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课程信息

《电路分析》课程教学大纲

 

《电路分析》课程教学大纲

 

课程名称:电路分析

课程代码:TELE1003

英文名称:Circuit Analysis

课程性质:大类

学分/学时:63

开课学期:2

 

适用专业:通信工程、信息工程、电子信息工程、微电子、电子科学与技术

先修课程:高等数学、普通物理

后续课程:模拟电路、数字系统与逻辑设计

开课单位:4166.com

课程负责人:陈小平

大纲执笔人:陈小平

大纲审核人:X

 

 

一、课程性质和教学目标

课程性质:电路分析课程是通信工程、信息工程、电子信息工程、微电子、电子科学与技术等专业的一门大类基础课,是上述专业的必修主干课程,是模拟电路、数字系统与逻辑设计等课程的前导课程。

教学目标:通过本课程的学习,使学生掌握电路理论的基本常识、分析和计算电路的基本方法以及进行电路实验的基本技能,了解电路理论的应用和发展概述,进一步培养学生的思维推理能力和分析运算能力,为学习电子技术基础、信号与系统、高频电子线路等后续有关课程以及从事与本专业有关的工程技术工作打下坚实的基础。本课程的具体教学目标如下:

1、  具备实际电路的建模方法和电路拓扑理论,掌握用于一阶、二阶电路动态分析的常微分方程数学方法,能使用数学、自然科学、工程基础和专业常识针对工程问题建立合适的数学模型。【1.3

2、  掌握电阻、电容、电感元件、独立电源、受控电源的特性、功能,具备这些元件的应用能力;能够分析和计算较复杂电阻电路的电流、电压及元件参数;能够分析一般一阶、二阶动态电路的动态过程;能够分析和计算互感电路的参数;能够理解三相电路的工程应用;能够分析和计算二端口网络的Y参数和Z参数。能够针对实际工程问题和应用对象进行方案选择。【2.1

 

二、课程目标与毕业要求的对应关系

毕业要求

指标点

课程目标

1、工程常识

1-3掌握电子、通信及工程基础常识,能用于分析工程问题中的结构、电路、电磁场及信号问题。

教学目标1

2、问题分析

2-1能运用数理和工程常识识别和判断通信领域复杂工程问题中的关键环节和参数。

教学目标2

 

三、课程教学内容及学时分配

1、   电路模型和电路定律(6学时) (支撑课程目标1)

1.1       电路和电路模型

1.1.1 电路的概念和功能

1.1.2 理想电路的模型及类型

1.2       电流和电压的参考方向?

1.2.1电流和电压的定义

1.2.2电流和电压的参考方向

1.3       电功率和能量

1.3.1 能量的概念 

1.3.2 电功率的定义及计算方法   

1.4       电路元件

1..4.1 电路元件的概念及类型)

1.5       电阻元件?

1.5.1 电阻元件的数学定义及符号

1.5.2 线性电阻元件的伏安关系(VCR

1.5.3 电阻元件的功率和能量

1.6       电压源和电流源?

1.6.1 电压源的数学模型、电磁特性及伏安特性

1.6.2 电流源的数学模型、电磁特性及伏安特性

1.7       受控电源D

1.7.1 受控源的特点、类型、伏安特性和电路模型

1.8       基尔霍夫定律?D

1.8.1 支路、结点、回路、网孔及结构约束的基本概念

1.8.2 基尔霍夫电流定律

1.8.3基尔霍夫电压定律

目标及要求:

1)          通过本章的先容,使得学生了解课程的学习要求,课程的性质和主要内容。

2)          掌握电路模型、电路元件的概念,电压电流参考方向的概念;掌握元件、电路吸取或发出功率的表达式和计算。

3)          掌握KCL、KVL电路定律。

作业内容:

1)   电路中电压电流计算。

2)   元件、电路吸取或发出功率的表达式和计算。

3)   KCLKVL电路定律应用。

讨论内容:

1)   对电路中的电压、电流设参考方向有何意义?

2)   线性电阻在两种特殊情况下,R=0R=∞,其伏安特性有何特点?

自学拓展:

1)   受控源与独立源的主要区别在哪里?

2)   应用基尔霍夫定律时应注意哪些问题?

