《电路分析基础》

（Basis of Circuit Analysis）

课程代码：2120832

学 分：4

学 时：64 （其中：课程教学学时：64 实验学时：0 上机学时：0课程实践学:0）

先修课程：高等数学、线性代数、物理电学部分

适用专业：电子信息工程

教 材：《电路理论与实践》， 清华大学出版社，吴大中，赵远东主编，2013年1月出版

开课学院：电子与信息工程学院

一、课程性质与课程目标

（一）课程性质

电路分析基础课程理论严密、逻辑性强、有广阔的工程背景，是电类（强电、弱电）专业本科生的专业基础课程。主要是讨论线性、集总参数、非时变电路的基本理论与一般分析方法，使学生掌握电路分析的基本概念、基本原理和基本方法，提高分析电路的思维能力与计算能力，以便为学习后续课程奠定必要的基础。

（二）课程目标

本课程是是电类各专业一门重要的专业基础课程。通过本课程的学习，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、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。课程目标包括知识目标和能力目标，具体如下：

课程目标1：掌握电路的基本概念，包括掌握电路物理量电流、电压、电功率、电能量；掌握电路理论基尔霍夫定律；掌握元件特性、电路特性等，具备分析电路的能力。

课程目标2：具备利用电路等效的原理、电路的特点来简化电路图，分析电路图的能力；具备对电路图列写回路电流方程、节点电压方程来解决问题的能力；能够进行叠加定理变换、戴维南等效变换、诺顿等效变换，最大功率传输定理的分析计算能力，能设计原理图及展开图并画出变换电路图。

课程目标3：具备正弦稳态电路相量分析的能力，能够根据时域电路图变换到相量电路图，解决相量法中的各种计算问题；具备分析三相电路、耦合电感、变压器等的能力，能够根据电路图，进行等效变换，简化电路图，方便求解各种问题。

课程目标4：具备动态电路分析的能力，能够根据动态电路图，计算换路前后电压和电流的初始值，列写微分方程，求解各种响应的计算问题。

课程目标5：具备分析二端口电路的能力，利用公式变换，求解电路问题的技能。

（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系

本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1.2、2.1和3.1。

毕业要求1.2：掌握工程基础知识，并能够运用其基本概念、基本理论和基本方法对实际问题进行数学建模并求解。

毕业要求2.1：能采用数学物理基本方法，识别判断电子信息工程、气象探测及相关领域复杂工程问题中的关键环节和参数。

毕业要求3.1：熟悉电子信息领域工程设计和产品开发的周期与流程，掌握各环节的基本设计/开发方法和技术，能够根据设计目标，确定合适的技术方案。

二、课程内容及教学要求（按章撰写）

第1章 电路模型和电路定律（8学时）

(一) 教学内容

1. 电路模型，电路物理量电压、电流、电功率、电能量。

2. 电压、电流参考方向，关联参考方向，吸收功率，发出功率等概念。

3. 元件特性：电阻、电感、电容、独立电压源、独立电流源。

4. 受控源：电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源。

5. 电路特征：通路、短路、开路；开路电压、短路电流。

6. 电路理论：基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律、特勒根定律。

（二） 教学要求

（1）掌握电阻、独立电源和受控源等电路元件的伏安特性；

（2）掌握元件、电路吸收或发出功率的表达式和计算；

（3）掌握基尔霍夫两个定律(KCL、KVL) 并能熟练应用该定律进行电路的分析计算；

（4）掌握电路中电流、电压等物理量的参考方向的概念；掌握关联参考方向；

（5）掌握电路的短路、开路的性质和在电路中的应用；

（6）理解电路的模型，理解电路元件的分类，线性与非线性，有源与无源的概念；

（三）重点与难点

1. 重点

 （1） 电压、电流的参考方向；（2） 基尔霍夫定律；（3） 电路性质

2. 难点

（1） 受控电源，两类约束；（2） 电压与电流的关联参考方向

 

第2章 电阻电路的等效变换（ 6学时）

（一） 教学内容

1. 电路等效变换概念。

2. 电阻串联、电阻并联、电阻混联、电阻Y-△等效变换。

3. 电感、电容的串联、并联等效变换。

4. 独立电源的串联、并联等效变换。

5. 实际电压源与实际电流源的等效变换。

6. 受控电压源与受控电流源的等效变换。

7. 开路电压的计算、短路电流的计算、输入电阻（或等效电阻）的计算。

（二） 教学要求

（1）掌握电阻的串联、并联与混联的等效变换；

（2）掌握电阻Y形联结与△形联结的等效变换；

（3）掌握电源的串联、并联，一端口电路输入电阻的计算；

（4）掌握实际电源的两种模型及等效互换；

（5）掌握电路等效变换的概念和等效变换的条件。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 实际电源的两种模型及其等效变换；（2） 输入电阻的求解。

