电路分析课程改革研究

《电路分析》课程改革研究
杜普选高岩北方交通大学
电路课程体系就其理论而言应分为二大部分，最基本的是电路分析，再者就是电路综合。

电路综合包含了相当丰富的内容，也是发展十分迅速的领域。

关于此方面的构想将另择文论述。

本文主要是谈一谈对电路分析课程改革的探讨和研究。

电路分析课是电子类专业基础课，它是由物理学电工学延伸而来，近百年来经过许多著名学者的开拓发展成为了一门稳定而又成熟的课程,在国内，尤其是经过邱关源，李翰荪导师的潜心研究充实完善,该课已成为电类课程中最系统最完善的经典之作。

但是，随着电领域的发展日新月异、改革电路分析课程重又提到了议事日程上来。

一、目前存在的问题
１、由于电路分析相对而言较为成熟和完善。

所以，教学的重点往往偏重于知识的讲授，尤其是在公式的推导，计算能力等方面费时较多。

但对学生的创新意识，素质的提高较为欠缺，许多在课堂上既费时又费力的计算分析方法，在实际中又很少用到，或不适用。

而在实际中用的方法，在课堂上又很少讲授。

比如节点法，网孔法，在解决实际问题中就有很多缺陷，而不适用。

修正的节点法较为适用而又不讲授。

以往基于简单二端元件构成的电路模型，已不能适应端口十分复杂的集成电路和千变万化的声光电模块。

因此有必要对教学内容及份量进行调整。

2、随着计算机教学手段的飞速发展，过去在黑板上很难讲清楚的问题和那些书写量很大的问题，可以用计算机的方法来解决。

这样就可以大大扩展讲课视野，从而使学生共能够所闻有所见，所见有所得。

因此有必要对教学内容进行扩展。

3、与发达国家相比，我们存在着教师效率低，授课过细,计算量大,劳动强度大的问题。

为了解决这些问题，相应的课程内容及体系也应进行改革。

二、新的课程内容框架
1、现状
目前，我校电路分析可有两种结构，一种是针对信息通信与控制类专业，学时为六十四（不含实验）、一种是针对计算机类专业的，学时为四十八（不含实验）。

前者分为四部分内容：直流电路分析及重要定理、正弦稳态分析、动态分析、非线性分析。

后者分为三
个部分：即直流电路分析、正弦稳态分析、动态分析。

但这三个部分内容与前一种相比略有删改。

2、与相关课程的关系
(1)与《网络分析》课程的关系
初步设想将《网络分析》课程中的四端网络参数分析内容纳入《电路分析》中。

因为四端网络是多端网络的基础，是参数分析的基础。

将《网络分析》中关于工作参数滤波器部分移入《数字信号处理》IIR 滤波器内容之中，把传输线内容移入电磁场课程，有源，无源滤波器以及SC滤波器，均衡网络等内容另辟选修课，这样，就不再单独设立《网络分析》课程。

(2)与《电子电路》课程的关系
电路分析关注分析原理方法。

但这些知识的使用必须有器件模型的支持，所以在电路分析中应有二端元件模型，四端元件模型，这也包括了无源，有源模型，二端元件模型中仍以R、L、C为基础，但范围应扩展,比如,把可以用u、i 平面上过原点的曲线F(u,i)=0 表征的元件均称为阻性元件,类似的也有容性元件,感性元件。

