电路 第五版学习指导

《电路原理》助学型教学课件1.教学大纲2.教学重点3.电路仿真4.综合例题5.模拟试题英文译名：ElectricCircuits适用专业：电气工程及自动化、电子信息科学与技术、测控技术与仪器、光信息科学与技术、自动化、生物医学工程学分数：4总学时数：64总目录一、本课程教学目的和任务本课程是电类专业重要的一门专业基础课程。其目的和任务：是通过本课程的教学，使学生建立电路的概念，获得电路分析的基础知识。培养学生分析问题和解决问题的能力，树立理论联系实际的工程观点。为电路设计及后续相关专业课程的学习及应用打好基础。二、本课程的基本要求1．掌握电路的基本概念和直流电路的一般分析方法。2．掌握正弦交流电路的分析及含互感电路的分析；了解非正弦周期电流电路的分析。3．掌握一阶动态电路的时域分析，了解二阶电路的时域分析。4．掌握线性动态电路的复频域分析。5．了解非线性电路的分析方法。三、本课程与其他课程的关系（前修课程要求等）前修课程是：《高等数学》，《物理学》，《工程数学》。该课程是《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《信号与系统》、《自动控制理论》等电类技术相关专业课程的基础。总目录四、课程内容（重点及必须掌握内容、章节加*号或另做说明；文字多请另加纸）第一章电路模型和电路定律理解电路概念、电路模型、电路的组成和作用；理解基本物理量。掌握电流、电压参考方向的含义。掌握基尔霍夫定律。掌握电源模型、受控源模型、电阻元件的伏安关系。第二章电阻电路的等效变换掌握用等效的方法分析直流电阻电路。掌握用电源模型等效的方法分析电路。掌握输入电阻的计算方法。第三章电阻电路的一般分析了解电路图的概念。理解电路一般分析方法的含义。掌握用支路电流法、网孔电流法、节点电压法分析直流电阻电路。第四章电路定理掌握用叠加定理、戴维南定理、最大功率传输定理分析含有受控源的直流电阻电路。了解诺顿定理。总目录第六章储能元件掌握电容元件、电感元件的伏安关系。第七章一阶电路和二阶电路的时域分析了解电路的过渡过程、暂态、换路概念。理解响应的初始值、稳态值、时间常数概念；理解电路的零输入响应、零状态响应和全响应概念。掌握用三要素法分析一阶电路。了解用经典方法分析二阶电路。了解一阶电路的阶跃响应、冲击响应。第八章相量法掌握正弦量的相量表示法、相量的运算、元件伏安特性和电路定律的相量形式。第九章正弦稳态电路分析掌握用相量法（相量图）分析稳态正弦交流电路。掌握功率的计算方法。理解提高功率因数的意义。了解复功率的计算和最大功率传输的计算。第十章含有耦合电感的电路掌握用相量法分析含耦合电感电路的一般方法。理解同名端的含义。了解空心变压器和理想变压器的概念。总目录第十一章电路的频率响应掌握电路谐振的条件。了解谐振电路的特点。第十二章三相电路掌握三相对称电源的线电压和相电压的关系。掌握对称和不对称三相交流电路的分析方法。掌握三相电路中功率的计算。了解三相电路的测量。第十三章非正弦周期电流电路和信号的频谱掌握周期信号的有效值、平均功率的计算。了解平均值、非正弦周期电流电路的分析方法。第十四章线性动态电路的复频域分析了解拉普拉斯变换、反变换的定义与方法。掌握拉普拉斯变换反变换的求解方法，掌握用拉普拉斯变换法分析线性电路。了解网络函数的定义、网络函数的零点和极点。第十六章二端口网络了解二端口的方程和参数。总目录第十七章非线性电路了解非线性电阻、电容、电感元件；了解非线性电路的小信号分析法。五、其它（如习题或作业、实验、上机、课程设计等内容和要求，根据安排按序遍写）1．实验：为了加强实际应用，实验独立开课。2．本课程各章均安排习题作为课外作业，并安排4-6学时的习题课六、选用教材及主要参考书（写明名称、编著者、出版社、出版时间）1、教材《电路》（第五版）原著：邱关源；修订：罗先觉。