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1、电路基础（第3版）教学指南 中职 高教版电路基础（第3版）教学指南（1）课程性质和任务本课程是中等职业学校电类专业的一门技术基础课程。其任务是使学生具备从事电气电子工作的高素质劳动者和中初级专门人才所必须的电工基本知识、基本理论和基本技能，并为学习后续课程和培养学生的创新能力打下基础。（2）学习本课程所需的预备知识本课程主要应用了物理课电学中的一些基本知识，如欧姆定律、电磁感应定律等。数学课中的导数、积分、傅里叶级数、三角函数等相关知识。（3）各模块教学提要、课程内容、教学要求 第1模块 电路的基本概念和基本定律教学要求 深刻理解电路模型的概念、电流电压及其参考方向的概念。熟练掌握电阻元件、电
2、压源、电流源的参数与电压、电流的关系。熟练掌握基尔霍夫定律。课程内容提要 一、 电路、电路模型、电流流通的路径叫电路，通常由电源、负载、连接导线及控制电器组成。电路中有持续电流的条件是:(1)电路为闭合通路(回路)；(2)要有电源(或电路两端必须要有电压)。2、理想电路元件是指实际电路元件忽略次要因素，只考虑主要特性的理想化模型。由理想电路元件构成的电路，称为电路模型。在电路理论研究中，都用电路模型来代替实际电路加以分析和研究。二、电流、电压1、电荷的定向移动形成电流在导体中形成电流的内因是导体中存在着载流子（即负电荷和正电荷）；外因是导体两端有电压，即导体中存在着电场。规定正电荷运动的方向为
3、电流的方向，它与负电荷运动的方向相反；电流的大小用电流强度来表示，基本单位是安培（）。2、电路中a、b两点间电压的大小等于电场力由a 点移动单位正电荷到b点所做的功，方向由高电位指向低电位点。 某点到参考点的电压叫做该点的电位。电压和电位的基本单位是伏特（）。3、若电流和电压的参考方向选得一致（即电流从电压“”端流入，“”端流出）则电流电压是关联方向。电流和电压是电路中的基本物理量，其参考方向和关联方向是个很重要的概念。分析电路时，必须首先设定电流和电压的参考方向，这样计算的结果才有意义。三、电阻、欧姆定律、电阻是表示元件对电流所呈现阻碍作用大小的物理量（或参数）。基本单位为欧姆（）。、欧姆定
4、律确定了电阻元件上电流、电压之间的约束关系。它是电路重要的基本定律之一。包括一段无源电路欧姆定律、一段含源电路欧姆定律和全电路欧姆定律。四、电功和电功率电流在一段时间内所做的功，叫电功即电能。W=Pt，基本单位是焦耳（J），常用单位千瓦小时又叫度。1千瓦小时=1度=电功率是指电能量对时间的变化率，用P表示，基本单位是瓦特(W)。五、电压源与电流源、恒压源是一个二端元件，它的端电压固定不变，或是一定时间的函数，不随外电路而改变；通过它的电流大小随外电路不同而改变。、恒流源也是一个二端元件，通过电流源的电流是定值，或是一定时间的函数，而与端电压无关；电流源的端电压随外电路的不同而改变。六、电路的基
5、本定律基尔霍夫定律是研究电路互联的基本定律。对电路中任一节点，在任一时刻有I=0是电荷守恒的逻辑推论；对电路中的任一回路，在任一瞬时，沿任一回路有U=0，是能量守恒的逻辑推论。对电阻电路，又可写成IR=US 七、电位分析法、电位的判断： 电位升：（1）在电阻上：逆着电流方向为电位升；（2）在电源上：沿电源负极至正极为电位升。电位降则相反。、电位分析方法步骤(1) 选参考点，一般选大地、机壳为参考点；(2) 求闭合回路电流；(3) 标出各元件上电压的参考方向； (4) 从待求点到参考点，求各段电压的代数和。、注意事项：(1) 没有电流通过电阻时，其两端同电位； (2) 导线上虽有电流，但电阻为零
