电路原理教案07.doc

课程编码：07153102

电路原理 课程教案

2007 ～2008 学年第 一 学期

任课教师：申铉京

吉林大学计算机科学与技术学院
课程名称： 电路
课程英文名称： Electric Circuit Theory
学时： 48
学分： 3
授课对象：计算机科学与技术专业 07 级1--12班
教学目的：
电路原理课程(Electric Circuit Theory), 适应于计算机科学技术专业本科生的学科基础必修课。
电路课程是电气类专业的一门重要技术基础课, 通过本课程的学习, 使学生掌握电路的基本理论、电路的分析计算方法和进行实验的初步能力, 并为后续课程的学习准备必要的基本知识。
电路课程理论严密, 实践性强, 对于训练学生的辩证思维能方式和树立理论联系实际的观点与提高分析问题与解决问题的能力, 都具有重要作用。
教学方式： 理论授课，多媒体 ，板书
教材：《电路》，邱关源编，高等教育出版社出版（第四版）
教学参考书：
1> 电路分析简明教程，付恩锡主编，高等教育出版社，2004年1月出版；
2> 电路原理，周守昌主编，高等教育出版社，2004年8月（第二版）
授课题目
第一章 电路模型和电路定律

授课学时
6
授课时间
2007.10.24---2007.10.31
教学重点、难点：
1. 电压、电流的参考方向；2. 电路元件特性；3. 基尔霍夫定律
难点是电路元件特性的掌握，因为该部分内容涉及到微积分知识和物理知识，而学生们还没有学过这些知识，为此，有必要补充部分知识。
教学要点；
1.1 电路和电路模型
电路概念、作用、结构、模型以及集总参数元件与集总参数电路概念；
1.2 电流和电压的参考方向
1．电路中电流电压的实际方向，以物理中的知识为基础；2、参考方向(正方向)：在分析计算电路时，对电量任意假定的方向。有多种表示方法；3、实际方向与参考方向的关系：实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负。
1.3 功率
电功率：在电压电流关联参考方向下，电功率 p 可写成p(t)=u(t)i(t)， p >0 表明元件吸收电能，p <0 表明元件释放电能。在电压电流非关联参考方向下，p(t)=u(t)i(t)，p >0 表明元件释放电能，p <0 表明元件吸收电能。
1.4 电路元件 电路元件概念和分类
1.5 电阻元件
电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件。符号，电压和电流关系，功能和能量变化等；
1.6 电容元件 (capacitor)
电容器是一种可以保存电荷的储能元件，符号、电压和电流关系，能量变化等；
1.7 电感元件
电感也是一种可以保存电荷的储能元件，符号、电压和电流关系，能量变化等；
1.8 电压源和电流源
1、理想电压源： 电源两端电压为Us，其值与流过它的电流 i 无关。
2、理想电流源： 电源输出电流为Is，其值与此电源的端电压 u 无关。
1.9 受控电源 (非独立源)
电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。
1.10 基尔霍夫定律 ( Kirchhoff’s Laws )
1、基尔霍夫电流定律 (KCL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出(流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。
2、基尔霍夫电压定律 (KVL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径( 按固定绕向 )， 各支路电压的代数和为零。
教学设计：
参考文献：电路分析简明教程，付恩锡主编，高等教育出版社，2004年1月出版；
作业安排：教材中，1-1，1-4，1-10，1-15，1-16，1-21，1-22题
实验安排：
答疑安排：课间，课后

授课题目
第二章 电阻电路的等效变换

授课学时
4
授课时间
2007.11.2---2007.11.7
教学重点、难点：
1. 电阻的串、并联
2. Y—D 变换;
3. 电压源和电流源的等效变换；
难点是电压源和电流源的等效变换，主要是概念不好理解。
教学要点：
§2-1 引言
线性电路:由时不变线性无源元件、线性受控源和独立电源组成的电路,称为时不变线性电路,简称线性电路。本章首先介绍电路的等效概念，其次介绍电阻或电源的串联、并联，Y—Δ变换 这是电路的几种等效变换。最后介绍一端口网络的输入电阻的计算。
§2-2 电路的等效变化 等效电路的概念
§2-3电阻的串联和并联
1。等效变换概念：相对复杂的电路变换成相对简单的电路的过程，等效只是在外部等性上等效。
2．电阻串联 ：多个电阻串联，分享电压，电流相同，等效电阻=Req=( R1+ R2 +…+Rn) =å Rk
3．电阻并联 ：多个电阻并联，分享电流，电压相同，等效电导=Geq=G1+G2+…+Gk+…+Gn=å Gk=å 1/Rk
§2-4 电阻的 Y形联接与D 形联接的等效变换

