内容简介
《电路理论基础(第2版)/高等学校信息工程类“十二五”规划教材》依据教育部教学指导委员会颁布的《高等学校电路分析教学基本要求》而编写,系统地讲述了电路理论中的基本概念、基本定理和基本分析方法。全书共15章,主要内容包括:电路的基本概念、基本定律和基本元件,电路的等效变换,线性网络的一般分析法,电路定理;动态电路导论,一阶电路分析,二阶电路分析;正弦稳态电路的相量分析法,三相电路;电路的频率响应和谐振现象,非正弦周期电流电路;耦合电感和理想变压器,二端口网络;非线性电阻电路,网络方程的矩阵形式。《电路理论基础(第2版)/高等学校信息工程类“十二五”规划教材》各章均配有丰富的典型例题和习题,书末附有大部分习题的参考答案。为提高读者应用计算机分析电路的能力,《电路理论基础(第2版)/高等学校信息工程类“十二五”规划教材》特增加了利用MATLAB软件计算电路的内容。
《电路理论基础(第2版)/高等学校信息工程类“十二五”规划教材》适用面宽,可作为高等学校电气信息类有关专业的本科教材,也可供有关科技人员参考。
内页插图
目录
第1章 电路模型和基尔霍夫定律
1.1 电路与电路模型
1.2 电路变量
1.3 基尔霍夫定律
1.4 电阻电路的元件
1.5 简单电路分析
习题
第2章 电阻电路的等效变换
2.1 等效二端网络
2.2 电压源、电流源串并联电路的等效变换
2.3 实际电源的两种模型及其等效变换
2.4 电阻星形连接与三角形连接的等效变换
习题
第3章 线性电阻电路的一般分析法
3.1 KCL、KVL方程的独立性
3.2 支路分析法
3.3 节点分析法
3.4 网孔分析法和回路分析法
习题
第4章 电路定理
4.1 叠加定理
4.2 替代定理
4.3 戴维南定理和诺顿定理
*4.4 特勒根定理
*4.5 互易定理
习题
第5章 动态元件及动态电路导论
5.1 电容元件
5.2 电感元件
5.3 动态电路导论
*5.4 一阶线性常系数微分方程的求解
*5.5 二阶线性常系数微分方程的求解
习题
第6章 一阶电路
6.1 线性与时不变性
6.2 一阶电路的零输入响应
6.3 恒定电源作用下一阶电路的零状态响应
6.4 恒定电源作用下一阶电路的全响应和线性动态电路的叠加定理
6.5 复杂一阶电路的分析方法
6.6 阶跃函数和阶跃响应
6.7 分段常量信号作用下一阶电路的响应
*6.8 正弦信号激励下一阶电路的响应
习题
第7章 二阶电路
7.1 RLC串联电路的零输入响应
7.2 恒定电源作用下RLC串联电路的全响应
*7.3 恒定电源作用下GLC并联电路的全响应
习题
第8章 相量法基础
8.1 正弦电压和电流
8.2 正弦量的相量表示
8.3 基尔霍夫定律的相量形式
8.4 电路元件伏安特性的相量形式
习题
第9章 正弦电流电路的分析
9.1 阻抗与导纳及相量模型
9.2 正弦电流电路的相量分析法
9.3 正弦电流电路的功率
*9.4 三相电路
习题
第10章 电路的频率响应
10.1 电路的频率响应与网络函数
10.2 RLC串联谐振电路
*10.3 并联谐振电路
10.4 非正弦周期电流电路的分析
习题
第11章 耦合电感和理想变压器
11.1 耦合电感元件
11.2 含耦合电感的电路
11.3 理想变压器
*11.4 变压器的电路模型
习题
*
第12章 二端口网络
12.1 二端口网络的方程和参数
12.2 二端口网络的等效网络
12.3 二端口网络的互联
12.4 有载二端口网络
12.5 二端口网络的特性阻抗
习题
*
第13章 非线性电阻电路简介