6、的导线上各点电位相同；(3) 电路中虽无电流，但有电源，两端电位不等，正极电位高， 负极电位低。第2模块 直流电阻电路的分析教学要求 理解等效变换概念 ，了解实际电源两种电路模型的特性及其等效变换。 熟练掌握电阻串、并、混联连接方式，等效电阻、电压、电流、功率的计算。掌握分压电路分流电路的应用，电路中各点电位的计算。掌握戴维南定理，会应用该定理求解2个网孔的有源二端网络的戴维南等效电路；掌握弥尔曼定理，会求解具有两节点的电路；理解叠加定理，会分析两个直流电源的电路。课程内容提要本模块内容始终贯穿着“等效”这条主线，这是电路理论中一个很重要的概念。所谓两个结构和元件参数完全不同的电路“等效”，是
7、指它们对外电路作用效果完全相同，即它们对外端钮上的电压、电流的关系完全相同。因此将电路中的某一部分用另一种电路结构和元件参数代替后，不会影响原电路中留下来未作变换的任何一条支路中的电压和电流。据此便可推出各种电路的等效变换关系，从而极大地方便了电路的分析与计算。本模块介绍了复杂电路的分析计算方法，它包括线性网络定理的应用及网络等效变换的一些规律。一、等效变换、端口电压电流关系相同的两个网络叫做等效网络。在进行等效网络变换时，必须保持外部电流、电压不变。、无源二端网络的等效变换：(1) 电阻的串联及其分压 两个电阻串联时: (2) 电阻的并联及其分流 两个电阻并联时: (3) 电阻混联电路 运用
8、串、并联电路特点进行化简计算. (4) Y - 电阻电路的等效变换 当Y 时，即已知、 求、和 Y形每相邻两电阻乘积之和 = Y形对角电阻 当 Y，即已知、求、 对应点形相邻两电阻之积 = 形三边电阻之和 、有源二端网络的等效电路就是戴维南定理的等效电路。任何一个线性有源二端电阻网络都可以用一个等效电压源来代替。这个等效电压源的电压等于原来网络的开路电压，其等效内阻等于原来网络中所有电压源短路，电流源开路(保留其内阻)时，该网络的入端电阻。用戴维南定理求电路中某一支路的电流、电压或功率比较方便。求解有源二端网络的负载获得最大功率的问题时，较好的方法是用戴维南定理。 、电压源与电流源的等效互换（
9、已在第一模块介绍，这里不再叙述）二、节点电压法三个节点的电路节点电压方程的一般形式为： 当一个电路只有两个节点时的节点电压法称为弥尔曼定理，一般形式为 列方程时，自电导总是正的，互电导总是负的。节点电流源的电流，流入节点的取正，流出节点的取负。 解出各节点电压，然后求各支路的电流及其它物理量。三、叠加定理叠加定理是线性电路普遍适用的重要原理。它的内容是：在线性电路中，各支路的电流（或电压）等于各个电源单独作用时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和。在应用叠加定理计算某个电源单独作用时，其它独立源不作用。电压源不作用相当于将它短接，电流源不作用相当于将它开路。第3模块 电路的动态元件教学要求理
10、解电容元件定义、电容元件上电压与电流的关系、电容器中电场能量。理解电感元件的定义、电感元件上电压与电流关系、线圈中的磁场能量、电磁感应定律。课程内容提要 一、电容元件与电感元件是具有对偶性质的二端元件元件电容元件电感元件特性关系电流与电压的关系电流与电压的变化率成正比，在直流稳定条件下C相当于开路（隔直流）。电压与电流的变化率成正比，在直流稳定条件下L相当于短路（通直流）。储能元件电容充电时增加，储存电能。放电时下降，释放电能。储存电能和释放电能都必须有一个时间过程，能量不能跃变，电容电压不能跃变。当增加，储存磁能，当减少释放磁能。储存磁能和释放磁能都必有一个时间过程，能量不能跃变，产生磁能的