高等教育出版社，2006年5月2、参考书《电路分析基础》李瀚荪主编（第四版）高等教育出版社《电路》(美)JamesW.Nilsson,SusanA.Riedel著,周玉坤等译电子工业出版社2005年9月总目录第一章电路模型和电路定理第二章电阻电路的等效变换第三章电阻电路的一般分析第四章电路定理第六章储能元件第七章一阶电路和二阶电路的时域分析第八章相量法第九章正弦稳态电路的分析第十章含有耦合电感的电路第十一章电路的频率响应第十二章三相电路第十三章非正弦周期电流电路和信号的频谱第十四章线性动态电路的复频域分析第十六章二端口网络第十七章非线性电路总目录一、电压和电流的参考方向电压和电流是电路分析的基本物理量，所谓参考方向是一种假想方向（又称正方向），其作用是和电压、电流计算结果的正负号一起确定其实际方向。在求解电路时,必须首先确定电压和电流的参考方向。我们将某一元件的电压、电流参考方向取一致称关联参考方向；不一致为非关联参考方向。二、元件的伏安特性元件的伏安特性是表示元件本身的电压和电流约束关系。是电路分析中基本依据之一。应熟练掌握电阻元件、独立电源、受控电源的电压和电流关系。总目录本章目录三、基尔霍夫定律它描述了支路电流之间或支路电压之间的约束关系；与元件的伏安特性构成了两类约束关系。简称为VCR.。基尔霍夫定律只跟元件的相互连接有关，与元件的性质无关。1.基尔霍夫电流定律（KCL）：在集总电路中，假设了各支路电流的参考方向后，在任一瞬时，电路中任一结点电流代数和为零。数学表达式∑i=0。KCL也适用于电路中的任一闭合面。2.基尔霍夫电压定律（KVL）：在集总电路中，假设了各支路电压的参考方向后，在任一瞬时，沿任一回路，所有支路电压代数和为零。数学表达式∑u=0KVL也适用于虚拟回路总目录本章目录四、电功率的计算1、当指定了参考方向后，一个元件（或一段电路）的电功率用P=±UI计算。2、功率为代数量，其数值的正、负表示相应的元件（或电路）功率的性质，即该元件是吸收功率还是发出功率。3、功率计算的正、负号确定及其意义：当关联参考方向P=UI当非关联参考方向P=-UI计算其结果P＞0表示吸收功率P＜0表示发出功率总目录本章目录五、独立电源属于有源元件，是二端元件，在电路中起激励作用。电压源的电压与电流源的电流由电源本身决定与电源外的其它电路无关。1、理想电压源。其两端电压总能保持一定或一定的时间函数，且电压值大小与流过它的电流值无关。2、理想电流源。其输出电流总能保持一定或一定的时间函数，且电流值大小与外部电路及它的两端电压值无关。总目录本章目录六、受控电源又称非独立电源，是为电子器件中所发生的物理现象提出的一种理想化的模型，为四端元件。受控电源两端电压或电流受另一支路电压或电流控制。分四种类型：电压控制型电压源（VCVS），电压控制型电流源（VCCS），电流控制型电压源（CCVS），电流控制型电流源（CCCS）。一、电路的等效变换概念为分析、计算电路，将网络的某一部分进行某种变换后，用一个与其不同的电路替代，且替代前后网络的其它部分电压、电流保持不变。这种方法称为电路的等效变换。等效变换的核心是“对外等效”。二、电阻的串联和并联1.电阻的串联：其等效电阻为各个串联电阻之和；且大于任一个串联电阻。电阻串联可以作为分压电路；电阻值大的分得电压大。2.电阻的并联：其等效电阻的倒数等于各个电阻倒数之和；且小于任一个并联电阻。电阻并联可以作为分流电路，电阻值小的分得电流大。本章目录总目录三、含源支路的的等效变换1.理想电源的串、并联1）、理想电压源的串联：当n个理想电压源串联时，其可用一个理想电压源es等效替代，且有nkesk1es=2）、理想电压源的并联：根据KVL定律，仅当理想电压源的电压相等及极性一致时才能够并联，对外电路来讲可用任一个理想电压源作为其等效电路。一个理想电压源与一条A支路并联，对外电路来讲，其等效电路可以将A支路去掉；不影响外电路的计算结果。如图所示总目录本章目录3）、理想电流源的并联：当n个理想电流源并联时，其可用一个理想电流源is等效替代，且有nkisk1is=4）、理想电流源的串联：根据KCL定律，仅当理想电流源的电流相等及极性一致时才能够串联，且可用任一个理想电流源作为其等效电路。