電路簡明教程

《電路簡明教程》

前言

第1章 電路的基本概念與基本定律 1

1.1 電路模型 1

電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導線連接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接就構(gòu)成不同特性的電路。

電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應當用不同的電路模型模擬同一實際電路。

這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。

1.2 電路的基本物理量 3

1.2.1 電流(強度) 3

1.2.2 電壓 4

1.2.3 功率 5

1.3 電阻元件及歐姆定律 6

1.3.1 電阻元件的一般定義和分類 6

1.3.2 線性電阻元件與歐姆定律 7

1.4 獨立電源 8

1.4.1 理想電壓源 8

1.4.2 理想電流源 10

1.5 受控電源 10

1.6 基爾霍夫定律 12

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,任何時刻,對任一節(jié)點,所有流出節(jié)點的支路電流的代數(shù)和恒等于零.

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

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

上式計算是要指定一個回路繞行方向,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

1.6.1 基爾霍夫電流定律(kcl定律) 13

1.6.2 基爾霍夫電壓定律(kvl定律) 15

1.7 運算放大器 17

1.7.1 實際運放的簡介 17

.1.7.2 理想運算放大器 19

1.7.3 含理想運放電路的分析 19

章節(jié)回顧 20

習題 22

第2章 電阻電路的等效變換 28

2.1 電路等效的概念 28

2.2 電阻的串聯(lián)和并聯(lián) 29

2.2.1 電阻的串聯(lián) 29

2.2.2 電阻的并聯(lián) 30

2.3 理想電源的等效 31

2.3.1 電壓源的串聯(lián) 31

2.3.2 電流源的并聯(lián) 31

2.4 實際電源的模型及其等效變換 32

2.4.1 實際電壓源模型 32

2.4.2 實際電流源模型 33

2.4.3 實際電壓源模型與實際電流源模型的等效變換 33

2.5 電阻y形電路與 形電路的等效變換 37

2.5.1 概念 37

2.5.2 等效條件 38

2.5.3 等效關系式 38

2.6 輸入電阻 43

2.6.1 ri的概念 43

2.6.2 ri的求法 44

章節(jié)回顧 47

習題 49

第3章 電阻電路的一般分析方法 56

3.1 電路的圖 56

3.1.1 圖的概念 56

3.1.2 kcl和kvl方程的獨立方程個數(shù) 58

3.2 支路電流法 61

3.3 網(wǎng)孔電流法 64

3.3.1 網(wǎng)孔電流的概念 64

3.3.2 網(wǎng)孔電流方程獨立性討論 65

3.3.3 網(wǎng)孔電流方程的一般形式 65

3.3.4 網(wǎng)孔法步驟 66

3.4 回路電流法 67

3.4.1 回路電流的概念 67

3.4.2 關于回路電流方程獨立性的討論 67

3.4.3 回路電流方程的一般形式 68

3.5 節(jié)點電壓法 71

3.5.1 節(jié)點電壓的概念 71

3.5.2 n 1個節(jié)點電壓方程獨立性討論 72

3.5.3 節(jié)點電壓方程的一般形式 72

章節(jié)回顧 77

習題 79

第4章 電路定理 86

4.1 疊加定理 86

4.1.1 齊次性 86

4.1.2 疊加定理 87

4.2 替代定理 92

4.3 等效電源定理——戴維寧定理和諾頓定理 95

4.3.1 戴維寧定理 96

4.3.2 諾頓定理 100

諾頓定理與戴維南定理互為對偶的定理。定理指出，一個含有獨立電源線性二端網(wǎng)絡N(圖1a), 就其外部狀態(tài)而言,可以用一個獨立電流源isc和一個松弛二端網(wǎng)絡N0的并聯(lián)組合來等效(圖1b)。其中，isc是網(wǎng)絡N的短路電流，松弛網(wǎng)絡N0是將網(wǎng)絡 N中的全部獨立電源和所有動態(tài)元件上的初始條件置零后得到的網(wǎng)絡。上述并聯(lián)組合稱為諾頓等效網(wǎng)絡。在復頻域中等效網(wǎng)絡由電流源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N0的入端（策動點）導納。另外，還能導出網(wǎng)絡N用于正弦穩(wěn)態(tài)分析和直流分板的等效網(wǎng)絡。

求等效電路的關鍵是求出網(wǎng)絡N的短路電流和網(wǎng)絡N0的入端（策動點）導納。它們均可通過電子計算機求得。

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)絡的諾頓等效電路。在端口電壓電流采用關聯(lián)參考方向時，單口的VCR方程可表示為i=u/Ro isc

