二极管电路伏安特性的绘制

小信号分析法,利用小信号分析法分析非线性电阻电路

第十四章非线性电阻电路

第十五章 运算法和网络函数

单元测验

拉氏变换

常见函数的拉氏变换

拉氏变换主要性质

拉氏反变换

部分分式展开法

电路定律的运算形式

线性电路的复频域分析--运算法

网络函数

网络函数的零点和极点分析

网络函数与输出响应

第十五章运算法和网络函数

预备知识

学完高等数学中微积分、微分方程等知识点和大学物理中电磁学部分的内容。

证书要求

60分以上为合格。

80分以上为优秀。

参考资料

[1] 邱关源原著,罗先觉修订.电路(第5版).北京:高等教育出版社,2006

[2] 吴锡龙.电路分析导论.北京:清华大学出版社,1987

[3] 江缉光.电路原理.北京:清华大学出版社,1996

[4] 范世贵.电路基础.西安:西北工业大学出版社,1993

[5] 徐光藻,陈洪亮.电路分析理论.合肥:中国科技大学出版社,1990

[6] 周长源.电路理论基础(2)(上、下).北京:高等教育出版社,1996

[7] 张永瑞,王松林,李晓萍.电路基础典型题解析及自测题.西安:西北工业大学出版社,2002

[8] Jamew.Nilssoin,Susan A.Riedel,Electric Circuits,sixth edition,电子工业出版社,

[9] James W.Nilsson,Susan A. Riedel,Electric Circuits,McGraw-Hill Companies,Inc.

[10] 张永瑞,陈生潭.电路分析基础.北京:电子工业出版社,2003

[11] 江泽佳,周守昌等.电路原理(3)(上、下册) .北京:高等教育出版社,1992

[12] 李翰荪.简明电路分析基础(3) .北京:高等教育出版社,2002

[13] 钱建平编.电路学习指导.北京:机械工业出版社,2002

[14] 周守昌主编.电路原理(面向21世纪课程教材) .北京:高等教育出版社,1999

[15] 吴大正,王松林,王玉华.电路基础(2) .西安:西安电子科技大学出版社,2000

[16] 刘景夏,孙建红等编.《电路基础》学习指导与习题全解.西安:西安电子科技大学出版社,2005

[17] 刘景夏,孙建红等编.电路分析基本教程.北京:清华大学出版社,2005

[18] 周庭阳,江维澄编.电路原理(2) .杭州:浙江大学出版社,1997

[19] 范承志等编.电路原理.北京:机械工业出版社,2001

[20] William H.Hayt,Jr,Jack  E.Kemmerly,Steven M.Durbin. Engineering Circuit Analysis,Sixth Edition.北京:电子工业出版社,2002.06


常见问题

1.电路模型与电路定律

重点:电压、电流的参考方向及关联参考方向;元件的功率计算;元件的伏安关系;基尔霍夫定律。

难点:功率的分析;受控源的含义,受控源与独立源的区别;基尔霍夫定律应用。

解决办法:重点讲授参考方向与功率的关系;电压源和电流源的基本性质;老师们反复强调受控源的特性;通过例题训练各种元件的功率计算;正确列写基尔霍夫定律方程。

2 简单电阻电路的分析

重点:电路等效变换的概念;Y-△等效变换;电源的等效变换;含有受控源电路的等效变换。

难点:电压源并联电阻的等效;电流源串联电阻的等效;实际电源等效变换的参数条件;含受控源电路的输入电阻;含受控源的电路分析。

解决办法:重点讲授电路等效的概念及条件;通过例题、习题掌握电阻各种联接方式的等效化简,掌握电源的等效变换,及用等效变换方法分析含有受控源电路。

3 电阻电路的一般分析

重点:支路电流法,网孔电流法,节点电压法;

难点:含理想电流源支路电路的网孔法,含理想电压源支路电路的节点法;

解决办法:重点讲授各种方法的物理含义;通过例题、习题掌握含受控源支路的网孔分析法,含受控源支路的节点分析法;重视电路理论中的对偶关系,利用对偶性启发学生对电路分析方法进行对比分析,达到深入理解、举一反三的目的。

4.电路定理

重点:叠加定理;戴维南定理;特勒根定理。

难点:含受控源电路的叠加法,含受控源的一端口网络的戴维南等效电路。

解决办法:重点讲授电路定理的物理含义;通过精选例题给予讲解,布置习题使学生真正掌握电路定理在线性电路中的应用条件和方法;讲授特勒根定理只与电路拓扑结构有关及其适用于集总参数电路的性质;重视电路理论中的对偶关系,利用对偶性启发学生对电路定理进行对比分析,达到理解本质、熟能生巧目的。

5. 运算放大器

重点:理想运算放大器的运算规则;含理想运算放大器电路的分析方法。

难点:理想运算放大器电路运算规则的使用。

解决办法:通过大量例题、习题,对含有理想运算放大器的电阻电路进行分析,从而掌握运算放大器两条规则的使用。

6 一阶电路和二阶电路

重点:一阶电路的概念;换路的概念;时间常数的概念;零输入响应,零状态响应,全响应;直流一阶电路三要素法,二阶电路的零输入响应。

难点:初始条件的确定;含有受控源的动态电路的分析;正弦稳态激励下的一阶电路响应;一阶电路阶跃响应;一阶电路冲激响应;二阶电路微分方程的建立与求解。

解决办法:在介绍电容、电感元件的伏安关系后, 重点讲授计算电路的初始条件。在介绍零输入响应、零状态响应、强制响应、自由响应、全响应的物理含义基础上,通过大量的例题和习题,运用三要素法来掌握含受控源的一阶电路的分析技能;学会快速简捷地分析一阶电路;明确冲激函数和阶跃函数的特点。