2. 难点

 （1） 实际电压源；（2）实际电流源；（3） 求解等效电阻。

第3章 电阻电路的一般分析（ 4学时）

（一）教学内容

1. 电路图中的支路、回路、节点、独立回路、基本回路、树枝、连枝等概念。

2. 支路电流法，列写支路电流方程。

3. 网孔电流法、回路电流法，列写回路、网孔电流方程。

4. 节点电压法，列写节点电压方程。

（二） 教学要求

（1）掌握网孔电流法，回路电流法，结点电压法，对简单电路能熟练计算；

（2）熟悉支路电流法方程的建立过程；

（3）了解电路图论的初步概念。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 网孔电流法、回路电流法、结点电压法；（2）电源的处理方法。

2. 难点

（1）寻找合适的回路；（2）寻找合适的参考点。

第4章 电路定理（ 8学时）

（一）教学内容

1. 叠加定理：根据电源进行电路图的分解，计算量的分解和组合。

2. 齐性定理：梯形电路的快速分析。

3. 替代定理：用其它元件来代替当前的元件。

3. 戴维南定理：针对一端口电路，或仅分析一条支路时，分析电路的方法。

4. 诺顿定理：戴维南定理与诺顿定理是一对等效变换对。

5. 最大功率传输定理：利用戴维南定理和诺顿定理方便求解最大功率问题。

6. 特勒根定律、互易定理：根据功率守恒定律分析电路问题。

（二） 教学要求

（1）掌握叠加定理，戴维宁定理和诺顿定理，最大功率传输定理；

（2）掌握应用于电路分析和计算的各种定理；

（3）理解齐性定理，替代定理；

（4）了解特勒根定理、互易定理。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 叠加定理、戴维宁定理、诺顿定理、最大功率传输定理。

2. 难点

 （1） 求解开路电压；（2）求解短路电流；（3）求解等效电阻。

第5章 相量法（ 4学时）

（一）教学内容

1. 正弦量，幅值，相位，有效值，相位差，角频率，周期，频率等概念。

2. 复数，代数式，指数式，极坐标式，电压相量，电流相量等概念

3. 正弦电压和正弦电流的时域表达形式、相量表达形式。

4. 感抗，感纳，容抗，容纳等概念。

5. 相量基尔霍夫定律，相量欧姆定律。

（二） 教学要求

（1）掌握复数运算，电路元件电压电流的相位关系；

（2）掌握相量形式的电路图，基尔霍夫定律的相量形式；

（3）掌握正弦量三要素，同频率正弦量的相角差及有效值概念；

（4）理解正弦量的相量表示的意义及应用范围。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 电压、电流的相量表示；（2） 电感、电容的电压与电流关系。

