电路理论是当代电气工程与电子科学技术的重要理论基础之一。经历了一个多世纪的漫长发展道路,电路理论已经发展成为一门体系完整、逻辑严密、具有强大生命力的学科。
在工程技术领域和实际生活中,电路理论都有非常广阔的应用。从简单的照明电路,到复杂的电力系统;从单个的手提电话、收音机、电视机,到卫星通信网络、计算机互联网,都与电路理论有着密切的关系。可以说,只要在有电能产生、传输和使用的地方,就有电路理论的应用。同样,在信息产生、传递和处理的绝大多数场合,也都可以见到电路理论的应用。
通过《电路分析基础与实验》课程的学习,对树立学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点,培养学生的科学思维能力、分析计算能力和实验研究能力都有重要的作用。
《电路分析基础与实验》课程是电气类、电子信息类、自动化类、计算机类等电类专业第一门技术基础课,为学习后续课程准备必要的电路知识,是所有“强电专业”和“弱电专业”的必修课。因此,《电路分析基础与实验》课程在电类专业的课程体系和教学内容中起着承前启后的重要作用。学好《电路分析基础与实验》课程对其它大多数理工科专业也十分重要,因为电路几乎无所不在。如果你已经参加工作,也可以通过学习《电路》MOOC加强对电路概念的理解和分析方法的掌握,从而更好地解决实际工程问题。
《电路分析基础与实验》课程的学习应多练习、多讨论,坚持课前预习、课后复习。在学习中要理论联系实际,注意电路模型与实际电路元件的差异和联系,注意数学方法的应用。
《电路分析基础与实验》总成绩构成为:平时测验占15%,MOOC观看及课程讨论占5%,预习作业及课后作业完成占10%,实验成绩占20%,期末考试占50%。
第三章的动态电路时域分析需要高等数学的部分知识,第四章的相量法计算需要复数运算的部分知识。除此之外,电路课程其他内容的学习,只需具备高中的数学和物理基础。
以下课程大纲仅供参考,在电路MOOC正式开始后可能会有调整。
课程编码:
课程名称:电路分析基础与实验
英文名称:Fundamentals of Circuit Analysis and Experiment
适用专业:通信工程
先修课程:高等数学、复变函数、线性代数、大学物理
学 分 数:5
总学时数:80
一、课程简介
本课程是电类各专业的基础平台课程。理论教学探讨电路的基本概念、基本定理,并讨论各种计算方法;实验操作是学习《电路分析基础》必不可少的教学环节。本课程的理论内容包括电路的基本理论,线性电阻电路的分析方法,一阶动态电路的分析计算,正弦交流电路的稳态计算,以及网络函数和双口网络的基本知识等;实验操作指导学生对课堂理论内容进行验证、测量和观察,内容包括电工仪器的使用,电路基础中基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南定理以及RC和RLC电路的研究。通过本课程的学习,使学生掌握电路分析的基本概念、基本理论及基本计算方法,掌握单元电路的测试方法和设计方法,掌握电工电路系统的设计方法,使学生具备一定的电路调试能力。本课程培养学生分析问题、解决问题的能力,为学生进一步学习后续的课程,如《信号与系统》、《模拟电子技术基础》打下坚实的基础。
二、本课程与其它课程的联系
先修课程:《高等数学》、《复变函数》、《线性代数》、《大学物理》
后续课程:《信号与系统》、《模拟电子技术基础》
该课程用到《高等数学》中微分方程的求解,《复变函数》中复数的代数运算及复数方程的求解,《线性代数》中线性方程组的求解,《大学物理》中有关电学的基本知识。为《信号与系统》提供具体的系统分析实例;电路的等效、具体电路的分析方法将应用于《模拟电子技术基础》。实验内容一般稍滞后于理论内容,主要教学目的是:让学生加深理解基本电路理论,掌握常用仪器仪表的使用,熟识常见电路的元器件,掌握基本电路的测量方法和误差分析方法。
三、课程内容及要求
第1章 电路的基本规律:(14学时)
基本要求:
1、了解电路的组成和电路模型;
2、熟练掌握电压、电流及其参考方向,掌握功率的计算公式;
3、熟练掌握基尔霍夫定律及其应用;
4、熟练掌握电阻元件、电压源和电流源的特性;
5、理解受控源的概念,掌握含受控源电路的分析和计算;
6、熟练掌握电路等效的概念,掌握电阻电路的等效变换及含有独立源电路的等效变换,了解T-Δ等效变换。
7、掌握直流电源的使用方法、学会用万用表测电压、电流和电阻值,明确量程选择的重要性以及万用表测电流时串接的使用方法。
8、熟练地搭建并测量验证KCL和KVL定律的电路。正确使用面包板、电压源、万用表和变阻箱。
9、能区分并摈弃错误的实验数据或结果。
重点:参考方向的概念,KCL,KVL和VCR,电路等效的概念
难点:受控源的概念,含受控源电路的计算,等效电阻的计算
第2章 电阻电路分析:(18学时)
基本要求:
1、了解图、回路、割集、树的概念,理解2b法和支路法,理解KCL、KVL方程的独立性;
2、熟练掌握网孔分析法,了解回路分析法;
3、熟练掌握节点分析法;
4、掌握齐次定理和叠加定理,掌握替代定理;
