電路與電路仿真分析

前言

電路仿真軟件tina pro中的標(biāo)示符號(hào)

第1章　電路的基本概念和基本定律

1.1電路和電路模型

電路diànlù，electric circuit 專指：由金屬導(dǎo)線和電氣以及電子部件組成的導(dǎo)電回路，稱其為電路。直流電通過(guò)的電路稱為“直流電路”;交流電通過(guò)的電路稱為“交流電路”。

電路是電流所流經(jīng)的路徑。

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)。負(fù)電荷可以在其中流動(dòng)。

電路規(guī)模的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成電路，大到高低壓輸電網(wǎng)。

根據(jù)所處理信號(hào)的不同，電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。

電路（英語(yǔ)：Electrical circuit）或稱電子回路，是由電氣設(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電流、電壓及其參考方向

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。

1.3電功率

物理學(xué)名詞，電流在單位時(shí)間內(nèi)做的功叫做電功率。是用來(lái)表示消耗電能的快慢的物理量，用P表示，它的單位是瓦特（Watt），簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是W。功率單位　電功率(簡(jiǎn)稱功率)所表示的物理意義是電路元件或設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)吸收或發(fā)出的電能。兩端電壓為U、通過(guò)電流為I的任意二端元件(可推廣到一般二端網(wǎng)絡(luò))的功率大小為P = UI功率的國(guó)際單位制單位為瓦特(W)，常用的單位還有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它們與W的換算關(guān)系是：1W= 1000 mW；1kw=1000W

吸收或發(fā)出：一個(gè)電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負(fù)載，負(fù)載將電能轉(zhuǎn)換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發(fā)出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。習(xí)慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫(xiě)成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫(xiě)成負(fù)數(shù)，而儲(chǔ)能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發(fā)出功率，即其功率P = 0。通常所說(shuō)的功率P又叫做有功功率或平均功率。

1.4電阻元件與歐姆定律

在同一電路中，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻阻值成反比，這就是歐姆定律，基本公式是I=U/R。歐姆定律由喬治·西蒙·歐姆提出，為了紀(jì)念他對(duì)電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，物理學(xué)界將電阻的單位命名為歐姆，以符號(hào)Ω表示。

由歐姆定律I=U/R的推導(dǎo)式R=U/I或U=IR不能說(shuō)導(dǎo)體的電阻與其兩端的電壓成正比，與通過(guò)其的電流成反比，因?yàn)閷?dǎo)體的電阻是它本身的一種屬性，取決于導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積、材料和溫度、濕度（初二階段不涉及濕度），即使它兩端沒(méi)有電壓，沒(méi)有電流通過(guò)，它的阻值也是一個(gè)定值。（這個(gè)定值在一般情況下，可以看做是不變的，但是對(duì)于光敏電阻和熱敏電阻來(lái)說(shuō)，電阻值是不定的。對(duì)于有些導(dǎo)體來(lái)講，在很低的溫度時(shí)存在超導(dǎo)的現(xiàn)象，這些都會(huì)影響電阻的阻值。）

導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。（表達(dá)式：I=U:R)

1.5獨(dú)立電源

1.6受控源

受控源又稱為非獨(dú)立源。一般來(lái)說(shuō)，一條支路的電壓或電流受本支路以外的其它因素控制時(shí)統(tǒng)稱為受控源。受控源由兩條支路組成，其第一條支路是控制支路，呈開(kāi)路或短路狀態(tài)；第二條支路是受控支路，它是一個(gè)電壓源或電流源，其電壓或電流的量值受第一條支路電壓或電流的控制。受控源可以分成四種類型。

電壓或電流受電路中其它部分的電壓或電流控制的電壓源或電流源，稱為受控源。

受控源是一種四端元件，它含有兩條支路，一條是控制支路，另一條是受控支路。受控支路為一個(gè)電壓源或?yàn)橐粋€(gè)電流源，它的輸出電壓或輸出電流（稱為受控量），受另外一條支路的電壓或電流（稱為控制量）的控制，該電壓源，電流源分別稱為受控電壓源和受控電流源，統(tǒng)稱為受控源。