11、电感电流不能跃变。瞬时功率二、电容器的串、并联类别并联串联总容量总容量等于各电容容量之和总容量的倒数等于各电容容量倒数之和总电压各电容器上的电压相同总电压等于各电容器上的电压之和总电量各电容器的电量与电容量的大小成反比：总电量等于各电容器上储存的电量之和各电容器上储存的电量相等。总耐压总耐压值等于各电容器耐压值中的最小者。总耐压值等于各电容器中允许储存电量的最小值除以总电容。三、当与回路（线圈）交链的磁通发生变化时，回路（线圈）中感应电动势的大小和方向由电磁感应定律确定。电磁感应定律是普遍适用的规律，应用于自感归于下表： 条件应用范围感应电动势的一般规律楞次定律电路运用形式感应电动势的大小感应
12、电动势的方向电路参考方向规定定律的数学形式与线圈交链的磁通发生变化普遍适用规律法拉第定律楞次定律：由感应电动势激励电流所产生的磁通，总是反抗原磁通的变化。(添图:图在68页相应位置)，的实际方向与规定方向相反；，的实际方向与规定方向相同。应用于自感现象当磁通增大时，的实际方向与参考方向相反；当磁通减小时，的实际方向与参考方向相同。(添图:图在68页相应位置)，的实际方向与规定方向相反；，的实际方向与规定方向相同。 第4模块 正弦交流电路的分析与计算教学要求熟练掌握正弦量的有效值、频率、相位、相位差的概念，掌握正弦量的相量表示法，电阻、电感、电容元件上电压与电流关系及RLC串联电路的分析，复阻抗
13、、电压三角形、阻抗三角形的概念，理解有功功率、无功功率、视在功率、功率因数并会计算。了解正弦量的表示法相量法及RLC串联电路的相量模型及相量图，相量形式的KCL、KVL，了解三相电路的基本知识。课程内容提要一、正弦量1 、 正弦量的三要素 振幅值:瞬时值中的最大值Im、 Um、 Em。 角频率:正弦量每秒钟经历的电角度,。 初相:计时起点t=0时的电角度，a = y ， p 正弦量的三种表示法 三角函数法（解析式）即 正弦曲线表示法（波形图）。相量表示法， 同频正弦量的相位关系 一个正弦量比另一个正弦量早到达零值或振幅值时，称前者超前后者，或后者滞后 前者。可用相位差判断，则1超前于2。反之，
14、2超前于1。有同相、正交、反相等特例。 正弦量的有效值和平均值 有效值= 0.707Im , U = 0.707Um , E = 0.707Em。 平均值Iav= 0.637Im , Uav = 0.637Um , Eav = 0.637Em 。二、复数 复数的四种表示形式 代数表示形式 = a+jb 三角函数表示形式 = rcosq +jrsinq 指数表示形式 A= 极坐标表示形式 =q2 复数的四则运算 若 A = a1+jb1= r1 q1 B = a2+jb2= r2 q2 复数的加减法 =( a1 a2)+j(b1 b2) 复数的乘除法 AB = r1 r2 q1+ q2 旅转因子
15、 当q =时 当q =时 当q = 时 当q = 2时 三、正弦交流电路中参数元件的规律1 电阻、电感、电容元件上的电压与电流关系分别为： 、 、 2 相量形式的基尔霍夫定律 KCL KVL 四、相量法分析正弦交流电路 串联电路 复阻抗 Z = R+jX = R+j(XLXc) 阻抗的模 Z= 阻抗角 j =arctan 电压与电流的关系 有功功率 = U I cosj = I2 R 无功功率 = U I sinj = I2X 视在功率 = U I 并联电路 阻抗法 其中=+ 导纳法 其中 总电导 () 总电导 () 复导纳 3 相量法分析一般正弦交流电路 （1）节点电压法 (两个节点）（2）
