電路基礎(chǔ)理論

第一章 電路的基本規(guī)律

1-1 電路和電路元件

電流流過(guò)的回路叫做電路，又稱導(dǎo)電回路。最簡(jiǎn)單的電路，是由電源、負(fù)載、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等元器件組成。電路導(dǎo)通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過(guò)。電路某一處斷開(kāi)叫做斷路或者開(kāi)路。如果電路中電源正負(fù)極間沒(méi)有負(fù)載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的。另有一種短路是指某個(gè)元件的兩端直接接通，此時(shí)電流從直接接通處流經(jīng)而不會(huì)經(jīng)過(guò)該元件，這種情況叫做該元件短路。開(kāi)路（或斷路）是允許的，而第一種短路決不允許，因?yàn)殡娫吹亩搪窌?huì)導(dǎo)致電源、用電器、電流表被燒壞。

電路（英語(yǔ)：Electrical circuit）或稱電子回路，是由電器設(shè)備和元器件, 按一定方式連接起來(lái)，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣回路，簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)或回路。如電源、電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管、IC和電鍵等，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)、硬件。負(fù)電荷可以在其中流動(dòng)。

1-2 無(wú)件中的電流、電壓和功率

1-3 無(wú)源二端元件

1-4 有源二端元件

1-5 基爾霍夫定律

基爾霍夫電路定律是集總電路的基本定律,它包括電流定律和電壓定律.

基爾霍夫電流定律(KCL)指出:在集總電路中,任何時(shí)刻,對(duì)任一節(jié)點(diǎn),所有流出節(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零.

代數(shù)和是根據(jù)流入還是流出節(jié)點(diǎn)判斷的.流出為 ,流入為-.對(duì)節(jié)點(diǎn),I1 I2 ... In=0.

基爾霍夫電壓定律(KVL)指出:在集總電路中,任何時(shí)刻,對(duì)任一回路,所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零.

上式計(jì)算是要指定一個(gè)回路繞行方向,支路電壓參考方向與回路繞行方向一致,取 .反之,取-.

U1 U2 ... Un=0

1-6 無(wú)源電路的等效變換

1-7 含獨(dú)立源電路的等效變換

習(xí)題

第二章 電阻電路分析

2-1 電路的圖和電路方程

2-2 支路分析法

2-3 回路分析法與網(wǎng)孔分析法相似，也可用(b-n 1)個(gè)獨(dú)立回路電流作變量，來(lái)建立回路方程。由于回路電流的選擇有較大靈活性，當(dāng)電路存在m個(gè)電流源時(shí)，假如能夠讓每個(gè)電流源支路只流過(guò)一個(gè)回路電流，就可利用電流源電流來(lái)確定該回路電流，從而可以少列寫(xiě)m個(gè)回路方程。網(wǎng)孔分析法只適用平面電路，回路分析是更普遍的分析方法。

網(wǎng)孔分析法是回路分析法的特殊情況，即所選回路恰好是電路的網(wǎng)孔

使用回路法時(shí)回路的選取是個(gè)難點(diǎn)，所選擇的回路必須是相互獨(dú)立的，就是說(shuō)用最少的回路數(shù)，能把每一條支路都包含在內(nèi)，這樣才能用最少的式子把所有的未知量包含在內(nèi)。

一個(gè)電路的網(wǎng)孔恰好就是一組相互獨(dú)立的回路，所以通常情況下我們都選用網(wǎng)孔來(lái)列回路電流方程。

選擇非網(wǎng)孔的回路來(lái)使用回路法也有它的應(yīng)用，比如某一處于兩個(gè)網(wǎng)孔中間的支路，情況較復(fù)雜或數(shù)據(jù)很難算，如果用網(wǎng)孔法可能要把這個(gè)支路使用兩遍，這時(shí)可以把其中一個(gè)網(wǎng)孔換成其它回路來(lái)避開(kāi)它。

2-4 節(jié)點(diǎn)分析法

電路分析中常用的方法之一。

節(jié)點(diǎn)分析法（node-analysis method）的基本指導(dǎo)思想是用未知的節(jié)點(diǎn)電壓代替未知的支路電壓來(lái)建立電路方程，以減少聯(lián)立方程的元數(shù)。節(jié)點(diǎn)電壓是指獨(dú)立節(jié)點(diǎn)對(duì)非獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的電壓。應(yīng)用基爾霍夫電流定律建立節(jié)點(diǎn)電流方程，然后用節(jié)點(diǎn)電壓去表示支路電流，最后求解節(jié)點(diǎn)電壓的方法叫節(jié)點(diǎn)分析法。

