內容簡介
《普通高等教育電氣信息類規劃教材 :電路理論基礎》是根據教育部電子電氣基礎課程教學指導分委員會製訂的高等工業學校電路課程教學的基本要求,並充分考慮普通高等院校及各高校獨立學院的培養計劃和學生特點,為電氣信息類各專業學生編寫的教材。《普通高等教育電氣信息類規劃教材 :電路理論基礎》內容包括:電路基本概念和電路定律、電阻電路的等效變換、電阻電路的分析方法、電路定理、動態電路的時域分析、正弦穩態電路分析、電路的頻率響應、互感電路、三相電路、非正弦周期電流電路、動態電路的復頻域分析、電路方程的矩陣形式、二端口網絡等。本書基本概念講述清楚,易於讀者理解;基本分析方法歸類恰當、思路清晰、步驟明確、易於讀者掌握。為瞭很好地幫助讀者理解基本內容,書中配有豐富的例題及詳盡的解題步驟。
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目錄
第1章 電路基本概念和電路定律
1.1 電氣工程與電路理論
1.2 電路和電路模型
1.2.1 實際電路
1.2.2 電路模型
1.3 電流、電壓的參考方嚮
1.3.1 電流的參考方嚮
1.3.2 電壓的參考方嚮
1.3.3 電壓與電流的關聯參考方嚮和非關聯參考方嚮
1.3.4 國際單位製(SI)中變量的單位
1.4 電功率和能量
1.4.1 電能
1.4.2 功率
1.5 電阻元件
1.5.1 電阻和電導
1.5.2 電阻元件的伏安特性
1.5.3 電阻元件的開路和短路
1.5.4 電阻元件的功率和電能
1.6電壓源和電流源
1.6.1 電壓源
1.6.2 電流源
1.7 受控電源
1.8 基爾霍夫定律
1.8.1 基爾霍夫電流定律
1.8.2 基爾霍夫電壓定律
1.9 運算放大器
1.10 習題
第2章 電阻電路的等效變換
2.1 簡單電阻電路的等效變換
2.1.1 電路等效變換的概念
2.1.2 電阻的串聯
2.1.3 電阻的並聯
2.1.4 電阻的混聯
2.2 電阻的星形聯結和三角形聯結的等效變換
2.2.1 星形聯結與三角形聯結
2.2.2 星形-三角形聯結之間的等效變換
2.3 電源的等效變換
2.3.1 電壓源、電流源的串聯和並聯
2.3.2 實際電源的兩種模型及其等效變換
2.4 習題
第3章 電阻電路的分析方法
3.1 電路的圖
3.1.1 電路的圖的基本概念
3.1.2 電路的圖的有關名詞
3.2 KCL和KVL的獨立方程數
3.2.1 KCL的獨立方程數
3.2.2 KVL的獨立方程數
3.3 支路法與支路電流法
3.3.1 支路法
3.3.2 支路電流法
3.4 網孔電流法與迴路電流法
3.4.1 網孔電流法
3.4.2 迴路電流法
3.5 結點電壓法
3.6 習題
第4章 電路定理
4.1 疊加定理和齊次定理
4.1.1 疊加定理
4.1.2 齊次定理
4.2 替代定理
4.3 戴維寜定理和諾頓定理
4.3.1 戴維寜定理
4.3.2 諾頓定理
4.4 最大功率傳輸定理
4.4.1 負載獲得最大功率的條件及最大功率的計算
4.4.2 傳輸效率
4.5 習題
第5章 動態電路的時域分析
5.1 電容元件和電感元件
5.1.1 電容元件
5.1.2 電感元件
5.1.3 電容與電感的串並聯等效變換
5.2 換路定律和初始值的確定
5.2.1 換路定律
5.2.2 初始值的確定
5.3 一階電路的動態響應
5.3.1 一階電路的零輸入響應
5.3.2 一階電路的零狀態響應
5.3.3 一階電路的全響應
5.4 一階電路的三要素法
5.5 一階電路的階躍響應
5.5.1 階躍函數
5.5.2 階躍響應
5.6 二階電路的動態響應
5.6.1 二階電路的零輸入響應
5.6.2 二階電路的零狀態響應
5.6.3 二階電路的全響應
5.7 習題
第6章 正弦穩態電路分析
6.1 正弦量及其相量錶示
6.1.1 正弦量
6.1.2 正弦量的相量錶示
6.2 電路定律及電路元件的相量形式
6.2.1 基爾霍夫定律的相量形式
6.2.2 電阻元件的相量模型