13.1 非线性电阻元件
13.2 含一个非线性元件的电阻电路的分析
13.3 非线性电阻的串联和并联
13.4 分段线性化方法
13.5 小信号分析法
习题
*
第14章 网络方程的矩阵形式
14.1 基本回路和基本割集
14.2 关联矩阵、回路矩阵、割集矩阵
14.3 节点分析法和节点方程的矩阵形式
14.4 回路分析法和回路方程的矩阵形式
14.5 割集分析法和割集方程的矩阵形式
习题
*
第15章 利用MATLAB计算电路
15.1 MATLAB概述
15.2 MATLAB程序设计基础
15.3 电路的传递函数及频率特性
15.4 非线性直流电路计算
15.5 非正弦电路计算
15.6 过渡过程的时域解
习题
部分习题参考答案
参考文献
前言/序言
本书第一版于2004年出版,在几年的教学实践中,我们感到书中仍有一些不足之处,也收到了一些教师和学生的反馈意见和建议。为进一步提高教材质量,我们于2009年秋开始,用半年多的时间对本书进行了修订。
本次修订基本保持第一版的结构和特色,在此基础上,主要从以下方面进行了完善:
(1)在内容的编排上作了一些局部调整,以便课程的讲授能前后呼应,条理性更强。第5章中增加了“动态电路导论”,将动态电路的基本概念、电感和电容的换路定律、初始条件的求解等内容集中讲解,为后续一阶电路和二阶电路的讲授作好铺垫。第6章中增加了“分段常量信号作用下一阶电路的响应”,这是第6章稍前讲授的线性动态电路的叠加性、时不变性及阶跃响应等基本理论的实际应用。其他章节部分内容的前后顺序也作了一些调整,这里不一一介绍。
(2)针对各章的内容,增加了一些典型例题,目的是使读者更深入地理解某些基本概念,更灵活地掌握电路的分析方法和解题技巧。
(3)对语言文字进行了推敲修改,力求叙述更严谨和简洁。
(4)对原版中的错误进行了订正,验算和订正了各章的习题答案。
考虑到电气信息类各专业不同学时数的要求,本教材采取分层次的方法编写。书中不带“*”号的部分为基础内容,适合计算机等专业使用,授课时数约为60学时;书中带“*”号的部分为选讲或自学内容,电子工程、通信、自动化等专业的教师可选讲其中部分或全部内容,根据所选讲内容的不同,授课时数可在80~100学时变动。
第1、2、3、4、8、9、10、11、12、14章的修订由卢元元负责,其中第11、12章的修订初稿由胡庆彬提供;第5、6、7、13、15章的修订由王晖负责,李晓滨参与了其中第5章和第6章的修订工作,并撰写了新增加的5.3和6.7两小节。
本书在修订过程中参考了国内外电路理论方面的书籍和文献,在此一并向相关作者们表示衷心的感谢。
《电子技术基础——电路分析与设计》(第二版) 前言 在信息技术飞速发展的时代,电子技术作为支撑现代社会运行的基石,其重要性不言而喻。而电路,作为电子技术的核心组成部分,更是理解和掌握电子器件、系统乃至整体信息工程的关键。“电路理论基础”系列教材,一直以来都致力于为广大学子打下坚实的理论基础。本书《电子技术基础——电路分析与设计》(第二版)正是基于这一宗旨,力求在继承前一版优良传统的基础上,结合当前电子技术发展的新趋势和教育改革的新要求,对内容进行全面更新和优化,旨在为高等学校信息工程类专业的学生提供一本系统、深入、实用的电路分析与设计教材。 本书在内容组织上,遵循从基本概念到复杂系统、从静态分析到动态响应、从理论推导到实际应用的逻辑顺序,力求循序渐进,帮助读者建立清晰的知识体系。我们强调的不仅是理论的严谨性,更注重其在实际工程中的应用价值,通过丰富的例题和习题,引导学生将所学知识灵活运用到实际问题的解决中。 