1、選定參考節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)③）和各支路電流的參考方向，

并對(duì)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)①和節(jié)點(diǎn)②）分別應(yīng)用基爾霍夫電流定律列出電流方程。

2、根據(jù)基爾霍夫電壓定律和歐姆定律，建立用節(jié)點(diǎn)電壓和已知的支路電阻來(lái)表

示支路電流的支路方程。

3、將支路方程和節(jié)點(diǎn)方程相結(jié)合，消去節(jié)點(diǎn)方程中的支路電流變量，代之以節(jié)點(diǎn)電壓變量，經(jīng)移項(xiàng)整理后，獲得以兩節(jié)點(diǎn)電壓為變量的節(jié)點(diǎn)方程。

節(jié)點(diǎn)方程的物理意義是：在各節(jié)點(diǎn)電壓共同作用下，由一個(gè)節(jié)點(diǎn)流出的電流的代數(shù)和，等于流入該節(jié)點(diǎn)的電流源電流的代數(shù)和

習(xí)題

第三章 電路的基本定理

3-1 疊加定理

疊加定理陳述為：由全部獨(dú)立電源在線性電阻電路中產(chǎn)生的任一電壓或電流，等于每一個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用所產(chǎn)生的相應(yīng)電壓或電流的代數(shù)和。

在線性電路中，任一支路的電流（或電壓）可以看成是電路中每一個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用于電路時(shí)，在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和（疊加）。

線性電路的這種疊加性稱為疊加定理。

也就是說(shuō)，只要電路存在惟一解，線性電阻電路中的任一結(jié)點(diǎn)電壓、支路電壓或支路電流均可表示為以下形式：

y=H1us1 H2us2 …Hmusm K1is1 K2is2 … Knisn

式中uSk(k=1,2,…,m)表示電路中獨(dú)立電壓源的電壓；

iSk(k=1,2,…,n)表示電路中獨(dú)立電流源的電流。

Hk(k=1,2,…,m)和Kk(k=1,2,…,n)是常量，它們?nèi)Q于電路的參數(shù)和輸出變量的選擇，而與獨(dú)立電源無(wú)關(guān)

看成是電路中每一個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用于電路時(shí),其它理想電流源當(dāng)做斷路,其它理想電壓源當(dāng)做通路。各個(gè)電源作用效果的疊加，就為該電路的實(shí)際狀態(tài)。

3-2 替代定理

3-3 互易定理

3-4 戴維南定理和諾頓定理

諾頓定理與戴維南定理互為對(duì)偶的定理。定理指出，一個(gè)含有獨(dú)立電源線性二端網(wǎng)絡(luò)N(圖1a), 就其外部狀態(tài)而言,可以用一個(gè)獨(dú)立電流源isc和一個(gè)松弛二端網(wǎng)絡(luò)N0的并聯(lián)組合來(lái)等效(圖1b)。其中，isc是網(wǎng)絡(luò)N的短路電流，松弛網(wǎng)絡(luò)N0是將網(wǎng)絡(luò) N中的全部獨(dú)立電源和所有動(dòng)態(tài)元件上的初始條件置零后得到的網(wǎng)絡(luò)。上述并聯(lián)組合稱為諾頓等效網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)頻域中等效網(wǎng)絡(luò)由電流源Isc和算子阻抗Yi(s)并聯(lián)而成（圖2）。Isc(s)是短路電流的拉普拉斯變換，Yi(s)是松弛網(wǎng)絡(luò)N0的入端（策動(dòng)點(diǎn)）導(dǎo)納。另外，還能導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)N用于正弦穩(wěn)態(tài)分析和直流分板的等效網(wǎng)絡(luò)。

求等效電路的關(guān)鍵是求出網(wǎng)絡(luò)N的短路電流和網(wǎng)絡(luò)N0的入端（策動(dòng)點(diǎn)）導(dǎo)納。它們均可通過(guò)電子計(jì)算機(jī)求得。

isc稱為短路電流。Ro稱為諾頓電阻，也稱為輸入電阻或輸出電阻。電流源isc和電阻Ro的并聯(lián)單口，稱為單口網(wǎng)絡(luò)的諾頓等效電路。在端口電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，單口的VCR方程可表示為i=u/Ro isc