16、戴维南定理 开路电压, 输入阻抗 , 所求支路电流。 负载获得最大功率的条件 (1) R与X均可调 R= X= -或 (2) 可调而j不可调 ， 五、三相电路 1 对称三相电源 ，（1）接法 （2）接法 ， 2 三相负载（1）丫接法 （2）接法 3 三相电路的功率（1）有功功率 P = PA+PB+PC = UAIA cosjA + UBIBcosjB + UCICcosjC（2）对称三相电路 第5模块 非正弦周期性电路教学要求了解常见的非正弦周期波，理解非正弦周期波的分解、谐波的概念.重点理解频谱图的概念及画法，了解非正弦周期波的有效值和平均值的概念及计算。课程内容提要一、 非正弦周期波的概
17、念 、非正弦周期波的产生 （1） 非正弦电压源和非正弦电流源 （2） 电路中有非线性元件 、非正弦周期波的表示方法 （1） 傅里叶级数表示法 (t) = A0 + sin( kt +k） （2） 频谱表示法 振幅频谱图谱线的长度代表各谐波振幅，谱线所在频率轴上的位置代表该正弦波的角频率。 （3） 周期性信号的频谱具有离散性、谐波性、收敛性。、非正弦周期波的有效值 二、 非正弦周期性电流电路的分析 1 、谐波分析法 （1） 把已知非正弦量分解为直流分量和各次谐波分量。 （2） 计算动态元件对各分量的感抗和容抗。对于直流分量电容相当于开路，电感相当于短路。对于K次谐波有： ， （3） 分别计算各分
18、量单独作用于电路时的电压或电流。对于正弦激励的响应用相量法计算。 （4） 应用叠加定理计算各支路上的总电流或总电压，注意必须用解析式相加。 、功率 （1） 平均功率 或 （2） 视在功率 （3） 功率因数 = cosj = 非正弦周期性电路的功率因数是等值正弦波的功率因数。第6模块 互感和理想变压器教学要求重点理解互感、同名端、耦合系数的概念，掌握互感线圈的顺向串联与反向串联的连接方式及等效电感，掌握互感消去法，并会分析互感线圈的两种并联形式。课程内容提要一 、 互感 两个相邻线圈中，由于一个线圈的电流变化而在另一个线圈中产生感应电压的现象称为互感现象。线圈中电流变化时产生磁通的能力用互感系数
19、来表征，即 两个线圈的磁通相互交链的关系称为磁耦合，表征两个线圈磁耦合紧密程度的物理量为耦合系数，即 二 、 同名端与互感电压 1 、同名端的定义 2 、同名端的特性判断 3、 根据写出互感电压表达式 (1)当 由同名端流入、电流与互感电压的参考方向对同名端一致时 ，则有 和 (2) 由异名端流入、电流与互感电压的参考方向对同名端一致时 ，则有 和 4 、对于正弦量 要深入理解同名端的概念，并熟练应用。 三 、 互感线圈的联接 互感线圈的联接包括顺向串联：反向串联： 互感消去法是一个用无互感电路代替有互感电路的分析方法，主要作用是分析某些问题时更方便。 四、空芯变压器 1 空芯变压器的概念 2
20、 空芯变压器的等效电路 反射阻抗的分析方法：把次级回路对初级回路的影响考虑在反射阻抗Z1f中，把初级回路对次级回路的影响考虑在反射阻抗Z2f中，这样用等效电路的方法来分析问题，比较直观简单。 五、理想变压器 1、理想变压器全部磁通都封闭在铁芯中，初、次级没有任何损耗，是一个理想化的电路元件。 2、理想变压器存在下列关系 理想变压器具有三个重要特性：变压、变流、变阻抗。上述表达式在今后的实际应用中有很广泛的指导意义，应重点掌握。第7模块 谐振电路教学要求重点是掌握谐振电路的选频特性,即谐振电路具有选择频率的能力.了解串联谐振的谐振曲线、特性阻抗、品质因数、通频带，理解串联谐振电路特点，掌握谐振条