6.2.3 電感元件的相量模型
6.2.4 電容元件的相量模型
6.3 復阻抗與復導納
6.3.1 復阻抗
6.3.2 復導納
6.3.3 復阻抗與復導納間的等效變換
6.3.4 復阻抗(復導納)的串、並聯
6.4 電路的相量圖法
6.5 正弦穩態電路的分析
6.6 正弦穩態電路的功率
6.6.1 正弦穩態一端口電路的功率
6.6.2 復功率
6.6.3 功率因數的提高
6.6.4 最大功率傳輸
6.7 習題
第7章 電路的頻率響應
7.1 網絡函數與頻率響應的基本概念
7.1.1 網絡函數
7.1.2 網絡函數的頻率響應
7.2 濾波器電路
7.2.1 一階RC低通濾波器
7.2.2 一階RC高通濾波器
7.2.3 RC帶通濾波器
7.2.4 RC帶阻濾波器
7.2.5 RC全通濾波器
7.2.6 RC有源濾波器
7.3 RLC串聯電路的頻率響應
7.4 RLC串聯諧振電路
7.4.1 串聯諧振條件
7.4.2 串聯諧振頻率
7.4.3 諧振阻抗、特性阻抗與品質因數
7.4.4 串聯諧振電路的特徵
7.4.5 串聯諧振電路的頻率特性
7.4.6 選擇性與通頻帶
7.4.7 電感、電容電壓的頻率特性
7.5 RLC並聯諧振電路
7.5.1 簡單RLC並聯電路
7.5.2 電感綫圈與電容並聯電路
7.6 串並聯諧振電路
7.7 習題
第8章 互感電路
8.1 互感電路的基本概念
8.1.1 互感現象
8.1.2 耦閤電感的伏安關係
8.1.3 互感綫圈的同名端及耦閤電感的電路模型
8.1.4 耦閤因數
8.2 互感電路的計算
8.2.1 耦閤電感的串聯
8.2.2 耦閤電感的並聯
8.2.3 耦閤電感的三端連接
8.3 空心變壓器
8.3.1 空心變壓器的電路模型及方程
8.3.2 空心變壓器的等效電路及引入阻抗
8.3.3 空心變壓器的去耦等效分析
8.4 理想變壓器
8.4.1 理想變壓器的電路模型及方程
8.4.2 理想變壓器的阻抗變換作用
8.5 習題
第9章 三相電路
9.1 三相電路的基本概念
9.1.1 三相電源的産生
9.1.2 對稱三相電路的連接方式
9.1.3 綫電壓(電流)與相電壓(電流)之間的關係
9.2 對稱三相電路的計算
9.2.1 星形—星形係統
9.2.2 星形—三角形係統
9.2.3 三角形—星形係統
9.2.4 三角形—三角形係統
9.2.5復雜的對稱三相電路
9.3 不對稱三相電路的分析
9.4 三相電路的功率及測量
9.4.1 三相電路的功率
9.4.2 三相電路的瞬時功率
9.4.3 三相電路功率的測量
9.5習題
第10章 非正弦周期電流電路
10.1 非正弦周期信號的諧波分析
10.1.1 非正弦周期信號
10.1.2 周期函數分解為傅裏葉級數
10.1.3 非正弦周期信號的頻譜
10.1.4 傅裏葉級數與波形對稱性的關係
10.2 非正弦周期信號的有效值和平均值
10.2.1 非正弦周期電流和電壓的有效值
10.2.2 非正弦周期電流和電壓的平均值
10.3 非正弦周期電流電路的平均功率(有功功率)
10.4 非正弦周期電流電路的計算
10.4.1 非正弦周期信號激勵時電路的響應
10.4.2 不同頻率正弦電源共同作用下電路的分析
10.5 習題
第11章 動態電路的復頻域分析
11.1 拉普拉斯變換及其基本性質
11.1.1 拉普拉斯變換的定義
11.1.2 拉普拉斯變換的基本性質
11.2 拉普拉斯反變換的部分分式展開法
11.2.1 F(s)的極點均為單極點的情況
11.2.2 F(s)有復數極點的情況
11.2.3 F(s)有多重極點的情況
11.3 動態電路的復頻域模型
11.3.1 基爾霍夫定律的復頻域形式
11.3.2 電阻元件的復頻域形式
11.3.3 電感元件的復頻域形式
11.3.4 電容元件的復頻域形式
11.3.5 耦閤電感的復頻域形式
11.3.6 其他電路元件的復頻域形式
11.3.7 RLC元件串聯的復頻域模型
11.4 動態電路的復頻域分析
11.5習題
第12章 電路方程的矩陣形式
