大学电路教学课件

大学电路教学课件电路分析基础与应用目录基础理论进阶内容实践应用•电路基础与基本定律•正弦稳态分析•电路实验与实用案例•电阻电路分析•频率响应与谐振现象•电路设计与仿真•动态电路与瞬态响应•二端口网络基础•故障诊断与排除第一章电路的基本定律基尔霍夫电压定律（KVL）在任何闭合回路中，所有电压降的代数和等于零∑U=0基尔霍夫电流定律（KIL）在任何节点处，所有电流的代数和等于零∑I=0欧姆定律与功率计算U=IR，P=UI=I²R=U²/R节点与回路分析基础电路节点与回路分析节点分析方法回路分析方法•选择参考节点（通常为地点）•确定独立回路•对其他节点列写KCL方程•定义回路电流方向•节点方程数=节点数-1•应用KVL列方程•回路方程数=独立回路数电路基本定律应用示例简单串并联电路计算功率吸收与释放判定串联I相同，U=U₁+U₂+...电源P=UI0（释放功率）并联U相同，I=I₁+I₂+...负载P=UI0（吸收功率）等效电阻R串=R₁+R₂+...确定参考方向电流从+极流出为吸收功率1/R并=1/R₁+1/R₂+...电路故障分析案例开路故障I=0，U≠0短路故障U=0，I很大第二章电阻电路分析电阻网络分析方法•电阻的串联与并联规律•电压分配与电流分配定律•节点电压法与回路电流法•电阻网络的等效变换电压分配定律串联电路中，电阻两端电压与电阻值成正比U₁:U₂:U₃=R₁:R₂:R₃电流分配定律并联电路中，分支电流与电导值成正比I₁:I₂:I₃=G₁:G₂:G₃=1/R₁:1/R₂:1/R₃星形Y与三角形Δ等效变换是复杂电阻网络分析的重要技术通过等效变换可以简化电路，使复杂电路变得易于求解掌握等效变换技术是电阻网络分析的关键电阻电路计算实例多节点复杂网络对于多节点电阻网络，采用节点电压法可以减少计算量对于N个节点的电路，需要求解N-1个独立方程变阻器电路分析变阻器（电位器）常用于分压和调节电路滑动触点的位置决定了输出电压的大小，可用于实现可调电压源电阻功率考量实际电路中，必须考虑电阻的功率耗散电阻的额定功率必须大于实际工作功率，通常选择2倍余量确保安全第三章动态电路电容与电感特性一阶电路响应电容u=1/C∫i·dt，i=C·du/dt RC电路τ=RC（时间常数）电感u=L·di/dt，i=1/L∫u·dt RL电路τ=L/R（时间常数）充电响应vt=V1-e^-t/τ二阶RLC电路特征方程s²+2αs+ω₀²=0三种响应类型过阻尼、临界阻尼和欠阻尼电路瞬态响应分析RC充电过程放电过程•电压表达式vt=V1-e^-t/RC•电压表达式vt=Ve^-t/RC•电流表达式it=V/Re^-t/RC•电流表达式it=-V/Re^-t/RC•t=τ时，电压达到终值的