4.4 最大功率傳輸定理 102

﹡4.5 特勒根定理 105

﹡4.6 互易定理 107

4.6.1 互易定理的第一種形式 107

4.6.2 互易定理的第二種形式 109

4.6.3 互易定理的第三種形式 109

﹡4.7 對偶原理 110

章節(jié)回顧 112

習題 113

第5章 一階電路時域分析 122

5.1 動態(tài)元件 122

5.1.1 電容元件 122

5.1.2 電感元件 125

5.2 動態(tài)電路的方程及其初始條件 127

5.2.1 動態(tài)電路 127

5.2.2 動態(tài)電路的初始條件 127

5.3 一階電路的零輸入響應 130

5.4 一階電路的零狀態(tài)響應 133

5.5 一階電路的全響應 137

5.5.1 直流電源激勵下的全響應 137

5.5.2 全響應的分解 138

5.5.3 一階動態(tài)電路的正弦穩(wěn)態(tài)響應 139

5.5.4 三要素法 140

5.6 一階電路的階躍響應與沖激響應 144

5.6.1 階躍函數(shù) 144

5.6.2 單位階躍響應 147

5.6.3 沖激函數(shù) 148

5.6.4 沖激響應 152

章節(jié)回顧 154

習題 155

第6章 二階電路時域分析 161

6.1 二階電路的零輸入響應 161

6.2 二階電路的零狀態(tài)響應、全響應 171

6.2.1 rlc串聯(lián)電路的零狀態(tài)響應 171

6.2.2 rlc并聯(lián)電路的零狀態(tài)響應 173

6.2.3 二階電路的全響應 174

6.3 二階電路的階躍響應與沖激響應 175

6.3.1 二階電路的階躍響應 175

6.3.2 二階電路的沖激響應 176

章節(jié)回顧 178

習題 178

第7章 正弦穩(wěn)態(tài)分析 182

7.1 正弦量 182

7.1.1 變化的快慢 ——t、f、ω183

7.1.2 變化的起始位置——ψ 184

7.1.3 有效值 185

7.2 復數(shù) 187

7.2.1 復數(shù)的形式 187

7.2.2 復數(shù)的運算 188

7.3 相量表示法 191

7.4 相量法基礎 195

7.4.1 相量法步驟 195

7.4.2 基本相量運算 195

7.5 基爾霍夫定律的相量形式 200

7.5.1 kcl定律的相量形式 201

7.5.2 kvl定律的相量形式 201

7.6 電阻、電感、電容的vcr相量形式 203

7.6.1 電阻元件 203

7.6.2 電感元件 204

7.6.3 電容元件 205

7.7 阻抗與導納 208

7.7.1 單一元件r、l、c的阻抗 209

7.7.2 rlc串聯(lián)電路的阻抗 210

7.7.3 rlc并聯(lián)電路 212

7.7.4 z與y關系 214

7.7.5 一般形式 215

7.7.6 阻抗導納的串并聯(lián) 217

7.7.7 電路的相量圖 219

7.8 正弦交流電路的相量分析法 227

7.9 正弦交流電路的功率 231

7.9.1 瞬時功率 232

7.9.2 有功功率(平均功率)p 233

7.9.3 無功功率q 234

7.9.4 視在功率 236

7.9.5 功率因數(shù) 237

7.10 復功率 238

7.11 最大功率傳輸 242

章節(jié)回顧 245

習題 249

第8章 電路的頻率響應 256

8.1 網(wǎng)絡函數(shù) 256

8.2 電路的頻率響應 259

8.2.1 一階電路的頻率響應 261

8.2.2 二階電路的頻率響應 264

8.3 諧振電路 278

8.3.1 rlc串聯(lián)諧振電路 278

8.3.2 rlc并聯(lián)諧振電路 281

章節(jié)回顧 288

習題 290

第9章 三相正弦交流電路 295

9.1 三相對稱電源 295

9.1.1 三相對稱電源 295

9.1.2 三相電源的連接 297

9.2 負載的星形連接 298

9.2.1 有中線情況 299

9.2.2 無中線情況 301

9.3 負載的三角形連接 305

9.4 三相交流電路的功率 307

9.4.1 瞬時功率 307

9.4.2 有功功率(平均功率) 307

9.4.3 無功功率 309

9.4.4 視在功率 310

9.4.5 復功率 310

章節(jié)回顧 312

習題 314

第10章 含耦合電感的電路分析 318

10.1 耦合電感元件 318

10.1.1 互感現(xiàn)象 318

10.1.2 耦合電感的電壓電流關系 320

10.2 含耦合電感電路的分析 325

10.2.1 耦合電感的串聯(lián) 326

10.2.2 耦合電感的并聯(lián) 327

10.2.3 含耦合電感電路的基本計算方法 329

10.2.4 耦合電感的去耦t形等效電路 331

10.3 耦合電感的功率 333

10.3.1 串聯(lián)耦合電感的復功率 333

10.3.2 并聯(lián)耦合電感的復功率 335

10.4 理想變壓器 337

10.4.1 理想變壓器的電壓、電流關系 337

10.4.2 理想變壓器的阻抗變換作用 339

章節(jié)回顧 342

習題 3432100433B

《電路簡明教程》根據(jù)教育部修訂的《高等工業(yè)學校電路分析基礎基本要求》，并結(jié)合有關院校新的本科教學培養(yǎng)方案中教學計劃時數(shù)編寫。