12.1 割集
12.2 關聯矩陣、迴路矩陣、割集矩陣
12.2.1 關聯矩陣
12.2.2 迴路矩陣
12.2.3 割集矩陣
12.3 迴路電流方程的矩陣形式
12.3.1 采用迴路電流法的電路中不含受控源和互感的情況
12.3.2 采用迴路電流法的電路中含有耦閤電感的情況
12.3.3 采用迴路電流法的電路中含有受控電壓源的情況
12.4 結點電壓方程的矩陣形式
12.4.1 采用結點電壓法的電路中不含受控源和互感的情況
12.4.2 采用結點電壓法的電路中含有耦閤電感的情況
12.4.3 采用結點電壓法的電路中含有受控電流源的情況
12.5 割集電壓方程的矩陣形式
12.6 習題
第13章 二端口網絡
13.1 二端口網絡及其參數方程
13.1.1 Y參數
13.1.2 Z參數
13.1.3 T參數
13.1.4 H參數
13.2 二端口網絡的等效電路
13.2.1 互易二端口網絡的等效電路
13.2.2 一般二端口網絡的等效電路
13.3 二端口網絡的連接
13.3.1 二端口網絡的級聯
13.3.2 二端口網絡的並聯
13.3.3 二端口網絡的串聯
13.4 二端口網絡的實例
13.4.1 迴轉器
13.4.2 負阻抗變換器
13.5 習題
部分習題參考答案
參考文獻
前言/序言
電路理論基礎 《電路理論基礎》是一門涵蓋瞭現代電氣工程與電子信息科學核心知識體係的 foundational 課程。本書旨在為廣大電氣信息類專業的本科生提供一個紮實、全麵、深入的電路理論學習平颱。我們深知,電路是理解更高級電氣工程和電子技術原理的基石,因此,本書在內容編排和知識體係構建上,力求做到邏輯嚴謹,循序漸進,並緊密結閤現代科技發展趨勢與實際工程應用。 本書特色與內容構成: 本書的核心在於係統地闡述電路的基本概念、分析方法和重要理論,並逐步引導讀者掌握解決復雜電路問題的能力。內容從最基本的電路元件和定律齣發,層層遞進,最終觸及動態電路分析和電路的工程應用。 第一部分:電路的基本概念與分析方法 緒論: 本章將首先介紹電路的基本概念,包括電荷、電流、電壓、電場力、電能、電功率等,為後續的學習奠定基礎。我們將探討電路在現代科技和社會發展中的重要作用,以及學習電路理論的意義和必要性。同時,本章也會簡要介紹電路分析的基本原則和研究方法,如電路模型的建立、理想元器件的抽象等。 電路的基本定律: 歐姆定律、基爾霍夫電壓定律(KVL)和基爾霍夫電流定律(KCL)是電路分析的基石。本章將詳細講解這些基本定律的定義、物理意義、數學錶達式以及適用範圍。通過大量的例題分析,讀者將學會如何運用這些定律來分析和計算簡單直流電路的電壓和電流。我們還將介紹電阻、電容、電感等基本電路元件的伏安特性,並講解理想元件和實際元件的區彆。 串聯和並聯電路: 基於基爾霍夫定律和歐姆定律,本章將深入探討串聯和並聯電路的分析方法。我們將詳細講解電阻串並聯的等效計算,以及在串並聯電路中如何分配電壓和電流。此外,本章還會引入電橋電路等結構,引導讀者理解更復雜的連接方式。 節點電壓法和網孔電流法: 為瞭更有效地分析復雜電路,本章將介紹兩種重要的電路分析方法:節點電壓法和網孔電流法。我們將詳細推導這兩種方法的原理,並結閤具體電路實例,展示如何列寫節點電壓方程組或網孔電流方程組,並通過求解方程組來獲得電路中各支路的電流和電壓。這兩種方法是解決綫性電路問題的強大工具。 電路的等效變換: 本章將介紹一些實用的電路等效變換技術,如戴維寜等效電路、諾頓等效電路以及Y-Δ變換。這些等效變換能夠極大地簡化復雜電路的分析,將難以處理的電路簡化為更易分析的形式。我們將詳細講解等效變換的原理、步驟和適用條件,並通過實例展示其在電路分析中的應用。 電路的分析: 疊加原理、最大功率傳輸定理和互易定理是分析綫性電路的重要定理。本章將深入闡述這些定理的數學推導和物理意義,並說明它們在何種條件下適用。通過運用這些定理,可以更高效地求解特定支路的響應,或優化電路的設計,以獲得最佳的功率傳輸效率。 