21、件、谐振频率计算；了解并联谐振电路特点、谐振条件、谐振频率计算、并联谐振的谐振曲线、特性阻抗、品质因数、通频带。课程内容提要 本模块讨论了三种谐振电路(串联谐振电路、并联振电路和耦合谐振电路)的选频特性。介绍了电路形式，找到了元件参数和回路参数的关系，阐述了谐振现象及其特点，描述了频率特性曲线，分析了各个选频特性指标。 在串联和并联谐振电路的分析中，有很多相同的结论：例如二者的谐振频率表达式相同；品质因数、通频带、矩形系数和选择性都具有相同的意义和表达式。 也有很多相对应的关系：例如二者幅频特性表达式，只是纵坐标有区别，串联谐振电路纵坐标为，并联谐振电路纵坐标为，函数式相同，对应的幅频曲线形状
22、相同。 幅频特性曲线描述了谐振电路的一般频率响应规律，谐振现象只是回路一个特殊的工作状态，但它有很广泛的应用价值。 串联与并联谐振电路谐振时具有不同的特点。串联谐振时，阻抗最小；元件上电压是电源电压的倍，。并联谐振时，阻抗最大，支路电流是总电流的倍等等，这些特点在实际中都得到广泛的应用。研究谐振电路频率特性最终落实到四个具体指标上，即 谐振频率、 通频带、 选择性、和矩形系数。 复杂并联谐振电路分为双电感和双电容谐振电路，通过部分接入可以减小Rg和RL对回路的影响，另外可调节接入系数的大小，达到回路与信号源及负载的阻抗匹配。分析复杂并联谐振电路总是将部分接入电路折合到回路两端去，把部分接入的分
23、析转化为简单并联谐振电路的分析，使问题的分析得到简化。 耦合谐振电路的种类很多，信号的传输靠耦合元件来完成。耦合电路的频率特性与耦合系数有关，通常分三种情况： 强耦合：，曲线为双峰； 弱耦合： ，曲线为单峰； 临界耦合： ，曲线为单峰；它对应的曲线顶部较平坦，而且宽，两边较陡峭，具有较好的选频特性，因此实际应用非常广。三种谐振电路的特性列表总结如下：（见教材174页-175页表格）第8模块 线性动态电路的分析教学要求 熟练掌握换路定律及一阶电路的分析计算方法三要素法，深刻理解时间常数的意义，定性分析RC串联电路及RL串联电路的瞬态过程。课程内容提要本模块分析了线性动态电路由一种稳定状态过渡到新
24、的稳定状态的动态过程。一 、过渡过程 在直流激励下，一阶电路的过渡过程是：电路中的电流和电压由初始值向新的稳态值过渡，且按指数规律增长或衰减，趋向新的稳态值。电路过渡过程的速率与时间常数t紧密相关。二 、换路定律 引起过渡过程的电路变化称为换路。由于电路含有储能元件电感和电容，其能量不能跃变，所以电感电流和电容电压不能跃变，即 用换路定律可求出一阶电路的初始值(0+)。三、一阶电路的三要素法 1、一阶电路 仅含一个储能元件的电路，在直流激励下，其电路性质用一阶微分方程描述，在任何瞬间，电流电压的瞬时值受基尔霍夫定律制约。 2、一阶电路的全响应 全响应 = 零状态响应 + 零输入响应 全响应 =
25、 稳态分量 + 暂态分量一阶电路在直流激励下的零状态响应和零输入响应都可视为全响应的特例。 、一阶电路的三要素法 设 (0+)表示电压或电流的初始值， ()表示电压或电流的稳态值， t 表示电路的时间常数， (t)表示电路中待求的电压或电流。用三要素法求一阶电路全响应的通式为 (t)= ()+ （0+） （） 第9模块 双端口网络与滤波器教学要求了解双端口网络的概念及互易定理，阻抗方程与Z参数，理解网络的传输函数与传输常数.重点掌握滤波器的基本概念及滤波器原理与应用。课程内容提要一、双端口网络的概念。 1 线性网络和非线性网络。 2 有源网络和无源网络。 3 对称和不对称的双端口网络。 4 平
