本书是一本关于电路基础知识与基本技能的实训教材。
本书共6章,分别为电路的基础知识和基本测量、电路的基本分析方法、动态电路的时域分析、正弦交流电路、三相正弦交流电路和电路的频率响应。各章内容均以实例为引导,系统介绍了电路的基本概念、基本定理和基本分析方法。为了加强教学适用性和工程应用性,书中融入了电路的基本测量方法、万用表的使用、电子电气元器件的测量等知识,并设计了操作性较强的技能训练。此外,本书为了加强和巩固所学理论知识和技能实训内容,还配有丰富的例题、练习与思考及测试题。
本书不仅可作为高职高专电子、通信、计算机类专业电路基础课程的教材,也可作为相关工程技术人员的参考书。
为了适应高等职业教育的发展要求,更好地将工程教育理念融入教学中,我们结合通信、电子、信息、计算机类专业对电路课程的需求,以及高职学生的实际情况,本着“准确定位、注重能力、理实结合、通俗易懂”的原则编写了本书。“电路基础”是一门重要的专业基础课程,本书以基本概念、基本知识和基本分析方法为主线,以马克思主义的立场、观点和方法指导学生发现问题、分析问题和解决问题,引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观;强调理论对实践的指导意义,以此提高运用理论知识解决和分析实际问题的能力,并在实践中引导学生增强法律意识、诚信意识、工匠意识和协作意识,为后续课程的学习以及从事相关专业技术工作奠定基础。
本书在编写过程中,着重考虑了高等职业院校的教学特点,努力做到以下几点:
(1) 突出针对性。根据高职学生未来工作岗位的特点和需求,本书在教学内容选取方面不追求全面、系统,以满足后续课程的基本需求为目的;理论分析以“实用、够用、会用”为原则,注重物理概念的理解。
(2) 注重应用性。本书主要章节均以“观察与思考”的形式引入实例,通过实例提出问题,讲解必备的理论知识;理论分析注重定性分析,弱化定量分析,从而简化了数学推导,有效降低了学生的学习难度,更便于自学。
(3) 强调实践性。为加强实践技能培养,每章均安排了一定数量的技能训练,以培养学生的实践操作能力。在教学组织上,可以按“理实一体化”的形式进行,使理论教学与实践教学融为一体。
(4) 增加灵活性。为更加方便地组织教学活动,本书采用“技术与应用”“知识拓展”等形式介绍了部分实用的技能和知识以及部分进阶的理论分析方法,不仅体现了理论对实践的指导意义,而且能够使学生联系实际、拓展思维、提高学习兴趣。
(5) 增强实用性。为方便学生的学习和实践,本书采用不同的方式介绍了万用表的基本使用方法、电子元器件型号的命名方法、手工焊接技术等内容。本书在每节之后都附有练习与思考,每章之后附有测试题。练习与思考及测试题紧扣学习要求,测试题的类型与考试题相似,以帮助学生掌握试题的基本分析方法。
本书部分内容可以根据专业需要、后续课程的要求以及教学课时数进行调整,选择使用(本书中标注“*”的内容可根据需要选择学习)。本书授课学时数建议为54~90学时,其中理论教学与实训教学的比例建议为2∶1。本书涉及的实训项目应尽量创造条件完成,以便能系统地训练实际动手能力。在实验条件许可的情况下,可增加一些实训内容,逐步提高实训教学的比例。由于场地、设备、器材等原因不能完成实训项目时,可以利用演示的方式或借助仿真软件通过模拟实验的方式完成。
本书由胡方担任主编,朱琛、胡鹏飞担任副主编。其中,第1章由朱琛编写,第4章由胡鹏飞编写,第2、5章由汪文浩编写,第3章和附录由董刚编写,第6章由胡方编写。全书由胡方制定编写大纲,并统稿。吴克玲副教授担任主审,为本书的编写给予了全程指导,提出了宝贵的修改意见和建议,在此表示衷心感谢。
本书参考了部分著作的一些相关内容,在此表示衷心感谢。
尽管我们做出了努力,但由于对职业教育的特点和规律认知不足,编者的水平与经验有限,书中的缺点在所难免,恳请读者批评指正。编者Email:hf6584@163.com。
编 者
2023年4月
第1章 电路的基础知识和基本测量 1
1.1 电路和电路模型 1
1.1.1 电路的作用与组成 1
1.1.2 电路图与电路模型 2
练习与思考 4
1.2 电路的基本物理量 4
1.2.1 电流 5
1.2.2 电压与电位 7
1.2.3 电功率与电能 14
练习与思考 16
1.3 电阻器和欧姆定律 17
1.3.1 电阻器 18
1.3.2 欧姆定律 23
练习与思考 24
1.4 理想电源和受控电源 25
1.4.1 理想电压源 25
1.4.2 理想电流源 26
1.4.3 受控电源 27
练习与思考 28
1.5 基尔霍夫定律及其应用 29
1.5.1 描述电路的几个名词 29
1.5.2 基尔霍夫电流定律 30
1.5.3 基尔霍夫电压定律 31
练习与思考 33
1.6 技能训练 33
1.6.1 用万用表测量直流电流和直流电压 33
1.6.2 探究电压、电流和电阻之间的关系 35
1.6.3 基尔霍夫定律的验证 37
本章小结 38
测试题(1) 40
第2章 电路的基本分析方法 44
2.1 电路的等效变换 44
2.1.1 等效变换的概念 44