第二部分:動態電路分析 一階電路分析: 動態電路是包含儲能元件(電容和電感)的電路,其響應會隨時間變化。本章將從一階電路(RL電路和RC電路)入手,介紹瞬態響應的分析方法。我們將講解微分方程的建立和求解,以及如何利用初始條件確定電路的瞬態響應。我們將區分自然響應和強迫響應,並分析其物理過程。 二階電路分析: 本章將進一步擴展到二階電路(RLC電路)的分析。我們將介紹二階電路的微分方程,並分析其暫態響應的三種情況:過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼。通過對這些情況的深入理解,讀者將能夠預測和分析電路的動態行為。 正弦穩態電路分析: 交流電路是現代電氣工程中最常見的電路形式。本章將引入相量和復數阻抗的概念,將正弦穩態電路的分析轉化為代數問題。我們將詳細講解阻抗、導納、功率因數等概念,並介紹正弦穩態電路的相量法分析,包括阻抗串並聯、電壓和電流的計算。 互感和耦閤電路: 當電路中存在相互耦閤的電感時,其分析會變得更為復雜。本章將介紹互感係數、耦閤電感等概念,並推導耦閤電路的方程。我們將講解互感電路的分析方法,如運用互感模型或變壓器模型。 三相電路: 三相電路在電力係統中扮演著至關重要的角色。本章將詳細介紹三相電源和三相負載的連接方式(星形連接和三角形連接),以及三相電路的功率計算。我們將講解三相電路的相電壓、綫電壓、相電流和綫電流之間的關係,並介紹三相不平衡電路的簡單分析方法。 非正弦周期信號的分析: 實際電路中的信號往往不是簡單的正弦波,而是由一係列正弦波疊加而成。本章將介紹傅裏葉級數,它能將任何周期性信號分解為一係列不同頻率的正弦波。我們將講解如何利用傅裏葉級數分析非正弦周期信號在電路中的響應,並計算其平均功率和有效值。 第三部分:電路的分析與應用 信號與係統: 本章將從更宏觀的視角來審視電路,將其看作一個信號處理的係統。我們將介紹係統的基本概念,如綫性、時不變性、因果性等,並引入衝激響應和階躍響應的概念。我們還將討論捲積積分在係統分析中的應用。 拉普拉斯變換及其在電路分析中的應用: 拉普拉斯變換是一種強大的數學工具,它能將時域的微分方程轉化為頻域的代數方程,極大地簡化瞭動態電路的分析。本章將詳細介紹拉普拉斯變換的性質和常用函數的變換對,並展示如何運用拉普拉斯變換來求解各種動態電路的瞬態響應。 電路的頻率響應: 電路的頻率響應描述瞭電路對不同頻率信號的響應特性。本章將介紹濾波器的基本概念,如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。我們將分析這些濾波器的頻率特性麯綫,並講解其在信號處理中的應用。 電路的仿真與測量: 理論分析與實際測量相結閤是科學研究和工程實踐的重要環節。本章將介紹常用的電路仿真軟件(如PSpice、Multisim等)的基本使用方法,讓讀者能夠通過仿真驗證理論計算結果。同時,本章也將介紹基本的電路測量儀器(如示波器、萬用錶、信號發生器等)的使用方法,以及在實際電路實驗中的注意事項。 實際電路中的元件模型: 理想元件是電路理論分析的基礎,但實際元件並非理想。本章將介紹實際電阻、電容、電感等元件的非理想特性,如寄生電阻、寄生電感、介質損耗等,並介紹如何將這些非理想特性納入電路模型中進行更精確的分析。 本書的教學理念: 本書在編寫過程中,始終堅持“理論聯係實際,注重能力培養”的教學理念。我們力求在清晰講解理論知識的同時,通過豐富的例題、習題和思考題,引導讀者主動思考,獨立解決問題,從而提高分析解決復雜電路問題的能力。 適用對象: 本書適閤作為高等院校電氣工程及其自動化、電子信息工程、通信工程、自動化、微電子學等專業本科生的電路理論基礎課程教材。同時,也可供相關專業的在校研究生和工程技術人員參考。 展望: 掌握電路理論基礎,不僅是理解後續高級課程(如信號與係統、自動控製原理、電力係統、數字電路、模擬電路、通信原理等)的關鍵,更是從事電氣電子信息領域相關工作的必備技能。我們希望本書能夠成為您在電路理論學習道路上的良師益友,為您的未來學習和職業發展打下堅實的基礎。