电路原理(高等学校电子信息类专业系列教材)

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张燕君,齐跃峰,吴国庆,朱奇光,毕卫红 著
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出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302481980
版次:1
商品编码:12182297
包装:平装
开本:16开
出版时间:2017-09-01
用纸:胶版纸
页数:273
字数:438000
正文语种:中文

具体描述

编辑推荐

  本教材严格参照教育部《普通高等学校本科专业目录(2012年)》、教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会《电子电气基础课程教学基本要求》,充分吸收国内外现有优秀教材的成功之处,结合作者多年的教学实践经验编写而成。通过本课程的学习,使学生掌握电路的基本理论知识、电路分析计算的基本方法,并为学习后续有关课程准备必要的电路知识。力争培养学生的科学思维能力,树立理论联系实际的工程观点,提高学生分析问题和解决问题的能力。

  (1)内容精炼保留经典的理论内容,删除与后续课程重复或应用较少的内容,使读者用较少的时间掌握电路理论的内容体系。

  (2)一题多解以一题多解的方式培养学生应用理论分析问题及解决问题的能力,使读者启迪思路、开阔视野,学会分析问题和解决问题的方法,并且能够适应启发式教学的需要。

  (3)利于拓展课后习题形式多样,分为简答题、选择题、计算题和思考题,利于不同层次、不同专业和不同程度的学生进行练习和拓展。

  (4)教学课件配书教案(PPT)可到清华大学出版社网站本书页面下载。


内容简介

  本教材系统介绍了电路的基本理论知识,全书共分为10章,主要内容包括电路模型和电路定律、电阻电路的分析、电路定理、动态电路的时域分析、正弦稳态电路的分析、三相电路、非正弦周期电流电路、动态电路的复频域分析、二端口网络、电路的矩阵方程。书末附有各章习题参考答案。

  本书可供高等院校自动化、电气工程及其自动化、电子信息工程、通信工程、生物医学工程、电子科学与技术、光信息科学与工程等光电类专业使用,也可供工程技术人员参考。


作者简介

  作者简介

  张燕君 博士,燕山大学信息科学与工程学院教授,中国光学学会光学教育专业委员会委员。长期从事电路原理、微机原理、光纤传感与信号处理等领域的教学和研究工作。先后开设“电路原理”“模拟电子技术”“微机原理与接口技术”“光电探测技术”等多门本科生及研究生课程。发表学术论文50余篇,其中SCI检索10余篇、EI检索30余篇。先后承担中国博士后科学基金、河北省自然科学基金和河北省科学技术研究与发展计划软科学研究等项目。获得国家发明专利4项,出版图书1部。