7 正弦交流电路基础

重点:正弦量的三个要素,相量及相量法的基本概念;相量与正弦量的对应关系;相量图; KCL、KVL与R、L、C元件伏安关系的相量形式。

难点:相量,基尔霍夫定律与R、L、C元件伏安关系的相量形式。

解决办法:相量法的基本概念,掌握正弦量与对应相量之间的关系,

8 正弦稳态电路的分析

重点:阻抗和导纳;正弦稳态电路分析与计算的网孔法、节点法、戴维南定理的分析方法等;正弦稳态电路的功率(有功功率、无功功率、视在功率和复功率,功率因数);RLC串联谐振电路特点与谐振曲线。

难点:相量图作图;利用相量图分析正弦稳态电路。 

解决办法:重点讲授阻抗与导纳基本概念,掌握求取等效阻抗与导纳的分析思路与方法,利用相量图分析电路的方法,阐明时域与相量形式的对应关系;从基本元件的相位关系入手,阐述正弦稳态电路各种功率的计算方法及提高功率因数办法,分析最大平均功率传输的处理方法,借助相量图论证电路发生串联与并联谐振时特点,强化概念,熟练方法,帮助学习。

9 含耦合电感的电路

重点:同名端;互感线圈的伏安关系表达式;互感电路的去耦等效;空心变压器的等效电路;理想变压器。

难点:互感电压参考极性的确定;含有互感或理想变压器电路的计算。

解决办法:从同名端的基本概念着手,重点讲授互感电压极性的确定及去耦等效电路的应用;通过典型例题和习题,训练互感和理想变压器的伏安关系列写及电路计算。

10 三相电路的分析

重点:对称三相电源,对称三相电路在不同联接方式下的线电压(电流)与相电压(电流)的关系;对称三相电路的特点;不对称三相电路的概念;三相电路的功率计算及测量。

难点:对称三相电路的中性点概念;不对称三相电路中性点位移;二瓦计法功率的测量。

解决办法:借助相量图讲授对称三相电路的特点以及中性点电压特性;对于不对称三相电路,利用结点电压分析法说明不对称三相电路的分析方法;通过对相序仪的介绍加深对不对称三相电路概念的理解,联系实际工业、生活用电对三相电力系统的要求。

11. 非正弦周期电流电路

重点:非正弦周期电压、电流的有效值及其平均功率的计算;非正弦周期电流电路的分析。

难点:非正弦周期电流电路的计算。 

解决办法:带领学生分析谐波产生的原因及性质,重点讲授电感和电容在不同频率下的感抗和容抗值的变化;配合例题和课堂讨论,着重说明电路响应只能在时域内进行叠加。

12. 电路方程的矩阵形式

重点:树、割集的概念,关联矩阵、回路矩阵、割集矩阵;结点电压方程的矩阵形式;回路电流方程的矩阵形式;割集电压方程的矩阵形式。

难点:基本回路矩阵,基本割集矩阵的形成;含互感和受控源的电路矩阵方程的列写;含多个动态元件的电路状态方程的列写。

解决办法:在理解树、割集的概念后,强调电路各种矩阵方程的物理含义及其矩阵表达形式;阐明复合支路的定义,以及确定电路矩阵方程中各矩阵元素的正负号;阐明如何利用特有树的方法对含多个动态元件的电路列写状态方程。

13. 二端口网络和多端元件

重点:二端口网络的方程及参数;二端口网络的等效模型;二端口网络的连接。

难点:含受控源二端口网络的参数计算;二端口网络的等效电路,计算特性阻抗。

解决办法:阐明在二端口网络方程中,各种参数与方程表示之间的关系;根据二端口网络结构,利用KCL和KVL列方程法或者实验测定法求取含受控源二端口网络的参数。

14. 非线性电阻电路

重点:非线性电阻的概念;静态电阻与动态电阻的计算;直流工作点的计算;分段线性化法,小信号分析法。

难点:仅含一个非线性电阻电路的分析。

解决办法:阐明非线性电阻的概念与分类,通过实例(如二极管)讲解静态电阻与动态电阻的概念与关系;通过大量例题、习题,运用网孔法、节点法、戴维宁定理分析仅含一个非线性电阻电路,从而掌握分段线性化法与小信号分析法。

专题:动态电路的复频域分析

重点:拉普拉斯变换的概念与性质及反变换;基尔霍夫定律及电路元件的复频域形式;应用拉普拉斯变换方法分析线性电路;网络函数;极点与零点的概念及其与冲激响应的对应关系。

难点:拉普拉斯反变换;储能元件的复频域模型;网络函数的频率特性。

解决办法:阐明储能元件的初始值与复频域模型中的附加电源的对应关系;讲授拉普拉斯变换的工程应用思想进行动态电路的复频域分析;利用部分分式法,从象函数极点的不同类型着手分别阐述拉普拉斯反变换的特点;阐述由已知的网络函数H(s)如何求取随频率变化的复数H(jω),采用图示法举例说明H(jω)的模值和辐角随频率的变化。