SPOC学校专有课程
电路(陈胜垚)
分享
spContent=电路是工科电类专业的第一门专业基础课,后续的模拟电路、数字逻辑电路、信号与系统、电磁场与电磁波等电类专业核心课程均是以电路为起点。 当大家开始电路课程的时候,就迈出了电学专业领域知识学习的第一步。 “电路”课程以线性系统为研究对象,从直流电路和交流电路两个方面,利用大家已有的数学和物理学知识,从多个角度对电路的稳态和暂态工作状态的进行分析。 本课程注重理论分析和工程实践的有机融合。大家通过理论学习,可以有效构建完备的线性电路分析知识体系,并将其用于工程问题分析,指导实际电路系统设计。
—— 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;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。

  与电路课程配套的电路实验课程分为两个模块:基本实验模块与理论课穿插进行,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;综合实验模块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。


5. 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。

授课目标

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。

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。

成绩要求

课后作业:20%

慕课堂问题回答:10%

随堂测验:10%

期末考试:60%

课程大纲
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。

参考资料

[1] 黄锦安.电路(第2版).北京:高等教育出版社,2024.

[2] 邱关源原著, 罗先觉修订. 电路(第6版).北京:高等教育出版社,2022.

[3] 于歆杰,朱桂萍,陆文娟.电路原理.北京:清华大学出版社,2007.

[4] 李瀚荪.电路分析基础(第5版).北京:高等教育出版社,2017.

[5] 邢丽冬,潘双来.电路理论基础(第4版).北京:清华大学出版社, 2023.

[6] Jamew.Nilssoin,Susan A.Riedel. 电路(第10版).北京:电子工业出版社,2015.

[7] Charles K. Alexander, Matthew N.O.Sadiku. 电路基础(第6版).北京:机械工业出版社, 2019.

[8] William H.Hayt,Jr,Jack E.Kemmerly,Jamie D.Phillips,Steven M.Durbin. Engineering Circuit Analysis,Ninth edition. McGraw-Hill Education,2019.

[9] 钱建平.电路学习指导与习题详解.北京:机械工业出版社,2008.

[10] 刘崇新,罗先觉. 电路(第6版)学习指导与习题分析.北京:高等教育出版社,2024.

[11] 朱桂萍,于歆杰,刘秀成.电路原理试题选编(第4版).北京:清华大学出版社,2019.

[12] 李瀚荪,吴锡龙.电路分析基础(第5版)学习指导.北京:高等教育出版社,2018.

[13] 邢丽冬,潘双来.电路学习指导与习题精解(第4版).北京:清华大学出版社,2023.

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. 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。