1.7基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫提出的?；鶢柣舴蚨墒请娐防碚撝凶罨疽彩亲钪匾亩芍?。它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規(guī)律。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。

練習(xí)題1

模擬自測(cè)題1

模擬自測(cè)題1答案

第2章　電路的等效變換

2.1單口網(wǎng)絡(luò)等效變換的概念

2.2電阻串、并聯(lián)電路的等效電路

電阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理學(xué)中表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性。電阻將會(huì)導(dǎo)致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然

2.3電壓源串聯(lián)和電流源并聯(lián)的等效變換

2.4實(shí)際電源的兩種模型之間的等效變換

練習(xí)題2

模擬自測(cè)題2

模擬自測(cè)題2(部分)答案

第3章　電路的一般分析方法和基本定理

3.1節(jié)點(diǎn)分析法

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。

3.2網(wǎng)孔分析法

3.3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)

3.4戴維南定理

戴維南定理（Thevenin's theorem）：含獨(dú)立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N，就端口特性而言，可以等效為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)。電壓源的電壓等于單口網(wǎng)絡(luò)在負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓uoc；電阻R0是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨(dú)立電源為零值時(shí)所得單口網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。

戴維南定理（又譯為戴維寧定理）又稱等效電壓源定律，是由法國(guó)科學(xué)家L·C·戴維南于1883年提出的一個(gè)電學(xué)定理。由于早在1853年，亥姆霍茲也提出過(guò)本定理，所以又稱亥姆霍茲-戴維南定理。其內(nèi)容是：一個(gè)含有獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源及電阻的線性網(wǎng)絡(luò)的兩端，就其外部型態(tài)而言，在電性上可以用一個(gè)獨(dú)立電壓源V和一個(gè)松弛二端網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)電阻組合來(lái)等效。在單頻交流系統(tǒng)中，此定理不僅只適用于電阻，也適用于廣義的阻抗。

對(duì)于含獨(dú)立源，線性電阻和線性受控源的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)），都可以用一個(gè)電壓源與電阻相串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）來(lái)等效，這個(gè)電壓源的電壓，就是此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）的開(kāi)路電壓，這個(gè)串聯(lián)電阻就是從此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）兩端看進(jìn)去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源均置零以后的等效電阻。

uoc 稱為開(kāi)路電壓。Ro稱為戴維南等效電阻。在電子電路中，當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)視為電源時(shí)，常稱此電阻為輸出電阻，常用Ro表示；當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)視為負(fù)載時(shí)，則稱之為輸入電阻，并常用Ri表示。電壓源uoc和電阻Ro的串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)，常稱為戴維南等效電路。

當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)的端口電壓和電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其端口電壓電流關(guān)系方程可表為：U=R0i uoc

3.5最大功率傳輸定理

練習(xí)題3

模擬白測(cè)題3

模擬自測(cè)題3(部分)答案

第4章　正弦穩(wěn)態(tài)電路分析

4.1正弦電壓和電流

4.2正弦量的相量表示法

4.3基爾霍夫定律的相量形式

4.4正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量模型

4.5電路的一般分析方法在正弦電路中的應(yīng)用

4.6正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率和能量

4.7磁場(chǎng)與變壓器

4.8三相交流電路

練習(xí)題4

模擬自測(cè)題4

模擬自測(cè)題4答案

第5章　正弦穩(wěn)態(tài)電路的頻率響應(yīng)及諧振

5.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及頻率響應(yīng)

5.2rc電路的頻率響應(yīng)、高通及低通電路

5.3rlc串聯(lián)電路的頻率響應(yīng)及諧振

練習(xí)題5

模擬自測(cè)題5

模擬自測(cè)題5答案

第6章　非正弦交流電路

6.1周期函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)

6.2非正弦交流電路的計(jì)算

6.3諧波電壓及電流條件下有功功率的計(jì)算

6.4指數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù)