§2-5 电压源、电流源的串联和并联
1、 理想电压源的串联：Us=å Usk
2.、理想电流源的并联:

§2-6 实际电路两种模型及其等效变换
1.实际电压源：U = Us - IRo
2。实际电流源：I=Is-G0U
3．变换：Is=Us/R0或Us=Is×R0
§2-7 输入电阻
如果在端口处外施电压源us或电流源is，，并求得端口电流i或端口电压u，则此一端口的输入（入端）电阻Rin定义为

教学设计：
参考文献：电路分析简明教程，付恩锡主编，高等教育出版社，2004年1月出版；
作业安排：教材中，2-2，2-5，2-10，2-14题
实验安排：
答疑安排：课间，课后

授课题目
第三章 电阻电路的一般分析

授课学时
6
授课时间
2007.11.9---2007.11.16
教学重点、难点：
支路电流法 ； 节点电压法；网孔电流法 ；回路电流法。
难点是掌握独立回路概念和判断；有受控源时方程的列法；有理想独立源支路时的处理方法。
教学要点：
目的：找出求解线性电路的一般分析方法 ；对象：含独立源、受控源的电阻网络的直流稳态解(可推广应用于其他类型电路的稳态分析中）； 应用：主要用于复杂的线性电路的求解；基础：电路的连接关系—KCL，KVL定律和元件特性(约束)(对电阻电路，即欧姆定律)。复杂电路的分析法就是根据KCL、KVL及元件电压和电流关系列方程、解方程。根据列方程时所选变量的不同可分为支路电流法、网孔电流法、回路电流法和节点电压法。
§3-1 电路的图：
有关图、支路、回路、独立回路、网孔等概念
§3-2 KCL和KVL的独立方程数
独立回路数l=b-n+1。KVL
§3-3 支路电流法(branch current method )
出发点：以支路电流为电路变量。
支路电流法：以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法；需要列出b个方程；
§3-4 网孔电流法
网孔法：是以网孔电流作为电路的独立变量
§3-5 回路电流法
回路法: 是以一组独立回路电流为电路变量求解电路的一种方法。
对于一个具有n个节点，b条支路的电路，则回路电流数L=b-n+1。故对L个基本回路列KVL方程，并利用支路方程（VCR）把所有KVL方程通过回路电流来表达，就可获得与网孔法类似的回路电流方程。
回路法的一般步骤：
(1) 选定l=b-(n-1)个独立回路，并确定其绕行方向；
(2) 对l个独立回路，以回路电流为未知量，列写其KVL方程
(3) 求解上述方程，得到l个回路电流；
(4) 求各支路电流(用回路电流表示)；
§3-6 节点电压法 (node method)
节点法：选某一节点为参考节点，其它节点与此节点的参考电压称节点电压。
节点法或节点电压法是以节点电压为独立变量列电路方程求解电路的一种方法。
节点电压法的独立方程数为(n-1)个。与支路电流法相比，方程数可减少b-( n-1)个。
教学设计：
参考文献： 电路分析简明教程，付恩锡主编，高等教育出版社，2004年1月出版
作业安排：教材中，3-8，3-12，3-14，3-22题

实验安排：

答疑安排：课间，课后

授课题目
第四章 电路定理

授课学时
6
授课时间
2007.11.21---2007.11.28
教学重点、难点：
1. 熟练掌握叠加定理、替代定理、戴维南和诺顿定理
2. 了解特勒根定理、互易定理、对偶原理。
难点是戴维南和诺顿定理、特勒根定理、互易定理、对偶原理的理解和定理的证明
教学要点：
§4-1 叠加定理
叠加定理: 在线性电路中，任一支路电流(或电压)都是电路中各个独立电源单独作用时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和。
齐性原理：线性电路中，所有激励(独立源)都增大(或减小)同样的K倍（K为实常数） ，则电路中响应(电压或电流)也增大(或减小)同样的K倍。当激励只有一个时，则响应与激励成正比。一般y=k1x1+k2x2+…+knxn 式中y为任一响应，xi为激励。
§4-2 替代定理
定理内容：对于给定的任意一个电路，其中第k条支路电压为uk、电流为ik，那么这条支路就可以用一个电压等于uk的独立电压源，或者用一个电流等于ik的 独立电流源来替代，替代后电路中全部电压和电流均保持原有值(解答唯一)。
§4-3 戴维宁定理和诺顿定理
戴维宁定理:
任何一个线性含有独立电源、线性电阻和线性受控源的一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源(Uoc)和电阻Ri的串联组合来等效置换；此电压源的电压等于外电路断开时端口处的开路电压，而电阻等于一端口中全部独立电源置零后的端口等效电阻。
诺顿定理：
任何一个含独立电源，线性电阻和线性受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电流源和电导(电阻)的并联组合来等效置换；电流源的电流等于该一端口的短路电流，而电导(电阻)等于把该一端口的全部独立电源置零后的输入电导(电阻)。
§4-4 特勒根定理
特勒根定理：指明两个具有相同拓扑结构的电路之间的关系。
§4-5 互易定理
对一个仅含线性电阻的电路，在单一激励的情况下，当激励和响应互换位置时，响应不变。此即互易定理
§4-6 对偶原理
电路中某些元素之间的关系（或方程），用它们的对偶元素对应地置换后，所得到的新关系（或新方程）也一定成立，这个新关系（或新方程）与原有的关系（方程）互为对偶，这就是对偶原理。

