內容簡介
《電路理論專題研究》是一本論述電路理論中若乾問題的書籍,內容涉及電路的美與趣、電路定理、電路圖論與電路—力學相似性、T形電路和Ⅱ形電路的等效、無窮電阻網絡與負電阻、電橋電路、電路的反饋、動態電路的分析、正弦振蕩電路、功率和能量、電路的計算機輔助分析等方麵。
《電路理論專題研究》敘述嚴謹,既注重理論,又聯係實際,特彆適閤從事電路理論或電路分析教學的教師以及學習電路理論或電路分析的學生閱讀。
《電路理論專題研究》也可供進行電路分析或電路設計的工程技術人員或高校相關專業的研究生參閱。
內頁插圖
目錄
第1章 電路的美與趣
1.1 論電路之美
1.1.1 電路名稱之美
1.1.2 電路理論之關
1.1.3 電路應用之美
1.1.4 電路研究之美
1.1.5 結語
1.2 論電路之趣
1.2.1 電路曆史之趣
1.2.2 電路內容之趣
1.2.3 分析方法之趣
1.2.4 結語
參考文獻
第2章 電路定理
2.1 KCL、KVL和特勒根定理的相互關係
2.1.1 符號約定與基本結論
2.1.2 KCL、KVL和特勒根定理相互關係的錶達式
2.2 受控源在疊加原理中的另一種處理方法
2.2.1 電阻的等效
2.2.2 應用實例
2.2.3 結語
2.3 關於置換定理成立條件的討論
2.3.1 置換定理的實質
2.3.2 進一步討論
2.3.3 結語
2.4 特勒根定理應用的再討論
2.4.1 式(2-14)成立的條件
2.4.2 對文獻[12]例題的分析
2.4.3 進一步討論
2.4.4 結語
2.5 互易電路迴路矩陣和節點矩陣的對稱性
2.5.1 迴路矩陣和節點矩陣對稱是電路互易性的充分條件
2.5.2 迴路矩陣和節點矩陣對稱不是電路互易性的必要條件
2.5.3 結語
2.6 對互易電路性質的補充討論
2.6.1 互易電路性質的補充討論
2.6.2 互易定理和補充性質之間的關係
2.6.3 結語
2.7 互易二端口網絡的互連
2.7.1 互易二端口電路的判定規則
2.7.2 互易二端口電路互連的互易性
2.7.3 互易二端口電路互連的有效性判斷
2.7.4 對稱二端口電路的互連
2.7.5 結語
2.8 密勒定理及其應用
2.8.1 密勒定理的錶述及其證明
2.8.2 密勒定理的應用
2.8.3 結語
2.9 二端口網絡有效互連的判據和實現
2.9.1 二端口網絡互連的有效性
2.9.2 有效連接的判據
2.9.3 有效連接的實現
2.9.4 結語
參考文獻
……
第3章 電路圖論與電路一力學相似性
第4章 T形電路和Ⅱ形電路的等效
第5章 無窮電阻網絡與負電阻
第6章 電橋電路
第7章 電路的反饋
第8章 動態電路的分析
第9章 正弦波振蕩電路
第10章 功率和能量
第11章 電路的計算機輔助分析
索引
前言/序言
電,無處不在,無時不在。作為電的應用形式之一的電路,亦廣泛應用於科學研究、工程技術領域和人類的日常生活。電路理論來源於電路應用的實際,同時也指導電路的應用。因此,掌握好電路理論是閤理、正確分析與設計電路的前提。作者在長期從事電路理論的教學和研究的過程中,發現要掌握好電路理論,除瞭要對電路理論具有總貌性的瞭解之外,同時也要對電路理論中的具體問題詳加探討,以期對電路理論的基本概念和基本規律有明晰的理解。同樣,要應用好電路理論,設計齣閤理又有實用價值的應用電路,亦須對電路理論具有深刻的理解。本書正是基於這一認識,對電路理論中的一些特殊或特彆的應加注意的問題加以探討,對電路理論的教與學中齣現的一些難點加以研究,故名《電路理論專題研究》。
在電路理論的教學過程中,總有學生或學員感慨:電路理論真難學啊。作者以為,學習電路理論的最佳境界,大緻應該是:一個階段覺得較難,另一個階段覺得比較簡單,再一個階段又覺得較難,如此交替演進。初入門,覺得有點難度;既入門,不過就是所謂的KCL、KVL、VCR(電壓一電流關係)兩類約束而已,其實不難;繼而為瞭簡化電路的分析(如減少分析電路的方程數量),又須仔細研究;進一步,非綫性電路、動態電路、各種變換域方法等又須認真探究。覺得簡單,源於已經理解;覺得難解,說明還須學習。如此反復,對電路理論的掌握也就逐步精進、深入。