 

2、   电阻电路的等效变换(4学时) (支撑课程目标2)

2.1       电路的等效变换

2.1.1 电路的等效变换的概念

2.1.2 等效条件   

2.2       电阻的串联和并联

2.2.1 串联等效电阻,分压公式

2.2.2 并联等效电阻,分流公式

2.3       电阻的Y形连接和Δ形连接的等效变换

2.3.1 电阻的Y形连接和Δ形连接等效变换的条件

2.3.2 电阻的Y形连接和Δ形连接等效变换的应用

2.4       电压源、电流源的串联和并联?

2.4.1电压源串联的等效公式和并联的条件

2.4.2 电流源并联的等效公式和串联的条件

2.5       实际电源的两种模型及其等效变换D

2.5.1 实际电压源模型和实际电流源模型

2.5.2 实际电源的两种模型之间等效变换的方法

2.6       输入电阻D

2.6.1 输入电阻的概念

2.6.2 输入电阻的求法

目标及要求:

1)   掌握电路等效变换的概念;掌握电阻串联、并联与混联、Y形联结与D形联结的计算。

2)   掌握电源的串联与并联,电源的等效变换以及一端口电路输入电阻的计算。

作业内容:

1)   电阻串联、并联与混联、Y形联结与D形联结的计算。

2)   电源的等效变换方法。

3)   一端口电路输入电阻的计算。

讨论内容:

1)   何谓电路等效?两电路等效需满足什么条件?

2)   在应用分压公式和分流公式时,是否需要考虑电压电流的参考方向?

自学拓展:

1)   实际电源的外特性与外电路是否有关?

2)   输入电阻有几种求法?

 

3、   电阻电路的一般分析(9学时) (支撑课程目标2)

3.1       电路的图

3.1.1 电路的图的定义

3.1.2 有向图、回路、连通图、树等的概念   

3.2       KCLKVL的独立方程数?

3.2.1 独立方程组的特点

3.2.2 KCL的独立方程数

3.2.3 KVL的独立方程数

3.3       支路电流法

3.3.1 2b法的概念

3.3.2 支路电流方程的推导过程及标准形式

3.4       网孔电流法

3.4.1 网孔电流的概念

3.4.2 网孔电流法的推导

3.4.3 网孔电流方程的标准形式

3.4.4 含有受控源、无伴电流源时方程的处理

3.5       回路电流法?

3.5.1 回路电流的概念

3.5.2 回路电流法的推导

3.5.3 回路电流方程的标准形式

3.5.4 含有受控源、无伴电流源时方程的处理

3.6       结点电压法?D

3.6.1 结点电压的概念

3.6.2 结点电压法的推导

3.6.3 结点电压方程的标准形式

3.6.4 含有受控源、无伴电压源时方程的处理

目标及要求:

1)   掌握线性电阻电路方程的建立方法,掌握电路图论的初步概念。

2)   掌握支路电流法、网孔电流法、回路电流法和结点电压法。

3)   通过本章的学习,会列出电路方程。

作业内容:

1)   求电路的基本回路组。

2)   利用支路电流法、网孔电流法、回路电流法和结点电压法计算电路中的电压、电流及功率。

讨论内容:

1)   一个平面电路,如何选择最简单的分析方法?

2)   分析含有受控源的电路时,有哪些注意点?

自学拓展:

1)   无伴电流源和无伴电压源在分析电路时是如何处理的?

 

4、   电路定理(6学时) (支撑课程目标12)

4.1       第一节  叠加定理?D

4.1.1 叠加定理的适用范围

4.1.2 叠加定理的内容

4.1.3 应用叠加定理分析求解电路

4.1.4 齐性定理   

4.2       第二节  替代定理

4.2.1 替代定理的适用范围

4.2.2 替代定理的内容

4.3       第三节  戴维宁定理和诺顿定理?D

4.3.1 含源一端口网络的概念

4.3.2 戴维宁等效电路的求法

4.3.3 应用戴维宁定理分析求解电路

4.3.4 诺顿等效电路的求法

4.3.5 应用诺顿定理分析求解电路

4.3.6 戴维宁定理和诺顿定理的适用范围及二者之间的关系

4.3.7 最大功率传输的条件

4.4       第四节  特勒根定理

4.4.1 特勒根定理的适用范围

4.4.2 特勒根定理1和特勒根定理2的内容

4.4.3 应用特勒根定理分析求解电路

4.5       第五节  互易定理

4.5.1 互易定理的适用条件

4.5.2 互易定理的三种形式

4.5.3 应用互易定理分析求解电路

4.6       第六节  对偶原理

4.6.1 对偶定理的内容

4.6.2 对偶电路的画法

目标及要求:

1)   掌握一些重要的电路定理,包括叠加定理(含齐性定理),替代定理、戴维宁定理、诺顿定理、最大功率传输定理。

2)   了解特勒根定理、互易定理及对偶原理。

作业内容:

1)   叠加定理(含齐性定理),替代定理、戴维宁定理、诺顿定理、最大功率传输定理的应用。

讨论内容:

1)   叠加定理和替代定理的适用范围。

2)   是否所有电路都有其戴维宁等效电路和诺顿等效电路?