2. 难点

（1）相位差、有效值的计算

第6章 正弦稳态电路的分析（8学时）

（一）教学内容

1. 阻抗、导纳、阻抗角、导纳角、电压电流相位差。

2. 电压电流相位的超前、落后，同相位，反相位等概念。

3. 特殊旋转角，阻抗和导纳的转换，相量图的画法。

4. 相量回路电流法、相量节点电压法、相量叠加定理、相量戴维南定理。

5. 相量最大功率传输定理，相量诺顿定理。

（二） 教学要求

（1）掌握阻抗和导纳的计算，应用相量图进行电路的分析，正弦稳态电路的分析与计算。

（2）掌握正弦稳态电路的功率计算，及最大功率传输定理的应用；

（3）熟悉相量图的作图法；

（4）理解相量回路电流法、相量结点电压法、相量叠加定理、相量戴维宁定理。

（三）重点与难点

1. 重点

  （1） 用相量法分析正弦稳态电路

（2） 正弦稳态电路的功率求解，共轭匹配、最大功率传输

2. 难点

（1） 正弦量的相量图表示；（2） 阻抗和导纳的计算。

第7章 互感与谐振（6学时）

（一）教学内容

1. 耦合电感电压和电流，互感耦合等效变换，互感串联、并联等效电感。

2. 互感电压，同名端概念

3. 空心变压器，原边等效电路，副边等效电路。

3. 理想变压器电压比、电流比，边阻抗。

4. 电路谐振概念，RLC串联电路谐振，RLC并联电路谐振。

（二） 教学要求

（1）掌握耦合电感电压与电流的关系，具有互感耦合和理想变压器电路的分析计算；

（2）熟悉空心变压器、理想变压器的电路模型及其特性；

（3）理解互感、同名端及阻抗变换的概念。

（4）掌握RLC串联电路谐振特性及RLC并联谐振电路特性及分析方法；

（5）熟悉电路谐振频率的计算；

（6）理解电路谐振的概念；

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 理想变压器及其等效阻抗；（2） T型等效变换的计算。

2. 难点

（1） T型等效变换的计算；（2） 理想变压器的电压比和电流比。

第8章 三相电路（ 6学时）

（一）教学内容

1. 三相电路的概念，三相三线制，三相四线制连接方法。

2. 相电压、相电流、线电压、线电流，及互相转换关系。

3. 三相电源连接方法、三相负载连接方法。

4. 三相电路转换为一相电路的计算方法，三相电路功率的计算。

5. 不对称三相电路的基本概念，功率的计算。

6. 二表法、三表法计算三相电路的功率。

（二） 教学要求

（1）掌握对称三相电路的电压和电流的相值和线值之间的关系；

（2）掌握对称三相电路归结为一相的计算方法，三相电路的功率计算；

（3）熟悉三相电路功率的两表法、三表法测量方法；

（4）理解对称三相电压、电流、相序、Y接法、Δ接法等概念；

（5）了解不对称三相电路的基本概念。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 对称三相电路的线电压、线电流；

（2） 对称三相电路的线电压、线电流；

（3） 三相电路的功率计算，功率表的测量。

2. 难点

（1） 对称三相电路转换为一相电路；（2） 三表法测量方法。

第9章 一阶动态电路的时域分析（ 6学时）

 （一）教学内容

1. 动态元件电容、电感的特性。

2. 动态电路的方程建立，电路初始状态和稳态状态的确定。

3. 零输入响应、零状态响应、全响应的求解。

4. 根据初值、终值、时间常数等三要素法求解电路。

5. 讨论自由分量，强制分量，暂态分量，稳态分量等概念。

（二） 教学要求

（1）掌握动态电路方程的建立方法，一阶电路初始状态和稳定状态的确定；

（2）一阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应的求解；

（3）能运用三要素法分析一阶电路的暂态过程；

（4）理解电路的动态过程，时间常数的物理意义；

（5）了解自由分量和强制分量的概念。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 用换路定律确定初始状态，终止状态，时间常数；（2） 用三要素法求解电路。

2. 难点

（1） 用换路定律确定初始状态，终止状态，时间常数；（2） 用三要素法求解电路。

第10章 二阶动态电路的时域分析（ 4学时）

（一）教学内容

1. 建立二阶动态电路方程，确定电路初始状态和一阶微分初始状态。

2. 二阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应的求解。

3. 动态电路的动态过程，冲激响应，阶跃响应。

4. 过阻尼、欠阻尼、临界阻尼的概念。

（二）教学要求

（1）掌握二阶动态电路方程的建立方法，二阶电路初始状态和稳定状态的确定；

（2）二阶电路的零输入响应、零状态响应、全响应的求解；

（3）理解电路的动态过程，一阶和二阶电路的阶跃响应和冲激响应；

（4）了解过阻尼，欠阻尼，临界阻尼的概念，二阶电路动态方程分析方法。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 用换路定律确定初始状态；（2） 创建微分方程求解电路。

2. 难点

（1） 用换路定律确定初始状态；（2） 利用特征方程和特征根求解。

第13章 二端口网络（ 4学时）

（一）教学内容

1. 二端口网络概念，网络的方程及Y、Z、T、H参数矩阵。

2. Y、Z参数矩阵的等效电路变换。

3. 二端口电路的级联、并联、串联连接方法和计算分析。

4. 回转器和阻抗变换器的概念。

（二）教学要求

（1）掌握二端口网络的方程及Y、Z、T、H参数矩阵；

（2）掌握简单Y，Z方程的二端口网络的等效电路；

（3）熟悉二端口网络的级联，并联，串联；

（4）了解回转器和阻抗变换器。

（三）重点与难点

1. 重点

（1） 二端口网络的方程及Y、Z、T、H参数矩阵。

2. 难点

（1） 4种参数矩阵的建立。

三、学时分配及教学方法

注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；

2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。

四、课程考核

1. 课程考核方式包括期末考试、平时作业及阶段测试情况考核（其中包括笔记、大作业等）和实验情况考核。