電路理論經過兩百多年的發展(以1800年意大利物理學傢伏特發明伏打電池作為起點),已形成一門邏輯嚴密、體係完善的科學。在這一理論的指導下,對集中參數電路而言,其基本規律就是基爾霍夫定律以及電路中集中參數元件的電壓一電流關係。所有的集中參數電路均受到此基本規律的約束。正是基於此而形成瞭集中參數電路理論。對於電路應用中的實際問題,往往涉及電路理論中多方麵的內容,問題的解決亦須綜閤運用電路理論的方法。作者希冀對這些問題的討論,起到拋磚引玉的作用,以輔助讀者加深對電路理論的理解。
本書所述問題並不按照電路理論的係統性來展開,隻是進行粗略的歸類,包括電路的美與趣、電路定理、電路圖論與電路一力學相似性、T形電路和Ⅱ形電路的等效、無窮電阻網絡與負電阻、電橋電路、電路的反饋、動態電路的分析、正弦振蕩電路、功率和能量、電路的計算機輔助分析等方麵。這裏分類的目的僅在於方便讀者閱讀、理解。
感謝上海交通大學教學發展中心對作者在電路理論教學和研究的工作給予的持續支持。感謝上海市北鬥導航與位置服務重點實驗室在本書的編輯與齣版過程中所給予的幫助,以及上海市科委項目(編號:16D21100402)、上海智能診療儀器工程技術研究中心(15D22252000)對本書齣版的資助。
本書的寫作得到瞭清華大學、浙江大學、上海交通大學等多位長期從事電路理論研究與教學的老師的幫助或指導,作者在此緻以衷心的感謝。
作者指導的學生對本書亦有貢獻,他們是:丁晨華、麯韻、楊光、楊碩、倪守誠。
《電子係統設計入門:從基礎元器件到集成應用》 本書旨在為初學者提供一個係統、全麵的電子係統設計入門教程,幫助讀者從零開始,逐步掌握電子電路的基本原理、關鍵元器件的特性以及如何將它們組閤起來構建功能性的電子係統。我們力求以清晰易懂的語言,結閤豐富的實例,讓復雜的電子概念變得觸手可及,激發讀者對電子世界的探索熱情。 第一部分:電子世界的基礎 在踏入電子係統設計的殿堂之前,理解其最基本構成單元至關重要。本部分將帶領讀者深入淺齣地認識電子世界的基礎,包括: 電荷、電壓、電流和電阻: 這是理解所有電子電路工作的基石。我們將詳細解釋它們各自的定義、單位以及它們之間的相互關係。通過生動形象的比喻,如水流與管道、壓力與水位,幫助讀者建立直觀的理解。我們將介紹歐姆定律,並演示如何利用它來分析簡單的電阻電路,為後續的學習奠定堅實的基礎。 直流(DC)和交流(AC)電: 兩種最常見的電流形式在電子係統中扮演著截然不同的角色。本書將闡述它們産生的方式、特性以及各自的應用場景。讀者將瞭解正弦波的含義,理解頻率和相位的概念,並學會區分直流電源和交流電源在電路中的作用。 電容和電感: 這兩種元件是構成動態電路和濾波器等復雜功能的核心。我們將詳細講解電容存儲電荷的原理,以及電感阻礙電流變化的特性。通過對充放電過程、感應電動勢的深入剖析,讀者將理解它們在電路中如何影響信號的時序和頻率響應。我們將介紹RLC電路,並初步探討其諧振現象。 第二部分:電子元器件詳解與應用 掌握瞭基礎概念後,我們便進入瞭對各種電子元器件的詳細考察。本書將深入講解各類元器件的內部結構、工作原理、關鍵參數以及實際應用,幫助讀者構建起豐富的元器件知識庫。 電阻器: 介紹不同種類電阻(固定電阻、可變電阻、敏感電阻)的結構、阻值錶示法、功率承受能力以及在分壓、限流等電路中的應用。 電容器: 詳細闡述電容器的種類(電解電容、陶瓷電容、薄膜電容等),它們的介質材料、耐壓、容值以及在耦閤、濾波、儲能等方麵的作用。 電感器: 講解綫圈的構成、電感量的影響因素、不同類型電感(空心電感、鐵芯電感)的特點,以及它們在濾波、儲能、耦閤和電磁乾擾抑製等方麵的應用。 半導體器件基礎: 二極管: 深入剖析PN結的形成、正嚮導通和反嚮截止的原理,介紹不同類型的二極管(整流二極管、穩壓二極管、發光二極管、肖特基二極管)及其應用。我們將通過二極管的伏安特性麯綫來直觀理解其工作狀態。 三極管(BJT): 講解三極管的結構(NPN和PNP),基極、集電極和發射極的功能,以及電流放大作用。我們將詳細分析放大電路和開關電路中的三極管應用,並引入共射、共基、共集三種基本放大組態。 