自学拓展:

1)   特勒根定理的实质是什么?它与基尔霍夫定律有何关系?

 

5、   储能元件(2学时) (支撑课程目标2)

5.1       电容元件

5.1.1 电容元件的数学定义及符号

5.1.2 线性电容元件的伏安关系

5.1.3 电容元件的功率和储能

5.2       电感元件

5.2.1 电感元件的数学定义及符号

5.2.2 线性电感元件的伏安关系

5.2.3 电感元件的功率和储能

5.3       电容、电感元件的串并联

5.3.1 串联等效公式

5.3.2 并联等效公式

目标及要求:

1)   掌握电容、电感两种储能元件在电路中的VCR及功率、能量表达式。

2)   掌握电容、电感在串并联的等效参数计算。

作业内容:

1)   电容、电感的VCR关系,功率用能量的计算。

2)   电容、电感在串并联的等效参数计算。

讨论内容:

1)   已知某一时刻电感两端的电压,能否求出该时刻通过电感的电流?

自学拓展:

1)   电感和电容同为储能元件,两者有何不同之处?

 

6、   一阶电路和二阶电路的时域分析(9学时) (支撑课程目标1)

6.1       动态电路的方程及其初始条件?

6.1.1 动态电路的概念、基本形式及描述方程

6.1.2 换路定理的内容及初始值的求取

6.1.3 三个等效电路(0-0++∞   

6.2       一阶电路的零输入响应

6.2.1一阶电路的基本形式

6.2.2 RC一阶电路的零输入响应的求解

6.2.3 RL一阶电路的零输入响应的求解

6.2.4 零输入响应的两个要素(初值uC(0+)iL(0+),时间常数τ

6.3       一阶电路的零状态响应

6.3.1 RC一阶电路的零状态响应的求解

6.3.2 RL一阶电路的零状态响应的求解

6.3.3 零状态响应的两个要素(稳态值uC(∞)iL(∞),时间常数τ

6.3.4 零状态响应的两个分量(自由分量和强制分量)

6.4       一阶电路的全响应?D

6.4.1 RCRL一阶电路的全响应的求取

6.4.2 全响应的两种分析方法(零输入响应+零状态响应, 全响应=稳态分量+暂态分量)

6.4.3 求解直流一阶电路的三要素法

6.5       二阶电路的零输入响应D

6.5.1 二阶电路的基本形式及描述方程

6.5.2 RLC串联电路零输入响应的求解

6.5.3 二阶电路零输入响应的性质(非振荡、临界振荡、振荡等)

6.6       二阶电路的零状态响应和全响应

6.6.1 二阶电路零状态响应和全响应的分析方法

6.7       一阶电路和二阶电路的阶跃响应D

6.7.1 阶跃函数的定义及性质

6.7.2 一阶电路和二阶电路的阶跃响应

6.8        一阶电路和二阶电路的冲激响应

6.8.1 冲激函数的定义、性质及与阶跃函数的关系

6.8.2 一阶电路和二阶电路的冲激响应

目标及要求:

1)   用一阶微分方程描述RCRL电路,掌握分析一阶电路过渡过程的经典法及一阶电路时间常数的概念。

2)   有一阶电路的基础上用经典法分析二阶电路的过渡过程。

3)   掌握零输入响应、零状态响应、全响应、瞬态分量、稳态分量、阶跃响应、冲激响应等重要概念。

作业内容:

1)   用一阶微分方程求解RCRL电路的电压或电流变量。

2)   求一阶电路的输入响应、零状态响应、全响应、瞬态分量、稳态分量。

3)   求一阶电路的阶跃响应、冲激响应。

4)   求解二阶电路的过渡过程。

讨论内容:

1)   在三个等效电路(0-,0+,+∞)中, 电感和电容的处理方法有何不同?

2)   动态电路的全响应有几种分解形式?

3)   使用三要素公式求一阶电路的的全响应分几个步骤?