教学设计：
参考文献： 电路原理，周守昌主编，高等教育出版社，2004年8月（第二版）
作业安排：4-3，4-7，4-12，4-15
实验安排：
答疑安排：课间，课后

授课题目
第六章 一阶电路

授课学时
6
授课时间
2007.11.30---2007.12.7
教学重点、难点：
1、零输入响应，零状态响应，全响应
2、稳态分量 暂态分量
3、阶跃响应和冲激响应
难点在于这部分内容涉及到微分方程和物理知识，这些知识学生还没有学习，需要补充相关知识。
教学要点：
§6-1 动态电路的方程及其初始条件
动态电路：含有动态元件的电路，当电路状态发生改变时，需要经历一个变化过程才能达到新的稳态。习惯上称为电路的过渡过程。
电路的初始条件
换路瞬间，若电容电流保持为有限值， 则电容电压（电荷）换路前后保持不变。
换路瞬间，若电感电压保持为有限值，则电感电流（磁链）换路前后保持不变。
§6-2 一阶电路的零输入响应
零输入响应：激励(独立电源)为零，仅由储能元件初始储能作用于电路产生的响应。
小结：1. 一阶电路的零输入响应是由储能元件的初值引起的响应 , 都是由初始值衰减为零的指数衰减函数；2. 衰减快慢取决于时间常数t；3. 同一电路中所有响应具有相同的时间常数；4.一阶电路的零输入响应和初始值成正比，称为零输入线性。
§6-3 一阶电路的零状态响应
零状态响应：储能元件初始能量为零的电路在输入激励作用下产生的响应。
§6-4 一阶电路的全响应
全响应：非零初始状态的电路受到激励时电路中产生的响应。
§6-5 一阶电路的阶跃响应
单位阶跃函数：
1） 单位阶跃函数的延迟
2） 由单位阶跃函数可组成复杂的信号
阶跃响应：单位阶跃函数激励下电路中产生的零状态响应
§6-6 一阶电路的冲激响应
一、单位冲激函数
1. 单位脉冲函数 p(t)
2. 单位冲激函数 d (t)
3. 单位冲激函数的延迟 d (t-t0)
4. d 函数的筛分性
二、冲激响应：单位冲激函数激励下电路中产生的零状态响应
教学设计：
参考文献： 电路原理，周守昌主编，高等教育出版社，2004年8月（第二版）

作业安排：6-4，6-9，6-13，6-16

实验安排：

答疑安排：课间，课后

授课题目
第八章 相量法
授课学时
4
授课时间
2007.12.12---2007.12.14
教学重点、难点：
1．相位差、
2．正弦量的相量表示
3．复阻抗复导纳
4．相量图
难点是复数、复阻抗、复导纳、向量图等概念的理解和应用方法的掌握。
教学要点：
§ 8. 1 复数
复数及运算
1. 复数A表示形式：
2. 复数运算：(1)加减运算——直角坐标；(2) 乘除运算——极坐标
3. 旋转因子：复数 ejy = cos y + jsin y = 1∠y
§ 8. 2 正弦量
1. 正弦量的三要素：(1) 幅值 (amplitude) (振幅、 最大值) Im; (2) 角频率(angular frequency) w; (3) 初相位(initial phase angle) y
2、同频率正弦量的相位差 (phase difference):
j = (w t +y u) - (w t +y i)= y u-y i
3. 有效值(effective value):