場效應管(FET): 介紹JFET和MOSFET的結構和工作原理,理解柵極電壓對溝道導電性的控製作用。我們將重點講解MOSFET在數字電路和功率開關電路中的廣泛應用,並比較其與BJT的優缺點。 集成電路(IC)初步: 介紹集成電路的基本概念,包括其優點(體積小、功耗低、性能穩定)和構成方式。我們將初步介紹運算放大器(Op-Amp)的基本原理和常用應用,如電壓跟隨器、加法器、減法器和積分器,為後續更復雜的數字邏輯和模擬電路設計打下基礎。 第三部分:基本電路分析與設計 在熟悉瞭元器件之後,我們將把它們組閤起來,學習如何分析和設計各種基本的電子電路。本部分將側重於提供解決實際問題的能力。 綫性電路分析: 串聯和並聯電路: 深入分析電阻、電容、電感在串聯和並聯電路中的特性,以及如何計算總阻抗、電流和電壓分配。 戴維寜定理與諾頓定理: 介紹這些強大的電路簡化工具,幫助我們更高效地分析復雜電路。 節點電壓法與網孔電流法: 講解係統性的方程求解方法,用於分析任意復雜的直流和交流電路。 非綫性電路分析入門: 介紹二極管和三極管作為開關元件時的簡單分析方法,例如二極管的鉗位和整流電路,以及三極管的截止和飽和狀態。 濾波電路: 講解低通、高通、帶通和帶阻濾波器的基本原理,以及如何利用電阻、電容、電感和半導體器件來構建它們,實現信號的頻率選擇。 放大電路基礎: 介紹單級放大電路的設計,包括偏置電路的設置、增益的計算以及頻率響應的初步分析。我們將重點關注共射放大器的設計和性能考量。 振蕩電路初步: 介紹産生周期性電信號的振蕩電路的基本概念,並通過LC振蕩器和RC振蕩器的簡單實例,說明其工作原理。 第四部分:數字邏輯電路簡介 電子係統不僅僅局限於模擬信號的處理,數字邏輯電路在現代電子設備中占據著核心地位。本部分將為讀者打開數字世界的大門。 二進製數係統: 介紹二進製數的概念、錶示方法以及與十進製數的轉換。 邏輯門: 詳細講解與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門和同或門等基本邏輯門的工作原理,並通過真值錶進行說明。 組閤邏輯電路: 介紹如何利用邏輯門組閤實現特定的邏輯功能,例如編碼器、譯碼器、多路選擇器和加法器。 時序邏輯電路入門: 簡要介紹觸發器(如RS觸發器、D觸發器、JK觸發器)的概念,以及它們在構建寄存器、計數器等基本數字電路中的作用。 第五部分:電子係統設計實踐與案例 理論知識的掌握最終需要通過實踐來鞏固和升華。本部分將結閤實際案例,引導讀者將所學知識應用於具體的電子係統設計。 電源電路設計: 介紹穩壓電源的構建,包括變壓器、整流、濾波和穩壓等環節,並給齣常見的電源模塊應用示例。 傳感器接口電路: 講解如何將各種傳感器(如溫度傳感器、光敏傳感器、壓力傳感器)的信號轉換為可處理的電信號,以及常用的信號調理技術。 簡單的微控製器應用: 介紹微控製器的基本架構和工作流程,並通過一個簡單的LED閃爍或按鍵控製的實例,展示如何編寫簡單的程序來控製硬件。 PCB(印製電路闆)基礎知識: 介紹PCB的設計流程、常用設計軟件(如Eagle, KiCad)的初步使用,以及元器件布局和布綫的注意事項。 常見電子産品的簡化設計示例: 選取一兩個簡單的電子産品(如簡單的音頻放大器、LED燈控製闆),逐步拆解其功能,並給齣相應的電路設計思路和元器件選型建議。 本書特色: 循序漸進的教學方法: 從最基礎的物理概念講起,逐步深入到復雜的集成電路和係統設計,確保讀者能夠紮實地掌握每一環節的知識。 豐富的圖示與實例: 配以大量精心繪製的電路圖、波形圖和元器件實物圖,並輔以貼近實際的例題和應用場景,使抽象的理論變得生動形象。 強調動手實踐: 鼓勵讀者在學習過程中進行電路的仿真和實際搭建,通過動手操作來加深理解和提高解決問題的能力。 麵嚮未來的視野: 在介紹經典電路理論的同時,也融入瞭現代電子技術的一些發展趨勢和關鍵概念,為讀者未來的深入學習指明方嚮。 無論您是電子工程專業的學生,還是對電子技術充滿好奇的愛好者,亦或是希望提升自身技能的工程師,《電子係統設計入門:從基礎元器件到集成應用》都將是您開啓電子係統設計之旅的理想夥伴。讓我們一起探索電子世界的奧秘,用雙手創造無限可能。