内容概要 本书共分十一章,详细阐述了电路分析与设计的各个关键环节: 第一章 电路的基本概念与定律 本章作为全书的起点,旨在建立读者对电路的基本认知。我们首先从电荷、电流、电压、电阻、电容、电感等基本物理量入手,给出清晰的定义和量纲。随后,深入介绍欧姆定律和基尔霍夫定律,这是分析和设计任何电路的基石。我们将详细讲解电流定律(KCL)和电压定律(KVL),并辅以大量实例,演示如何利用这些定律分析简单电路的电流和电压分布。本章还将引入功率和能量的概念,以及它们在电路中的计算方法,为后续章节的学习奠定基础。此外,我们还将初步介绍电路的线性与非线性、有源与无源、集总与分布等基本分类,帮助读者建立对电路性质的初步认识。 第二章 等效变换与电路分析方法 在掌握了基本定律后,本章将重点介绍提高电路分析效率的各种等效变换技术。我们从节点电压法和网孔电流法出发,系统阐述了求解复杂电路节点电压和支路电流的通用方法。随后,将深入讲解等效电阻(串联、并联)、戴维宁等效电路和诺顿等效电路的计算与应用,这些方法能够极大地简化复杂电路的分析过程,将复杂问题转化为简单问题。本章还将介绍叠加原理,用于分析线性电路中各独立信号源单独作用时产生的响应之和,这对于理解多信号源电路的行为至关重要。通过本章的学习,读者将掌握一系列强大的电路分析工具,能够应对各种规模和复杂度的电路问题。 第三章 一阶和二阶动态电路分析 本章将视角从稳态电路转向动态电路,重点分析包含电容和电感元件的一阶和二阶电路的瞬态响应。我们首先介绍一阶电路(RC和RL电路)的零输入响应和零状态响应,并通过微分方程的求解,推导出其响应的指数形式。随后,将深入探讨二阶电路(RLC电路)的特性,包括过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况,并分析其特征阻尼频率和阻尼因子。本章将大量使用时域分析方法,帮助读者理解电容和电感元件在电路中的动态行为,为学习更高级的电路理论奠定基础。 第四章 正弦稳态分析 正弦稳态是现代电力系统和许多电子设备中最常见的运行状态。本章将引入复数和相量技术,以一种更为简洁和直观的方式来分析含正弦信号的电路。我们将详细讲解相量、阻抗和导纳的概念,并阐述如何利用这些工具将微分方程转化为代数方程,从而简化正弦稳态电路的分析。本章将重点介绍正弦信号的幅值、频率、初相位等概念,以及它们在相量域中的表示。我们还将讨论电容和电感的正弦稳态阻抗,并利用这些知识分析RLC串联和并联谐振电路,理解谐振现象及其在滤波器等应用中的重要性。 第五章 三相电路分析 三相电路在电力传输和工业应用中占据着主导地位。本章将系统介绍三相电路的基本概念,包括三相电压源的产生、相电压和线电压、相电流和线电流。我们将详细讲解星形连接(Y)和三角形连接(△)的对称和不对称三相负载的分析方法,并推导出功率的计算公式。本章还将介绍三相功率的测量方法,以及三相不对称电路的分析技巧,帮助读者全面掌握三相电路的分析与设计。 第六章 傅里叶级数与傅里叶变换 傅里叶分析是信号处理和电路分析中不可或缺的数学工具。本章将介绍周期信号的傅里叶级数表示,以及非周期信号的傅里叶变换。我们将详细讲解傅里叶级数的各项(直流分量、基波分量、谐波分量)的计算方法,以及傅里叶变换在求解非周期信号在电路中响应时的应用。本章将通过大量实例,展示傅里叶分析如何将复杂的非正弦信号分解为一系列简单的正弦分量,从而简化电路分析。理解傅里叶分析将极大地拓展读者分析信号和电路的能力。 