自学拓展:

1)   如何由动态电路的阶跃响应求取冲激响应?

 

7、   相量法(4学时) (支撑课程目标12)

7.1       复数

7.1.1 复数的几种表示形式及其转换关系

7.1.2 复数的四则运算

7.2       正弦量

7.2.1 正弦量的三要素(振幅、角频率、初相位)

7.2.2 有效值的概念及求解

7.2.3 相位差

7.3       相量法的基础

7.3.1 相量法的概念及表示方法

7.3.2 相量图

7.4       电路定律的相量形式D

7.4.1 KCLKVL的相量形式

7.4.2 相量形式的VCR(电阻、电感、电容元件)

7.4.3 线性受控源的相量表示

目标及要求:

1)   掌握复数、正弦量、相量法的基础,掌握电路定律的相量形式。

作业内容:

1)   相量各种形式的相互转换,正弦量的相量形式表示。

2)   KCL、KVL电路定律的相量形式表示。

讨论内容:

1)   复数有几种表示形式?如何转换?

2)   何谓正弦量的三要素?正弦信号如何使用相量表示?

自学拓展:

1)   在用相量表示电路定理时有哪些注意点?

 

8、   正弦稳态电路的分析(9学时) (支撑课程目标2)

8.1       阻抗和导纳?

8.1.1 阻抗和导纳的定义

8.1.2 元件(电阻、电容、电感)的阻抗和导纳  

8.1.3 阻抗和导纳的转换及一般形式

8.1.4 电路的阻抗及性质(感性、容性、阻性)

8.1.5 电路的导纳及性质

8.1.6 阻抗的串联,分压公式

8.1.7 导纳的并联,分流公式

8.2       电路的相量图?

8.2.1 电路的相量图的概念

8.2.2 作相量图的一般原则  

8.3       正弦稳态电路的分析D

8.3.1 应用线性电阻电路的各种分析方法和电路定理分析求解正弦稳态电路。

8.4       正弦稳态电路的功率?

8.4.1 平均功率(又称有功功率)、无功功率、视在功率的概念、表达式及相互关系

8.4.2 功率因数的概念及表达式

8.5       复功率D

8.5.1 复功率的定义及表示方法

8.5.2 提高功率因数的意义、方法及求解

8.6       最大功率传输D

8.6.1 最佳匹配条件

8.6.2 最大功率的计算

目标及要求:

1)   掌握阻抗、导纳概念和电路的相量图。

2)   掌握正弦电流电路的瞬时功率、平均功率、无功功率、视在功率和复功率以及最大功率的传输。

作业内容:

1)   电路方程的相量形式和线性电路定理的相量应用。

2)   瞬时功率、平均功率、无功功率、视在功率和复功率的计算。

3)   正弦稳态电路最大功率传输定理的应用。

讨论内容:

1)   有一感性的串联电路,与其等效的并联电路也一定是感性的吗?

2)   如何判断无源二端口网络的性质?

3)   正弦稳态电路的功率有几种?它们之间的关系如何?

自学拓展:

1)   在应用线性电阻电路的分析方法分析正弦稳态电路时, 有哪些注意点?

 

9、   含有耦合电感的电路(4学时) (支撑课程目标2)

9.1       互感

9.1.1 互感的定义和符号

9.1.2 耦合电感的VCR

9.1.3 同名端的概念

9.1.4 耦合系数的概念

9.2       含有耦合电感电路的计算?D

9.2.1 耦合电感的顺接与反接串联计算

9.2.2 耦合电感的同侧与异侧并联计算

9.3       空心变压器

9.3.1 空心变压器的概念

9.3.2 空心变压器的等效电路

9.4       理想变压器D

9.4.1 理想变压器的概念、VCR和电路模型

9.4.2 理想变压器的阻抗变换功能

目标及要求:

1)   掌握耦合电感中的磁耦合现象、互感和耦合因数、耦合电感的同名端和耦合电感的磁通链方程、电压电流关系。

2)   掌握含有耦合电感电路的分析计算及变压器、理想变压器的初步概念。

作业内容:

1)   耦合电感中的互感计算,含有耦合电感电路的分析计算。

2)   变压器、理想变压器的初步应用。

讨论内容:

1)   两线圈间的互感值大,能否说其间的耦合系数大?

2)   互感线圈的同名端是如何规定的?

3)   理想变压器的阻抗变换公式与电压电流的参考方向有何关系?