在四端元件模型中，应包含各种受控源，变压器模型，及参数模型，这也包括运放模型在内。

电子元器件的内部结构如何影响它的外部特性是电子电路课的重要内容，不应是电路课的重要内容。

人们目前趋向于不关心内部结构而只关心外部特性，因为大量的毕业生是使用这些元器件而不是生产这些元器件。

但是如果不讲授内部结构和原理，就不可能对元器件特性有深刻理解。

另一方面，对元器件外部特性的描述上，两门课是不同的。

电子电路课的描述应是具体的、全面的，而电路课的描述则是抽象的、理想化的和只在一定范围内适用的。

比如电路课不把器件的噪声单独作为一个问题突出出来，它和其它电源处于同等地位。

而在电子电路课，这一问题是十分重要的。

由于数字电路模型尚未完全建立，尤其是大规模智能芯片，因此数字电路器件组成的复杂电路，仍由数字电路课解决。

(3)与《信号与系统》课程的关系
《信号与系统》主要讲述信号的时域频域数字域的变化及特征，以及系统的三域特性，，所以电路分析中应只涉及简单的频域概念即可。

3、调整后的框架结构
电路分析课分为两部分，每部分为四十学时，总学时为八十学时。

第一部分为电路分析基础，主要包括最基础的经典的电路理论及分析方法。

主要内容如下：
3.1基本概念和电阻电路分析
(一)要求深刻理解与熟练掌握的内容有
1、理想元件与电路模型概念,线性与非线性的概念。

2、电压、电流及其参考方向的概念。

3、电阻元件及欧姆定律,电压源、电流源和受控源的伏安关系及功率的计算。

4、基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电流定律。

5、等效与等效分析法的概念，实际电源的两种模型及其等效变换，二端网络的等效化简。

6、节点分析法和网孔分析法。

7、迭加定理、戴维南定理和最大功率传输定理及其应用。

（二）要求一般理解与掌握的内容有
１、时变与非时变的概念。

２、△←→Y互换。

３、割集分析法与回路分析法。

４、诺顿定理、互易定理及其应用。

５、简单非线性电阻电路(含一个非线性元件)的分析。

3.2 正弦稳态分析
（一）要求深刻理解与熟练掌握的内容有：
１、正弦电路的三角函数及波形图、频率、角频率、瞬时值、最大值、有效值、相位、相位差和初相位的概念。

２、正弦信号的向量、基尔霍夫定律的向量形式、元件伏安关系的向量形式。

３、阻抗与导纳的概念，会求无源二端网络的等效阻抗与导纳。

４、向量图表示法，参考正弦量的概念，会用向量图法分析串联电路或并联电路。

５、向量分析法及其步骤，会仿照电阻电路的各种分析方法分析正弦稳态电路。

６、二端网络的平均功率、无功功率、视在功率和功率因数的概念及计算，共轭匹配的概念。

７、互感、同名端、互感系数、耦合系数的概念，含电感电路的分析，理想变压器的伏安关系，阻抗变换作用，含理想变压器电路的分析方法。

８、 RLC串联电路的频率特性，串联谐振与并联谐振的概念，谐振频率、特性阻抗和品质因数、选频的概念。

（二）要求一般理解与掌握的内容：
１、提高功率因数的概念。

２、对称三相电路电压、电流和功率的计算。

3.3 动态电路分析
（一）要求深刻理解与熟练掌握的内容有：
１、电容元件、电感元件及其伏安关系。

２、电容元件及电感元件中贮能的计算，会运用换路定律确定初始状态。

３、时间常数的概念及计算。

４、一阶电路方程的建立，完全响应的两种分解形式，零输入响应与零状态响应，暂态响应与稳态响应。

5 、直流电源作用下一阶电路完全响应的三要素法。

6 、二阶电路方程的建立，固有频率的概念。

7 、二阶电路零输入响应的三种形式及其判别式。

（二）要求一般理解与掌握的内容有
1 、阶跃函数与阶跃响应、
2 、二阶电路在直流激励下的零状态响应。

该部分内容经严格推敲，一般不会轻易改变。

第二部分内容如下：
(1) 矩阵分析法
(2) 修正的节点分析法
(3) 双图分析法
(4) 稀疏矩阵
(5) 双口网络分析
(6) 非线性电路及分析方法
(7) 现代分析工具与相关计算技术
(8) 现代设计工具
四、教材
对应两部分内容教材也分为两册，一册为电路分析基础，第二册为电路分析方法（现代电路分析）。

教材的内容要自成体系。

第一部分的教材相对保持稳定，第二部分可以考虑两年更新一次。

五、实验问题
实验也分为两个部分，第一部分为基础实验，注意仪器使用，电路建立规范、实验技能。

第二部分注重方法，侧重于计算机分析，适当考虑自己构思的实验和综合类实验。

这一部分内容的调整正在进行之中。

六、结束语
鉴于目前计算机的飞速发展，因此，在实际中一般均使用计算机来分析、仿真，又由于电的知识更新越来越快，所以电路分析课程在内容上应注重扩展知识面，加强概念，适当减少计算，减少那些纯理论的模型、方法。

引导学生把注意力集中到基本概念、基本方法、新知识、新技术上来，对于高级的仿真软件及工具，不必涉及很深的算法及理论，注意应用即可。