63.2%•t=τ时，电压下降到初值的

36.8%•t=5τ时，电压接近终值（

99.3%）•t=5τ时，电压几乎降为零动态电路实验案例RC电路充放电实验二阶电路振荡现象实验步骤观察要点

1.搭建RC串联电路并连接电源和示波器•调节电路参数观察不同阻尼状态

2.测量充电曲线并记录关键时间点•测量振荡频率与阻尼系数

3.测量放电曲线并分析响应特性•比较实测与理论计算结果

4.计算时间常数并与理论值比较•分析参数变化对响应的影响示波器使用技巧关键技能•触发设置与波形捕获•时间和电压刻度调整•双通道同步测量技术第四章正弦稳态分析正弦激励响应输入ut=Umsinωt+φu输出it=Imsinωt+φi相位差φ=φi-φu复数阻抗表示电阻ZR=R∠0°电感ZL=jωL=ωL∠90°电容ZC=1/jωC=1/ωC∠-90°相量分析电压相量Ů=Um/√2∠φu电流相量Ĭ=Im/√2∠φi欧姆定律Ů=Z·Ĭ功率分析复功率S=P+jQ=U有效值I有效值∠φ功率因数cosφ=P/|S|功率三角形|S|²=P²+Q²正弦稳态电路计算实例RLC串联电路分析功率计算总阻抗Z=R+jωL-1/ωC阻抗模值|Z|=√[R²+ωL-1/ωC²]相位角φ=arctan[ωL-1/ωC/R]示例计算已知R=100Ω，L=50mH，C=10μF，ω=1000rad/sXL=ωL=50Ω，XC=1/ωC=100ΩZ=100+j50-100=100-j50=112∠-

26.6°Ω有功功率P=U有效值I有效值cosφ无功功率Q=U有效值I有效值sinφ视在功率S=U有效值I有效值第五章电路的频率响应与谐振频率响应基本概念•频率响应电路对不同频率信号的响应特性•传递函数Hjω=输出/输入•增益与相位随频率的变化关系谐振电路特性•谐振频率ω₀=1/√LC•品质因数Q=ω₀L/R=1/ω₀CR•带宽BW=ω₀/Q=R/L谐振电路在电子系统中有广泛应用，如无线通信中的选频电路、滤波器等谐振电路可分为串联谐振和并联谐振两种基本形式，它们具有互补的特性谐振电路实测数据展示谐振峰值测量带宽测量测试方法输入恒定幅值的不同频率信3dB带宽输出功率降为最大值一半时的号，测量输出幅值频率范围数据分析找出输出幅值最大对应的频测量方法找出输出电压为峰值

0.707倍率即为谐振频率的两个频率点实测谐振频率与理论计算值的对比与误带宽计算BW=fH-fL差分析第六章二端口网络基础Z参数（阻抗参数）定义方程U₁=Z₁₁I₁+Z₁₂I₂U₂=Z₂₁I₁+Z₂₂I₂测量方法逐个开路测量Y参数（导纳参数）定义方程I₁=Y₁₁U₁+Y₁₂U₂I₂=Y₂₁U₁+Y₂₂U₂测量方法逐个短路测量H参数（混合参数）定义方程U₁=h₁₁I₁+h₁₂U₂I₂=h₂₁I₁+h₂₂U₂广泛应用于晶体管分析T参数（传输参数）定义方程U₁=AU₂-BI₂I₁=CU₂-DI₂适用于级联网络分析二端口网络是复杂电路分析的重要工具，广泛应用于放大器、滤波器和传输线等电路分析二端口网络应用案例放大器输入输出阻抗匹配变压器等效分析为什么需要阻抗匹配？•最大功率传输源内阻等于负载阻抗时，负载获得最大功率•减少信号反射在高频电路中尤为重要•提高系统效率减少能量损失使用二端口参数计算输入阻抗Zin=Z₁₁-Z₁₂Z₂₁/Z₂₂+ZL输出阻抗Zout=Z₂₂-Z₁₂Z₂₁/Z₁₁+ZS变压器可以用T参数表示A=n（变比）B=0C=0D=1/n理想变压器具有阻抗变换特性ZL=n²ZL第七章电路实验教学基本仪表使用典型实验项目数据处理与分析设计与调试技巧•万用表使用技巧•基本定律验证实验•测量误差分析•电路设计方法•示波器操作方法•电路分析方法实验•实验数据处理方法•故障排查技术•信号发生器应用•动态电路响应实验•实验报告撰写规范•电路性能优化实验教学是电路理论课程的重要补充，通过实践操作加深对理论知识的理解良好的实验技能对未来的工程实践具有重要意义实验基本仪表使用1万用表测量示波器使用