自学拓展:

1)   含有耦合电感的电路有哪几种处理方法?

 

10、 第十章  电路的频率响应(3学时) (支撑课程目标2)

10.1   网络函数

10.1.1 网络函数的概念

10.1.2 网络函数的求法

10.2   串联电路的谐振?

10.2.1 电路谐振的概念

10.2.2 串联电路谐振的条件及特点

10.3   串联电路的频率响应

10.3.1 串联电路的频率响应

10.3.2 串联谐振电路的频率特性

10.4   并联电路的谐振?D

10.4.1 并联电路谐振的条件

10.4.2 并联电路谐振的特点

目标及要求:

1)   掌握网络函数的概念。

2)   掌握RLC串联、并联谐振及二阶网络函数的频率特性。

作业内容:

1)   RLC串联、并联谐振电路的分析计算。

讨论内容:

1)   网络函数与激励的大小是否有关?

2)   串联电路谐振的条件是什么?

3)   同一电路是否有可能既发生串联谐振又发生并联谐振?

自学拓展:

1)   电路发生谐振时的电压与电流有何关系?

 

11、 三相电路(3学时) (支撑课程目标2)

11.1   三相电路

11.1.1 对称三相电源的表示方法、相序及连接方式

11.1.2 三相负载的表示方法及连接方式

11.1.3 三相电路的概念及连接方式

11.2   线电压(电流)与相电压(电流)的关系

11.2.1 Y形连接时的线相关系

11.2.2 Δ形连接时的线相关系

11.3   对称三相电路的计算

11.3.1 对称三相电路的概念

11.3.2 用分离一相法计算对称三相电路 

目标及要求:

1)   掌握三相电源,对称三相电路的组成及其电压和电流的相值和线值之间的关系。

2)   掌握对称三相电路的一相计算方法。

作业内容:

1)   对称三相电路的电压和电流的计算。

讨论内容:

1)   如何确定三相电源的相序?

2)   对称三相电路的相值与线值有何关系?

3)   Y形连接的对称三相电路改为Δ形连接后,其相值有何变化?

自学拓展:

1)   三相电路功率的测量有哪些方法,实际测量时常采用何种方法?

 

12、 二端口网络(3学时) (支撑课程目标2)

 二端口网络

12.1.1 端口条件

12.1.2 二端口网络的概念

 二端口的方程和参数

12.2.1 二端口网络的方程建立D

12.2.2 二端口网络Y参数矩阵计算?

12.2.3 二端口网络Z参数矩阵计算?

12.2.4 二端口网络Y.Z参数矩阵之间相互关系

目标及要求:

1)   掌握二端口(网络)及其方程,二端口的Y、Z参数矩阵以及它们之间的相互关系。

作业内容:

1)   二端口的Y、Z参数矩阵的计算。

讨论内容:

1)   何谓端口条件? 端口网络如何划分?

2)   二端口网络Y参数矩阵和Z参数矩阵之间有何关系?

自学拓展:

1)   二端口网络的方程有哪几种,分别说明?

 

四、教学方法

1、  在课堂教学中,阐述电路的基本原理和分析方法,理论联系实际,培养学生的理解能力、和创新能力;

2、  采用传统教学方式与多媒体课件相结合进行教学;充分利用学校的课程录播视频和课程中心网站资源辅助教学。

3、  采用过程化考试,分四个阶段进行。使学生在各个阶段打下扎实的基础,避免期末考试突击复习的现象。

4、  搜集《电路分析》相关内容在实际工程中的案例,案例由浅入深,结合课程中的相应常识点进行分析,培养学生对复杂工程问题的应用能力。

案例一:两个同功率的灯泡串联接在220V电源上,其亮度的强度问题。

案例二:1k ohm 1/4W电阻接在5V/3A的直流电压源上,电阻功耗的承受能力。

案例三:两节标称1.5V的干电池的并联使用问题。

案例四:三相电动机的星形供电时零线的处理。

案例五(复杂工程):负电阻装置的设计。

 

五、考核及成绩评定方式

考核方式:闭卷考试,平时作业。

成绩评定方式:平时10%;期中20%:期末70%

 

六、教材及参考书目

  材:

《电路》,邱关源著,高等教育出版社,20065月第5版。

参考书:

1)    《电路学习引导与习题分析》,刘崇新 罗先觉编,高等教育出版社。

2)    《电路原理试题选编》,王树民 刘秀成 陆文娟 徐福媛 编著,清华大学出版社。

 

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