第七章 拉普拉斯变换与电路分析 拉普拉斯变换是分析动态电路的强大工具,尤其是在处理瞬态响应和系统稳定性时。本章将系统介绍拉普拉斯变换的基本概念、性质以及反变换的方法。我们将重点阐述如何利用拉普拉斯变换将时域的微分方程转化为频域的代数方程,从而简化电路的分析过程。本章将详细介绍利用零输入响应和零状态响应的概念,以及它们与拉普拉斯变换的关系。通过本章的学习,读者将能够更高效地分析包含电容、电感等动态元件的各种电路,为理解更复杂的系统分析方法打下坚实基础。 第八章 二端口网络分析 二端口网络是电子电路和系统分析中的一个重要概念,它提供了一种将复杂电路视为一个整体进行建模和分析的方法。本章将介绍二端口网络的定义、构成元件以及各种参数描述,包括阻抗参数(Z参数)、导纳参数(Y参数)、混合参数(H参数)和传输参数(ABCD参数)。我们将详细讲解这些参数的计算方法,以及它们之间的相互转换。本章还将讨论二端口网络的连接(串联、并联、级联)以及它们的等效参数计算,为设计和分析集成电路、放大器等复杂系统提供有效的工具。 第九章 非正弦周期信号的分析 在实际应用中,许多信号并非标准的正弦信号,而是各种非正弦周期信号,如方波、三角波、锯齿波等。本章将结合傅里叶级数,详细介绍如何分析这些非正弦周期信号在电路中的响应。我们将重点讲解如何利用傅里叶级数的各项分量,分别计算它们在电路中的稳态响应,然后将各响应叠加,得到总的稳态响应。本章将通过丰富的实例,展示如何将复杂信号分解为简单成分,从而简化分析过程,使读者能够理解和处理更广泛的信号类型。 第十章 信号的傅里叶变换与电路响应 本章将深入探讨傅里叶变换在分析非周期信号在电路中响应时的应用。我们将详细介绍傅里叶变换的性质,包括线性、时移、频移、卷积等,并阐述这些性质在电路分析中的意义。本章将重点分析电路作为一种“滤波器”对不同频率分量的信号所产生的响应,即系统的频率响应。我们将介绍电路的幅频特性和相频特性,以及它们与系统输出信号形状之间的关系。通过本章的学习,读者将能更深刻地理解信号在电路中传输和处理的本质。 第十一章 电路设计的概念与方法 本章将从分析转向设计,介绍电路设计的基本理念和常用方法。我们将从电路设计的目标出发,阐述如何根据性能要求、成本约束和可靠性等因素来选择合适的电路拓扑和元件。本章将介绍一些基本的设计流程,包括需求分析、方案选择、理论计算、仿真验证和实际调试。我们将通过一些实际的电路设计实例,例如滤波器的设计、放大器的设计等,引导读者将所学的理论知识应用到实际的工程问题中。本章旨在培养读者的工程意识和设计能力,为他们未来从事电子工程相关工作打下基础。 学习建议 为了更好地掌握本书内容,我们建议读者在学习过程中做到以下几点: 1. 扎实基础: 务必深入理解每一章的基本概念和基本定律,这是后续学习的关键。 2. 多做练习: 理论结合实践,通过大量练习题来巩固和深化对知识的理解,特别是例题和课后习题。 3. 勤于思考: 在分析电路时,要勤于思考,尝试从不同的角度和方法去解决问题。 4. 善用工具: 熟悉并掌握各种电路分析软件(如PSpice, Multisim等)进行仿真验证,可以有效提高学习效率和加深理解。 5. 联系实际: 关注实际工程中的应用,将所学知识与实际电路设计和工作联系起来,激发学习兴趣。 总结 《电子技术基础——电路分析与设计》(第二版)是一本旨在为信息工程类专业的学生提供扎实、系统、实用的电路理论基础的教材。本书内容丰富,逻辑清晰,理论与实践并重,希望能帮助读者建立坚实的电路分析与设计能力,为他们在信息时代的学习和职业发展奠定坚实的基础。