2.1.2 电阻的串联与并联 45
2.1.3 理想电源的等效变换 51
2.1.4 实际电源模型及其等效变换 53
练习与思考 56
2.2 叠加定理 57
2.2.1 叠加定理概述 57
2.2.2 叠加定理的应用 59
练习与思考 61
2.3 戴维南定理 62
2.3.1 戴维南定理概述 62
2.3.2 戴维南定理的应用 63
练习与思考 66
2.4 最大功率传输定理 66
练习与思考 69
*2.5 线性电路的一般分析方法 69
2.5.1 支路电流法 69
2.5.2 回路电流法 71
2.5.3 节点电位法 73
练习与思考 74
2.6 技能训练 75
2.6.1 叠加定理验证 75
2.6.2 戴维南等效电路参数的测定 77
本章小结 80
测试题(2) 81
第3章 动态电路的时域分析 86
3.1 概述 86
3.2 电容器 87
3.2.1 电容器的基本概念 87
3.2.2 电容器的伏安特性 89
3.2.3 电容器的主要参数 90
3.2.4 电容器的检测 92
3.2.5 电容器的串联与并联 93
练习与思考 97
3.3 电感器 98
3.3.1 电感器的基本概念 98
3.3.2 电感器的伏安特性 99
3.3.3 电感器的主要参数 100
3.3.4 电感器的检测 102
3.3.5 电感器的串联与并联 102
练习与思考 104
3.4 线性电路的暂态过程 104
3.4.1 换路定律 105
3.4.2 RC电路充放电过程 105
3.4.3 RL电路充放电过程 108
练习与思考 111
3.5 技能训练 111
3.5.1 电容和电感的检测 111
3.5.2 RC电路充放电的观测 113
本章小结 115
测试题(3) 117
第4章 正弦交流电路 120
4.1 正弦交流电的基本概念 120
4.1.1 正弦量的三要素 120
4.1.2 正弦量的有效值 123
4.1.3 同频率正弦量的相位差 124
练习与思考 126
4.2 正弦量的相量表示法及运算 127
*4.2.1 复数及其运算 127
4.2.2 正弦量的相量表示 130
4.2.3 基尔霍夫定律的相量形式 132
练习与思考 133
4.3 单一元件的正弦交流电路 134
4.3.1 纯电阻交流电路 134
4.3.2 纯电感交流电路 137
4.3.3 纯电容交流电路 140
4.3.4 三种基本元件交流特性的对比 144
练习与思考 144
4.4 阻抗与导纳 145
4.4.1 阻抗与导纳的定义 145
4.4.2 RLC串联电路及阻抗 148
4.4.3 RLC并联电路及导纳 151
练习与思考 155
*4.5 正弦交流电路的功率 156
4.5.1 单口网络的功率 156
4.5.2 感性负载功率因数的提高 159
4.5.3 交流电路功率测量 160
4.5.4 电能的测量 161
练习与思考 161
4.6 变压器 162
练习与思考 166
4.7 技能训练 167
4.7.1 正弦交流电的测量 167
4.7.2 感抗和容抗的测量 169
4.7.3 阻抗的测量 173
4.7.4 小信号交流功率的测量 175
本章小结 177
测试题(4) 179
第5章 三相正弦交流电路 184
5.1 三相交流电的基本概念 184
5.1.1 三相正弦交流电 184
5.1.2 三相电源的连接 187
练习与思考 189
5.2 对称三相负载的连接 189
5.2.1 三相负载的星形连接 190
5.2.2 三相负载的三角形连接 193
*5.2.3 对称三相电路的功率 195
练习与思考 197
5.3 室内照明电路的安装 197
5.3.1 电能表的安装 197
5.3.2 空气开关的安装 200
5.3.3 漏电保护器的安装 201
5.3.4 照明设备的安装与接线 202
练习与思考 204
5.4 技能训练 205
5.4.1 模拟安装家庭照明电路 205
5.4.2 安装三相照明电路 207
本章小结 210
测试题(5) 211
第6章 电路的频率响应 213
6.1 概述 213
6.2 RC与RL滤波电路 214
6.2.1 RC滤波电路 215
*6.2.2 RL滤波电路 219
练习与思考 220
6.3 串联谐振电路 221
6.3.1 串联谐振频率和谐振电阻 222
6.3.2 串联谐振电路的特点 223
6.3.3 串联谐振电路的频率响应 224
练习与思考 227
6.4 并联谐振电路 227
6.4.1 并联谐振频率和谐振电阻 227
6.4.2 并联谐振电路的特点 229
6.4.3 并联谐振电路的频率响应 231
练习与思考 233
6.5 无源滤波器 233
6.5.1 RC带通滤波电路 234
6.5.2 RLC带阻滤波电路 237
练习与思考 239
6.6 技能训练 239
6.6.1 RC滤波电路幅频特性的测量 239
6.6.2 串联谐振电路频率特性的测量 241
6.6.3 并联谐振电路频率特性的测量 243
本章小结 244
测试题(6) 245
附录 电子元件的手工焊接技术 248
参考文献 256