3-5 對(duì)偶原理

3-6 功率守恒定理

習(xí)題

第四章 含受控源與運(yùn)算放大器的電路

4-1 理想受控電源

4-2 含受控源電路的一般解法

4-3 電路方程解的存在與唯一性

4-4 線性電路定理的應(yīng)用

4-5 運(yùn)算放大器及其電路模型

4-6 含理想運(yùn)算放大器的電路分析

第五章 正弦電流電路的穩(wěn)態(tài)分析

5-1 正弦交流電的基本概念

5-2 電阻、電容及電感中的正弦電流

5-3 正弦量的相量表示法

5-4 復(fù)阻抗、復(fù)導(dǎo)納及其等效轉(zhuǎn)換

5-5 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析計(jì)算

5-6 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率

5-7 諧振電路

5-8 含互感的電路

5-9 理想變壓器

習(xí)題

第六章 三相電路

6-1 三相電源和三相電路

6-2 對(duì)稱三相電路

6-3 三相電路的功率

6-4 對(duì)稱三相電路的計(jì)算

6-5 不對(duì)稱三相電路的計(jì)算

習(xí)題

第七章 非正弦周期電流電路

7-1 非正弦周期電流

7-2 有效值、平均值與平均功率

7-3 非正弦周期電流電路的計(jì)算

7-4 濾波和濾波器

7-5 對(duì)稱三相電路中的高次諧波

習(xí)題

第八章 線性電路動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)域分析

第九章 線性電路動(dòng)態(tài)過(guò)程的復(fù)頻域分析

第十章 非線性電路

習(xí)題答案

參考書(shū)目 2100433B

上冊(cè)經(jīng)過(guò)修訂，包括：電路的基本規(guī)律；電阻電路分析；電路的基本定理；含受控源與運(yùn)算放大器的電路；正弦電流電路的穩(wěn)態(tài)分析；三相電路；非正弦周期電流電路；線性電路動(dòng)態(tài)過(guò)程的時(shí)域分析，線性電路動(dòng)態(tài)過(guò)程的復(fù)頻域分析；非線性電路。下冊(cè)共九章，內(nèi)容是：網(wǎng)絡(luò)圖論和網(wǎng)絡(luò)方程；二端口網(wǎng)絡(luò)；狀態(tài)變量法；網(wǎng)絡(luò)函數(shù)和固有頻率；網(wǎng)絡(luò)綜合；信號(hào)頻譜；離散時(shí)間電路；均勻傳輸線的正弦穩(wěn)態(tài)和均勻傳輸線的暫態(tài)。各章均配有例題和習(xí)題，書(shū)末附習(xí)題答案和參考書(shū)目。

《電路基礎(chǔ)理論(上)(修訂本)》可作為大學(xué)本科電類專業(yè)電路理論課程教材，上、下冊(cè)可單獨(dú)設(shè)課，亦可作為工程技術(shù)人員繼續(xù)教育的教材或參考書(shū)。

• 配套教材

《電路基礎(chǔ)理論》的配套教材是《電路基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)指導(dǎo)書(shū)》。

• 課程資源

《電路基礎(chǔ)理論》配備了教師資源的電子教案 、四個(gè)附錄資源。

電路基礎(chǔ)理論編寫(xiě)情況

該教材是在遵循教育部高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)制定的“電路理論基礎(chǔ)”課程教學(xué)基本要求和“電路分析基礎(chǔ)”課程教學(xué)基本要求的基礎(chǔ)由天津大學(xué)電工原理教研室編寫(xiě)而成。

參與編寫(xiě)工作的有：錢(qián)巨璽（第一、二、三章）；姜常珍（第七、十二章及附錄B）；周樹(shù)棠（第五章）；宋學(xué)軍（第九章）；余曉丹（第八、十、十一章及附錄A）；李桂丹（第四、六、十三章及附錄C、附錄D）。由孫雨耕教授審定、修改、補(bǔ)充和定稿；余曉丹和李桂丹協(xié)助修改完善工作；劉麗萍、楊挺、李造利、張強(qiáng)對(duì)部分章節(jié)提出修改意見(jiàn)或進(jìn)行圖文編輯等輔助工作；天津大學(xué)電工原理教研室楊山教授、劉美輪教授以及劉建猷、李文中、張榮華等教師為該教材的編寫(xiě)提供了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；浙江大學(xué)倪光正教授和上海交通大學(xué)陳洪亮教授對(duì)該教材的編寫(xiě)進(jìn)行了審閱并提出了意見(jiàn)和建議。

電路基礎(chǔ)理論出版工作

2011年5月，《電路基礎(chǔ)理論》由高等教育出版社出版。

• 課程資源

《電路基礎(chǔ)理論（第2版）》配有Abook數(shù)字課程，該課程包括電子教案、課后習(xí)題答案等 。

• 二維碼資源

《電路基礎(chǔ)理論（第2版）》提供有附錄A的電子資源 。