1.直流电压测量选择合适量程，并联在被测部件两端

2.交流电压测量选择交流档，注意有效值显示

3.电流测量断开电路，串联接入，从大量程开始

4.电阻测量断电状态下测量，注意零点校准安全提示测量高电压时须格外小心，确保使用绝缘手套和工具电流档不能并联测量电压，否则可能损坏仪表！

1.基本控制垂直灵敏度、水平时基、触发设置

2.波形捕获调整触发电平和模式获得稳定波形

3.波形分析测量幅值、频率、相位等参数

4.双通道测量观察两个信号的相位关系实验叠加原理验证2实验步骤数据记录与分析

1.搭建包含多个电源的电路测试点E₁单E₂单叠加计实测值误差

2.测量所有电源同时作用时的电压和电流独作用独作用算值%

3.分别测量单个电源作用时的电压和电流V₁

3.15V

1.25V

4.40V

4.38V

0.46%

4.验证叠加结果与同时作用结果是否一致V₂

2.10V

2.45V

4.55V

4.52V

0.66%叠加原理适用于线性电路，对于含有非线性元件的电路不适用实验结果表明，在线性范围内，实测值与叠加计算值吻合良好，误差主要来源于测量精度和元件参数偏差实验3RC一阶电路响应测试实验原理RC一阶电路在直流阶跃信号激励下的响应可以用指数函数描述通过测量响应曲线，可以确定电路的时间常数τ=RC实验步骤