一个理想电流源与一条B支路串联，对外电路来讲，其等效电路可以将B支路去掉；不影响外电路的计算结果。如图所示总目录本章目录2、实际电源模型的等效变换实际电源的等效变换的目的是为了简化电路。等效是对外电路而言的。Is=Us/RsUs=IsRsIsIURsUIUs+_Rs总目录本章目录四、无源一端口网络的输入电阻Ri1、输入电阻定义：Ri=u/iu、i为端口电压、电流，且关联参考方向。2、求法：方法一：用串、并联电阻法或Y-△等效变换法直接求得输入电阻。方法二：外施电压法。根据定义计算，即在端口假想加电压源（也可电流源），计算其端口电流（电压）后，列出比值求得输入电阻Ri。总目录本章目录一、电阻电路的一般方法该方法不要求改变电路的结构，选择一组合适的变量，据KCL、KVL和VCR建立该组变量的独立方程组。二、支路电流法以支路电流为电路变量，根据KCL、KVL定律列电路方程求解。若设电路有n个结点、b条支路，则根据KCL列（n-1）个独立方程；根据KVL列（b-n+1）个独立方程。三、网孔电流法只适用于平面电路。网孔电流是一种假想的沿着网孔边缘流动的电流。网孔电流法是以网孔电流为电路变量，根据KVL定律列电路方程求解。网孔方程可采用规则化的方法列写。对于独立网孔中含有无伴独立电流源和无伴受控电流源是列写网孔方程的难点。一般有二种处理方法：1）若电流源只经过本网孔，可将电流源Is作为本网孔电流。2）设无伴电流源两端电压为Us，将其看成电压源列写方程。然后要加补充方程：是关于网孔电流与无伴电流源关系。总目录本章目录四、结点电压法适用于结点数较少的电路。它是以结点电压为电路变量，根据KCL定律列电路方程求解。结点电压方程可采用规则化的方法列写。含有无伴独立电压源和无伴受控电压源是列写结点电压方程的难点。一般有二种处理方法：1）选择合适的参考点，使无伴电压源变为已知结点电压。2）设无伴电压源流出电流为Is，将其看成电流源列写方程。然后要加补充方程：是关于结点电压与无伴电压源关系。总目录本章目录一、叠加定理1.内容：在线性电路中，任一支路的电流或电压，等于每一独立电源单独作用于电路时在该支路所产生的电流或电压的代数和。2.说明：1）该定理只适用于线性电路；2）计算元件的功率时不可应用叠加的方法；3）在各个独立电源单独作用时，不作用的电压源短路，不作用的电流源开路。二、戴维宁定理一个线性含源二端网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合来等效替代；电压源的电压等于该二端网络的开路电压uoc，而电阻等于该二端网络的去源(理想电压源短路、理想电流源开路）后的输入电阻Req。总目录本章目录三、替代定理对于给定的任意一个电路，若已知某一支路电压为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，或用R=uk/ik电阻来替代，替代后电路中电压和电流均保持原有值。四、最大功率传输定理如果含源二端网络外接可调电阻R，当R=Req时，电阻R可以从二端网络获得最大功率，该最大功率Pmax=/4Requ2oc总目录本章目录uocReqR一、电容元件1、线性电容：C=u/q（u、q参考方向如图）2、伏安特性：ic=Cdtduc（ic、uc关联参考方向）所以称电容元件为动态元件。3、电容元件储存电场能量计算式为Wc=212CuC总目录本章目录+q-qic+-uc二、电感元件1、线性电感：L=Ψ/i（Ψ、i参考方向符合右手螺旋法则）2、伏安特性：uL=Ldtdi（i、uL关联参考方向）所以称电感元件为动态元件。3、电感元件储存磁场能量计算式为wL=21L2i总目录本章目录一、动态电路的方程含有动态元件的电路称为动态电路。动态电路的特征是电路出现换路时，将出现过渡过程。一阶电路通常含有一个动态元件，可以列写电压或电流的一阶微分方程来描述。二阶电路通常含有二