26、衡和不平衡的双端口网络。二、双端口网络的基本方程及参数 双端口网络部分重要的内容是找出端口变量的相互关系，共有六组方程。本模块主要讲述前两组，即 1、Z参数、 (1) 参数方程： (2) 参数的物理意义：开路阻抗参数 2、参数、 (1) 参数方程： (2) 参数的物理意义：短路导纳参数 其余方程及参数之间的关系在表9-1中列出。 三、网络的传输函数 激励响应传输函数电压电压电压传输系数电流电流电流传输系数电流电压转移阻抗电压电流转移导纳四、双端口网络的传输常数 若网络对称，则有 五、滤波器的基本概念 1、滤波器的种类及其通带和阻带 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器通带：0f通带：f通带
27、：ff通带：0f和f阻带：f阻带：0f阻带：0f和f阻带：ff 2、对滤波器的基本要求 (1)为了达到阻抗匹配： 输入端的特性阻抗等于电源内阻；输出端的特性阻抗等于负载电阻。 (2)为了使信号的各个频率成分在通带内都能顺利地通过，特性阻抗一定是纯电阻。 (3)理想状态下，在通带内的衰减常数等于零；在阻带内的衰减常数为无穷大。六、K式滤波器 1、基本结构：可分为型滤波器、对称型滤波器、对称型滤波器。 2、以低通滤波器为例定性说明滤波器的滤波特性。 3、K式滤波器的主要优点是结构简单，在远离截止频率的地方，有较好的衰减特性。主要缺点是在截止频率附近衰减特性不陡峭，不能明显地把通带与阻带分开。七、其
28、它滤波器 1、晶体滤波器 (1)晶体的等效电路和基本特性：晶体的压电效应使得一个晶体元件相当于一个双电容并联谐振电路。 (2)类型：T型对称晶体滤波器。 T型带通晶体滤波器，它的衰减曲线比较陡峭。 (3)优点：衰减曲线陡直、Q值高、性能稳定。 2、陶瓷滤波器及声表面波滤波器的符号及特性 3、几种滤波器的特性比较 石英晶体滤波器和声表面波滤波器的稳定性和选择性最好，陶瓷滤波器次之，LC滤波器最差。但LC滤波器能适用于低通、带通等各种情况，因此应用范围很广。其它几种滤波器主要用于带通，且一般是窄带。 几种滤波器的特性比较如表所示LC滤波器陶瓷滤波器石英晶体滤波器声表面波滤波器工作频率几KHz几MH
29、z0.5KHz30MHz几Hz100MHz1MHz1000MHz选择性差中高高用途广泛用于各种无线电装置用于收音机，电视机和调频机的中频放大器。用于多路通信设备和无线电测量仪器。用于高频，超高频以至徽波波段，如彩色电视雷达等。（4）教学建议根据现行教学大纲中的建议，在重点建设专业主干课程基础上，以必需、够用为度，降低理论难点，突出定性分析，注重定理定律的应用，减少定量计算，理论推导，多与实际（实验）结合。所以课后习题减少繁琐计算，增加实验学时（约2030学时）。结合目前学生数学基础较差的实际情况，比如旋转矢量法，三相电路的计算及功率的计算与后续专业课内容联系甚少，也可删减，等等。（5）教学时间分配课程内容学时分配小计讲课实验考试一、电路的基本概念和基本定律8816二、直流电阻电路的分析8412三、电路的动态元件22四、正弦交流电路的分析与计算10818五、非正弦周期性电路22六、互感和理想变压器8412七、谐振电路628八、线性动态电路的分析10212九、双端口网络与滤波器44总计5828490