《電路簡明教程》共10章，主要內(nèi)容包括：電路的基本概念和基本定律、電阻電路的等效變換、電阻電路的一般分析方法、電路定律、一階電路時域分析、二階電路時域分析、正弦穩(wěn)態(tài)分析、電路的頻率響應、三相正弦交流電路、含耦合電感的電路分析等。

《電路簡明教程》以“簡”、“明”貫穿始終，側(cè)重于基本概念、原理和分析方法，重、難點突出，分析方法恰當，內(nèi)容由淺入深，步驟詳盡，表述簡明扼要；章前有導讀、重難點提示，章后有章節(jié)回顧；配以大量例題、習題，便于加深理解、鞏固知識點。

《電路簡明教程》可作為全日制高等學校工科電子信息工程、通信工程、電子科學與技術(shù)、計算機科學與技術(shù)、自動化、電氣工程等專業(yè)本科生“電路”、“電路分析”、“電路分析基礎”或“電工原理”等課程的教材，也可供有關工程技術(shù)人員及有興趣的讀者自學使用。

《電路基礎簡明教程》是“十五”國家級規(guī)劃教材，它是一套立體化的教材，由紙質(zhì)主教材《電路基礎簡明教程》和紙質(zhì)輔助教材《電路基礎簡明教程學習指導》以及《電路基礎簡明教程計算機輔助教學系統(tǒng)》光盤組成。適合于電子、通信與信息類專業(yè)的高職高專學生使用，也可供應用型本科學生參考使用。

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紙質(zhì)輔助教材《電路基礎簡明教程學習指導》的內(nèi)容由主教材全部習題的詳細解答和有關復習資料兩部分組成。幫助學生解決在學習和解算習題中存在的某些問題。

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蔡元宇教授詳細地閱讀了紙質(zhì)主教材《電路基礎簡明教程》和紙質(zhì)輔助教材《電路基礎簡明教程學習指導》，提出了寶貴的意見，在此表示衷心的感謝。

編寫電路課程的立體化教材是一個新的事物，不妥和錯誤之處在所難免，歡迎讀者提出寶貴意見。

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《電路基礎簡明教程（高職高專教育）》是普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材，它是一體化設計的立體教材，由紙質(zhì)主教材《電路基礎簡明教程》，紙質(zhì)輔助教材《電路基礎簡明教程學習指導》和電子教材《電路基礎簡明教程計算機輔助教學系統(tǒng)》等組成，豐富的教學資源為應用現(xiàn)代信息技術(shù)進行電路基礎課程教學提供全方位的支持。紙質(zhì)主教材《電路基礎簡明教程》的內(nèi)容由電路的基本概念和定律，簡單電阻電路分析，網(wǎng)孔分析法和結(jié)點分析法，網(wǎng)絡定理，多端元件和雙口網(wǎng)絡，動態(tài)電路的時域分析，正弦穩(wěn)態(tài)分析，正弦穩(wěn)態(tài)的功率及三相電路，網(wǎng)絡函數(shù)和頻率特性，含耦合電感的電路分析共十章組成。紙質(zhì)輔助教材《電路基礎簡明教程學習指導》的內(nèi)容由全書的習題解答和復習資料組成。電子教材《電路基礎簡明教程計算機輔助教學系統(tǒng)》由《電路基礎簡明教程電子教案》，《電路分析重難點演示系統(tǒng)》，《電路分析解答系統(tǒng)》和《電路分析教學實驗演示系統(tǒng)》等組成。

本書包括電路的基本概念和定律，簡單電阻電路分析，網(wǎng)絡定理，多端元件和雙口網(wǎng)絡，動態(tài)電路的時域分析，正弦穩(wěn)態(tài)分析等十章內(nèi)容。

本立體化教材供高職高專電子信息、通信等專業(yè)學生使用，也可供其他學生參考使用。

《簡明電路基礎教程》內(nèi)容包括：電路的基本規(guī)律、電阻電路分析、電路的基本定理、正弦交流電路和相量法、諧振與互感電路、三相交流電路、非正弦交流電路、動態(tài)電路的時域分析、動態(tài)電路的復頻域分析、二端口網(wǎng)絡等?！逗喢麟娐坊A教程》特點：要點突出，概念清晰，說明細致透徹。并將要點內(nèi)容提綱挈領，用黑體字標出。力求使教師好教，學生好學。注意正文、例題、習題及小結(jié)之間的分工和配合，以達到強化概念的目的?？紤]到專業(yè)和課時的需要，有的章、節(jié)增加了“*”號標記，由教師決定增減。

《簡明電路基礎教程》還配套了相應的電子教案、習題參考答案等，以方便廣大教師和學生選用。