6.5傅里葉變換

練習(xí)題6

模擬自測(cè)題6

模擬自測(cè)題6答案

第7章　動(dòng)態(tài)電路的過(guò)渡過(guò)程分析

7.1rc電路過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的原因

7.2一階電路過(guò)渡過(guò)程分析的三要素法

7.3電路的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)響應(yīng)及零輸入、零狀態(tài)響應(yīng)

7.4rlc串聯(lián)電路的過(guò)渡過(guò)程

7.5rlc串聯(lián)電路的零輸入響應(yīng)

練習(xí)題7

模擬自測(cè)題7

模擬白測(cè)題7答案

第8章　虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1電路元器件的伏安特性

實(shí)驗(yàn)2電路定理仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3電壓源與電流源的等效變換

實(shí)驗(yàn)4電阻式溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)5正弦交流電路

實(shí)驗(yàn)6正弦交流電路功率及功率因數(shù)的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)7三相正弦交流電路

實(shí)驗(yàn)8負(fù)阻抗變換器的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)9諧振電路的仿真

實(shí)驗(yàn)10一階電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

實(shí)驗(yàn)11二階電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

參考文獻(xiàn)

這本書(shū)于我而言如同甘露，相信我今后的人生會(huì)因?yàn)檫@本書(shū)而發(fā)生改變，非常值得一讀的一本書(shū)，推薦給好友，但沒(méi)推薦給同事，哈哈，原因相信大家都清楚哈。

如題，估計(jì)是賣得太好，感覺(jué)做工不是很好

現(xiàn)在這段時(shí)間正是我心態(tài)不正確的時(shí)候，買來(lái)這本書(shū)很可以調(diào)節(jié)，表示深深的感謝！2100433B

本書(shū)從高等職業(yè)教育的實(shí)際需求出發(fā)，內(nèi)容編排力求突出工程應(yīng)用，首次引入具有中文界面的電路仿真軟件(tina pro)輔助教學(xué)，將理論教學(xué)、技能訓(xùn)練與虛擬仿真分析融為一體，體現(xiàn)“學(xué)以致用”的教學(xué)宗旨。本書(shū)主要內(nèi)容包括：電路的基本概念和基本定律、電路的等效變換、電路的一般分析方法和基本定理、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析、正弦穩(wěn)態(tài)電路的頻率響應(yīng)及諧振、非正弦交流電路、動(dòng)態(tài)電路的過(guò)渡過(guò)程分析，以及11個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等。相關(guān)理論知識(shí)的內(nèi)容，大部分章節(jié)都配有例題、電路仿真范例和“思考與練習(xí)”，每章末都配有對(duì)應(yīng)的練習(xí)題和模擬自測(cè)題及其答案。

本書(shū)具有較強(qiáng)的可讀性和趣味性。可作為高職院校電子類、機(jī)電類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類專業(yè)的教材，可用于社會(huì)上相關(guān)領(lǐng)域的培訓(xùn)教材。同時(shí)亦可供工程技術(shù)人員以及業(yè)余愛(ài)好者自學(xué)參考。

早在2001年城域以太網(wǎng)論壇MEF就開(kāi)始了有關(guān)運(yùn)營(yíng)商級(jí)（Carrier-grade）以太網(wǎng)架構(gòu)的研究，并達(dá)成了共識(shí)。隨著以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)正在向城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)邁進(jìn)。另外由于E1/T1以及SDH/SONET等專線業(yè)務(wù)現(xiàn)在很普遍，為了使以太網(wǎng)也能夠提供這些基于電路交換的業(yè)務(wù)，以太網(wǎng)論壇在2002年開(kāi)始定義在城域以太網(wǎng)上提供電路仿真業(yè)務(wù)的需求。電路仿真(Circuit Emulation service：CES)也就是傳送同步電路如E1/T1通過(guò)異步網(wǎng)絡(luò)，最初發(fā)展是用于在ATM上仿真E1/T1, 現(xiàn)在可以將CES擴(kuò)展到IP/Ethernet。這里為了方便，將以太網(wǎng)電路仿真技術(shù)統(tǒng)稱為TDMoE，即：TDM over Ethernet。