1.搭建RC串联电路

2.连接方波信号源和示波器

3.调整方波频率使充放电过程完全

4.捕获并存储波形

5.测量时间常数并计算RC值实验4二阶动态电路响应测试实验电路与参数RLC串联电路•R=100Ω可变•L=10mH•C=

0.1μF理论计算谐振频率f₀=1/2π√LC=

5.03kHz临界阻尼R临界=2√L/C=632Ω品质因数Q=1/R√L/C观察与分析电阻值响应类型特征描述电路设计思维培养需求分析明确设计目标和技术指标•功能要求实现什么功能？•性能指标精度、速度、功耗等•环境适应性温度、湿度、抗干扰性方案设计提出多种解决方案并进行比较•电路拓扑选择•器件选型与参数确定•成本与可行性分析仿真与验证利用仿真软件验证设计方案•建立仿真模型•分析各种工作状态•优化关键参数实现与测试电路实物制作与性能测试•PCB设计与制作•元器件焊接与调试•功能与性能测试电路分析软件辅助教学Multisim仿真简介Multisim是一款功能强大的电路仿真软件，可以帮助学生更直观地理解电路工作原理，预测电路性能，发现潜在问题仿真功能•直流工作点分析•交流扫频分析•瞬态响应分析•蒙特卡罗分析•参数扫描分析教学应用通过仿真与实验结果的对比分析，学生可以深入理解理想模型与实际电路之间的差异，培养工程实践能力•预习实验通过仿真了解实验预期结果•补充实验仿真一些实际难以实现的条件仿真不能完全替代实验，但是可以帮助理解电路行•参数影响观察参数变化对电路性能的影响为，减少实验失误，提高学习效率电路故障诊断实战常见故障类型故障定位方法故障案例分析•开路故障电路断开，电流为零•分区检查法将电路分为几个功能区短路故障•短路故障电路直接相连，电阻为零•替换法更换可疑元件查看是否恢复•症状电流异常大，保险丝熔断•虚接故障接触不良，连接断续•信号追踪法沿信号流向逐点检查•定位测量各点对地电阻，寻找异常低值•参数漂移元件参数随温度变化•测量比较法与正常电路参数比较•解决更换短路元件，检查PCB布线•噪声干扰外部信号干扰电路工作•半分法将故障范围逐步缩小开路故障•症状无输出信号或电压异常•定位测量各点电压，查找电压异常点•解决修复断线或更换损坏元件电路理论与实际结合理论知识在工程中的应用电子产品中的电路实例•电源设计稳压电路、开关电源•信号处理放大器、滤波器设计•通信系统调制解调、信号匹配•控制系统传感器接口、反馈控制•测量技术桥式电路、信号调理理论是实践的指导，实践是理论的检验工程应用中需要将理论知识与实际情况相结合，考虑各种实际因素未来电子技术发展趋势•微型化电路集成度更高，体积更小•低功耗电池供电设备能效提升•智能化融合人工智能技术•柔性电子可弯曲、可穿戴电子设备•光电集成光电路与传统电路结合课程学习建议理论与实践相结合理论学习与实验操作相辅相成阅读教材后及时做习题，参与实验时带着问题去验证理论知识保持理论与实践的平衡，既要理解基本原理，也要培养动手能力多做习题与实验电路分析能力需要大量练习才能提高从基础题入手，逐步过渡到综合应用题实验前做好预习，实验中仔细观察现象，实验后认真分析数据，总结规律利用仿真辅助学习使用Multisim等仿真软件辅助理解复杂电路通过改变参数观察电路响应，加深对电路行为的理解将仿真结果与理论计算和实验数据对比，分析差异原因关注前沿技术动态通过学术期刊、技术博客、行业报告等渠道了解电子技术的最新发展参加学术讲座和技术论坛，拓宽视野将基础知识与前沿应用相结合，培养创新思维参考教材与学习资源核心教材在线学习资源•《电路》（第5版），邱关源，高等教•中国大学MOOC《电路原理》课程育出版社•学堂在线《电路分析基础》系列课程•《电路原理》（第3版），于歆杰，清•Bilibili哈工大/清华大学电路课程视华大学出版社频•《电路分析基础》（第4版），李瀚•知乎专栏《电路分析从入门到精通》荪，高等教育出版社学习工具•《模拟电子技术基础》（第5版），童诗白，高等教育出版社•Multisim电路仿真软件辅助教材•LTspice免费电路分析工具•Circuit Lab在线电路设计与仿真•《电路分析习题解答》，孙玉坤，高•Falstad交互式电路仿真器等教育出版社•《电路原理学习指导》，张永瑞，科学出版社•《电路实验教程》，刘忠，电子工业出版社课程思政与价值观引导严谨科学态度创新意识电路分析需要严谨的科学态度，重视理论与实践的统一，培养学生追鼓励学生突破常规思维，探索电路理论的新应用通过开放性实验和求真理、实事求是的精神通过精确计算和仔细实验，养成严密的科设计项目，培养学生的创新能力和解决实际问题的能力，为国家科技学思维方式创新贡献力量团队合作精神社会主义核心价值观现代电子工程离不开团队合作通过小组实验和项目设计，培养学生将社会主义核心价值观融入教学过程，培养学生爱国情怀和社会责任的协作能力、沟通技巧和责任意识，为未来融入工程团队打下基础感通过中国电子工业发展历程的介绍，增强学生的民族自豪感和使命感电路教学不仅是传授知识和技能，更是塑造学生正确的价值观和科学精神，培养德智体美劳全面发展的新时代人才现代电子实验室环境实验室设施与设备实验室安全与管理•先进的测量仪器数字示波器、信号发生器•用电安全规范正确连接电路，避免短路•电路实验平台可编程电路板、数字模拟转换系统•仪器使用规则爱护设备，按照操作手册使用•电子元器件库各类电阻、电容、电感、半导体器件•实验数据管理及时记录实验数据，做好备份•计算机辅助系统仿真软件、数据采集与处理平台•环境保护意识减少资源浪费，回收利用材料现代电子实验室为学生提供了良好的实践环境，通过亲身实验加深对电路理论的理解，培养实际操作技能和问题解决能力在实验过程中，要注重安全意识和团队协作，共同创造高效学习氛围结束语电路学习是电子信息专业的基石成为未来电子领域的中坚力量电路理论是电子信息工程的基础，掌握电路分析方法是学习后续专业课在信息技术快速发展的时代，电子工程人才肩负着推动科技进步的重程的前提通过系统学习电路基本定律、分析方法和实验技能，为未来任希望同学们夯实基础，拓展视野，提高综合能力，成为具有创新精深入学习电子技术奠定坚实基础神和实践能力的高素质人才，为国家电子信息产业发展贡献力量！理论与实践并重，持续探索创新电路学习需要理论与实践相结合，既要掌握基本原理，也要通过实验验证和应用保持好奇心和探索精神，将所学知识应用到实际问题中，不断创新和突破。