5、熟练掌握戴维南定理、诺顿定理及其应用,掌握最大功率传输定理;
6、了解特勒根定理和互易定理。
7、正确、熟练地搭建电路,掌握实验教材上四种方法测量内阻的方法。
8、用模拟等效的方法搭建等效电路,用描点法测量并记录数据。
9、能区分并摈弃错误的实验数据或结果。
重点:网孔分析法,节点分析法,齐次定理和叠加定理,线性的概念
难点:戴维南定理
第3章 动态电路:(16学时)
基本要求:
1、掌握电感、电容元件的定义、伏安关系及其性质;
2、掌握动态电路方程的建立方法,理解固有响应和强迫响应、暂态响应和稳态响应的概念;
3、理解换路定律,掌握电路初始值的计算方法;
4、掌握一阶动态电路的零输入响应、零状态响应及全响应的概念和变化规律;
5、熟练掌握一阶动态电路的三要素求解法;
6、了解阶跃函数及一阶电路的阶跃响应;
7、了解二阶电路的零输入响应的过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况;
8、理解正弦激励下一阶电路的响应。
9、学会使用示波器和信号发生器。实验过程中会检查、校正仪器。
10、正确、熟练地搭建一阶电路并观察记录零输入、零状态响应曲线(演示)。
11、观测并记录时间常数τ对一阶响应的影响,记录波形和参数。
重点:动态元件的特性,动态电路的响应
难点:直流激励下一阶动态电路的三要素公式
第4章 正弦稳态分析:(22学时)
基本要求:
1、了解正弦交流电压和电流的特征;
2、掌握正弦量的相量表示方法,掌握正弦量的相量运算;
3、熟练掌握KCL、KVL及基本元件伏安关系的相量形式;
4、掌握阻抗与导纳的概念,掌握电路相量模型的确定、相量图解法,熟练掌握正弦稳态电路的相量分析法;
5、掌握平均功率、无功功率、视在功率、复功率、功率因数的概念;掌握正弦稳态电路的最大功率传输条件;掌握不同频率激励下电路的求解及其平均功率的计算。
6、理解同名端的概念,熟练掌握耦合电感的伏安关系,掌握耦合电感的去耦等效方法,熟练掌握含耦合电感电路的分析方法;
7、熟练掌握理想变压器的伏安关系,掌握含理想变压器电路的分析方法;了解全耦合变压器、实际变压器的模型。
重点:正弦量与相量的对应,正弦稳态电路的计算
难点:互感电路的正弦稳态计算
第5章 电路的频率响应和谐振现象:(7学时)
基本要求:
1、理解频率响应的概念;
2、了解一阶电路的频率响应;
3、理解RLC串联谐振、并联谐振现象。
4、熟练地搭建RLC串联电路,掌握KVL相量形式各分量的测量及数据处理方法。
5、观察谐振现象。测量谐振频率f0、上下限频率f1 和f2 。
6、了解品质因数Q的概念。
重点:频率响应的概念
难点:谐振电路的计算
第6章 二端口电路:(3学时)
基本要求:
1、理解二端口电路的方程和参数,掌握Z参数方程和Y参数方程及其互换;
2、了解二端口电路的等效;
3、了解二端口电路的连接。
重点:Z参数和Y参数
难点:二端口电路的等效
四、教学安排及学时分配
教学环节 及学时 主要内容 | 学时分配 | |||
讲课 | 习题课 | 实验 | 小计 | |
电路的基本规律 | 8 | 2 | 4 | 14 |
电阻电路分析 | 12 | 2 | 4 | 18 |
动态电路 | 10 | 2 | 4 | 16 |
正弦稳态分析 | 18 | 4 | 0 | 22 |
电路的频率响应 和谐振现象 | 2 | 1 | 4 | 7 |
二端口电路 | 2 | 1 | 0 | 3 |
合计 | 52 | 12 | 16 | 80 |
五、考核方式
课程最终成绩=平时测验成绩*15%+MOOC观看及课程讨论成绩*5%+预习作业及课后作业完成成绩*10%+实验成绩*20%+期末考试成绩*50%;
实验成绩由实验操作、实验报告、实验考试成绩决定;
期末考试采取闭卷考试,试题采用《电路分析基础A》理论课试卷。
六、建议教材及参考资料
建议教材:
[1] 王松林,吴大正,李小平,王辉.《电路基础》(第三版),西安:西安电子科技大学出版社. 2008年8月(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)
[2] 邱关源,罗先觉.《电路(第5版)》. 北京:高等教育出版社,2006年。
[3] 唐小华、尚建荣、王利等.电工电子线路实验教程.北京:科学出版社,2011年6月。
参考资料:
[1] 李瀚荪.《电路分析基础》(第4版),北京:高等教育出版社,2006年5月;
[2] 周守昌.《电路原理》(第2版),北京:高等教育出版社,2004年8月。
(执笔人:白菊蓉、尚建荣、高敏 审核人:张宝军)
邱关源原著、罗先觉修订.《电路(第5版)》. 高等教育出版社, 2006年出版。购书网址:
https://item.jd.com/1362368137.html
https://www.amazon.cn/电路-邱关源/dp/B004GUTEXY/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1426038643&sr=8-1&keywords=电路(第5版)
中国大学资源共享课“电路”