§8. 3 相量法的基础
一、正弦量的相量表示
正弦量的相量表示: 相量的模表示正弦量的有效值
相量的幅角表示正弦量的初相位
二. 相量图

三. 相量运算
(1) 同频率正弦量相加减; 2 . 正弦量的微分，积分运算
§ 8. 4 电路定律的相量形式
一. 基尔霍夫定律的相量形式

二. 电路元件的相量关系

教学设计：
参考文献：电路原理，周守昌主编，高等教育出版社，2004年8月（第二版）
作业安排：8-10，8-11，8-12，8-17
答疑安排： 课间，课后

授课题目
第九章 正弦稳态电路的分析
授课学时
8
授课时间
2007.12.18---2007.12.28
教学重点、难点：
1．复阻抗复导纳；2。相量图；3。用相量法分析正弦稳态电路；4。正弦交流电路中的功率分析。
难点是基于向量图的电路分析方法概念的理解和应用方法的掌握。
教学要点：
9. 1 阻抗和导纳
1. 复阻抗与复导纳；2. R、L、C 元件的阻抗和导纳；3. RLC串联电路；4. RLC并联电路5. 复阻抗和复导纳的等效互换
9. 2 阻抗（导纳）的串联和并联
1．阻抗（导纳）串联2．阻抗（导纳）并联
9. 3 电路的向量图
1. 电路的相量模型 (phasor model )：相量模型：电压、电流用相量；元件用复数阻抗或导纳。
2. 相量图1）同频率的正弦量才能表示在同一个向量图中；2）反时针旋转角速度；3）选定一个参考相量
9. 4 正弦稳态电路的分析
电阻电路与正弦电流电路相量法分析比较：
二者依据的电路定律是相似的。只要作出正弦电流电路的相量模型，便可将电阻电路的分析方法推广应用于正弦稳态的相量分析中。
9. 5 正弦稳态电路的功率
1. 瞬时功率：2. 平均功率 (average power)P：3. 无功功率 (reactive power) Q：4. 视在功率(表观功率)S
9. 6 复功率
复功率：
9. 7 最大功率传输
讨论正弦电流电路中负载获得最大功率Pmax的条件
负载上获得最大功率的条件是：
ZL= Zi*，即：RL= Ri
XL =-Xi
此结果可由P分别对XL、RL求偏导数得到。
最大功率为

9. 8 串联电路的谐振
谐振(resonance)是正弦电路在特定条件下所产生的一种特殊物理现象，作为电路计算没有新内容，主要分析谐振电路的特点。
一、 谐振的定义：含有L、C的电路，当电路中端口电压、电流同相时，称电路发生了谐振。
二、RLC串联电路的谐振：
9. 9 并联电路谐振
一、简单 G、C、L 并联电路；二 、电感线圈与电容并联
三、串并联电路的谐振
教学设计：
参考文献：电路原理，周守昌主编，高等教育出版社，2004年8月（第二版）
作业安排：9-3，9-12，9-24，9-38
答疑安排： 课间，课后

授课题目
第十章 具有耦合电感电路、总复习
授课学时
8
授课时间
2008.1.2---2008.1.11
教学重点、难点：
1．互感的概念和物理机理; 2．具有耦合电感电路的计算方法3．空心变压器和理想变压器的概念和应用
难点是基本概念的理解和应用方法的掌握。
教学要点：
§10-1 互感
一、 互感和互感电压
当线圈1中通入电流i1时，在线圈1中产生磁通(magnetic flux)，同时，有部分磁通穿过临近线圈2。当i1为时变电流时，磁通也将随时间变化，从而在线圈两端产生感应电压。
互感的性质：
①从能量角度可以证明，对于线性电感 M12=M21=M
②互感系数 M 只与两个线圈的几何尺寸、匝数 、 相互位置和周围的介质磁导率有关，如其他条件不变时，有M µ N1N2 （L µ N2）
耦合系数 (coupling coefficient)k：
k 表示两个线圈磁耦合的紧密程度。
二、互感线圈的同名端
同名端：当两个电流分别从两个线圈的对应端子流入 ，其所产生的磁场相互加强时，则这两个对应端子称为同名端。
§10-2 含有耦合互感电路的计算
有互感的电路的计算仍属正弦稳态分析，前面介绍的相量分析的的方法均适用。只需注意互感线圈上的电压除自感电压外，还应包含互感电压。
§10--3、4 空心变压器和理想变压器
1.全耦合变压器 (transformer)

全耦合变压器的电压、电流关系：

2. 理想变压器 (ideal transformer)：
当L1 ,M, L2® ¥，L1/L2 比值不变 (磁导率m® ¥) , 则有

理想变压器的元件特性
理想变压器的电路模型
教学设计：
参考文献：电路原理，周守昌主编，高等教育出版社，2004年8月（第二版）
作业安排：10-6，10-9，10-15，10-18
答疑安排： 课间，课后