目录

第1章电路模型和电路定律

1.1实际电路和电路模型

1.1.1实际电路

1.1.2电路模型

1.2电流、电压参考方向及功率的计算

1.2.1电流参考方向

1.2.2电压参考方向

1.2.3关联及非关联参考方向、功率的计算

1.3电阻元件、独立电源与受控电源

1.3.1电阻元件

1.3.2独立电源

1.3.3受控电源

1.4基尔霍夫定律

1.4.1基尔霍夫电流定律

1.4.2基尔霍夫电压定律

习题1

第2章电阻电路的分析

2.1简单电阻电路的分析

2.1.1电路的等效变换

2.1.2电阻的串联及分压

2.1.3电阻的并联及分流

2.1.4串并联电路的分析

2.2电桥电路等效电阻的计算

2.2.1Wheatstone电桥电路

2.2.2含平衡电桥电路的等效电阻

2.2.3电阻的三角形连接与星形连接的等效变换

2.3电源模型的等效变换

2.3.1理想电源的等效变换

2.3.2实际电源两种模型及其等效变换

2.4电阻电路的一般分析

2.4.1网络图论简介

2.4.2KCL、KVL独立方程的个数

2.4.3支路电流法

2.4.4网孔电流法与回路电流法

2.4.5结点电压法

习题2

第3章电路定理

3.1叠加定理和齐性定理

3.1.1叠加定理

3.1.2齐性定理

3.2替代定理

3.3戴维宁定理和诺顿定理

3.3.1一端口

3.3.2戴维宁定理

3.3.3诺顿定理

3.3.4最大功率传输定理

3.4特勒根定理

3.4.1特勒根定理1

3.4.2特勒根定理2

3.5互易定理

3.5.1互易定理的一般形式

3.5.2互易定理形式1

3.5.3互易定理形式2

3.5.4互易定理形式3

习题3

第4章动态电路的时域分析

4.1动态元件

4.1.1电容元件

4.1.2电感元件

4.1.3动态元件的串并联

4.2动态电路的方程及其初始条件

4.2.1动态电路的基本概念及方程的建立

4.2.2换路定律与初始条件的确定

4.3一阶电路的零输入响应

4.3.1RC电路的零输入响应

4.3.2RL电路的零输入响应

4.4一阶电路的零状态响应

4.4.1RC电路的零状态响应

4.4.2RL电路的零状态响应

4.5一阶电路的全响应

4.5.1全响应

4.5.2三要素法

4.6一阶电路的阶跃响应

4.6.1阶跃函数

4.6.2阶跃响应

4.7一阶电路的冲激响应

4.7.1冲激函数

4.7.2冲激响应

4.8二阶电路的分析

4.8.1二阶电路的零输入响应

4.8.2二阶电路的零状态响应与全响应

习题4

第5章正弦稳态分析

5.1正弦电路的基本概念

5.1.1周期电压和电流

5.1.2正弦电压和电流

5.2正弦量的相量表示

5.2.1复数

5.2.2相量

5.2.3相量图

5.2.4同频率正弦量的代数和

5.3电路定律的相量形式

5.3.1正弦电路中的电路元件

5.3.2基尔霍夫定律的相量形式

5.3.3相量模型

5.4阻抗、导纳及其等效变换

5.4.1阻抗

5.4.2导纳

5.4.3阻抗和导纳的等效变换

5.5正弦稳态电路的相量分析

5.6正弦稳态电路的功率

5.6.1功率及功率因数

5.6.2复功率

5.6.3功率因数的提高

5.6.4最大功率传输定理

5.7谐振电路

5.7.1串联谐振电路

5.7.2并联谐振电路

5.8耦合电感

5.8.1耦合电感的伏安关系

5.8.2含有耦合电感电路的计算

5.9空心变压器与理想变压器

5.9.1空心变压器

5.9.2理想变压器

习题5

第6章三相电路

6.1三相电路的基本知识

6.1.1三相电源

6.1.2三相负载

6.1.3三相电路的连接

6.2对称三相电路

6.2.1相电压与线电压

6.2.2相电流与线电流

6.2.3对称三相电路的计算

6.3不对称三相电路

6.3.1不对称三相电路的计算

6.3.2不对称三相电路的常见问题

6.4三相电路的功率

6.4.1三相电路的功率

6.4.2三相电路功率的测量

6.5安全用电*

6.5.1三相五线制介绍

6.5.2住宅供电系统

6.5.3防止触电的技术措施

习题6

第7章非正弦周期电流电路

7.1非正弦周期信号及其频谱

7.1.1非正弦周期信号

7.1.2非正弦周期信号的频谱

7.2有效值、平均值和平均功率

7.2.1非正弦周期信号的有效值和平均值

7.2.2非正弦周期信号的功率

7.3非正弦周期电流电路的计算

7.3.1非正弦周期信号电路的电压和电流

7.3.2非正弦周期信号电路的功率

7.4谐波对供电系统的危害*

7.4.1对供、配电线路的危害

7.4.2对电力设备的危害

习题7

第8章动态电路的复频域分析

8.1拉普拉斯变换的定义和性质

8.1.1拉普拉斯变换的定义

8.1.2拉普拉斯变换的基本性质

8.2拉普拉斯反变换和部分分式展开

8.3应用拉普拉斯变换分析线性动态电路

8.3.1线性电路的复频域模型

8.3.2线性电路的复频域分析法

8.4网络函数

8.4.1网络函数的定义

8.4.2网络函数的极点和零点

习题8

第9章二端口网络

9.1概述

9.2二端口网络的方程和参数

9.2.1Y参数和方程

9.2.2Z参数和方程

9.2.3T参数和方程

9.2.4H参数和方程

9.3二端口网络的等效电路

9.3.1Z参数表示的等效电路

9.3.2Y参数表示的等效电路

9.4二端口网络的连接

9.4.1级联(链联)

9.4.2并联

9.4.3串联

9.5回转器和负阻抗变换器

9.5.1回转器

9.5.2负阻抗变换器

习题9

第10章电路的矩阵方程*

10.1关联矩阵、回路矩阵、割集矩阵

10.1.1关联矩阵

10.1.2回路矩阵

10.1.3割集矩阵

10.2电路方程的矩阵形式

10.2.1回路电流方程的矩阵形式

10.2.2结点电压方程的矩阵形式

10.2.3割集电压方程的矩阵形式

10.3状态方程

习题10

注:标注“*”的内容为选学内容。


精彩书摘

  第5章

  CHAPTER5

  正弦稳态分析

  电路中的电流和电压都按同一频率的正弦规律变化,处于这种稳定状态的电路称为正弦稳态电路,又称为正弦电流电路。本章首先介绍正弦量的相量表示,导出基尔霍夫定律和元件特性的相量表示;其次引入阻抗、导纳等概念,并通过实例说明如何利用相量法进行线性电路的正弦稳态分析;再介绍正弦电流电路的瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率和复功率;最后微谐振电路和互感耦合电路的分析。

  5.1正弦电路的基本概念

  5.1.1周期电压和电流

  随时间变化的电压和电流,称为时变电压和电流,如图5��1中各图所示。时变电压和电流在任一时刻的数值称为瞬时值,用u(t)和i(t)表示。图5��2中,“+”、“-”极性表示电压u的参考方向,箭头表示电流i的参考方向。根据电压或电流瞬时值的正负,结合参考方向便可以确定电压或电流的真实方向。

  图5��1时变电压和电流

  图5��2电路的参考方向

  如果时变电压和电流的每个值经过相等的时间后重复出现,这种时变电压和电流便是周期性的,称为周期电压和电流,如图5��1(b)、图5��1(c)、图5��1(d)所示。以电压为例,周期电压应满足

  u(t)=u(t+nT)(5��1)

  式中,n为整数;T为周期,是波形(函数)再次重复出现所需要的最短时间间隔,单位为秒(s)。单位时间内的循环(周期)数称为频率,用f表示,有

  f=1T(5��2)

  频率的单位为赫(兹),用符号Hz表示。实际工程中,还常用千赫(kHz)、兆赫(MHz)和吉赫(GHz)等单位,并常以频率区分电路,如低频电路、高频电路、甚高频电路等。

  在一个周期内平均值等于零的周期电压(电流),称为交变电压(电流),也叫做交流电压(电流)。图5��1(b)、图5��1(c)和图5��1(d)所示的矩形波、锯齿波和正弦波就是交流电压(电流)的例子。

  在交流电路中,电压和电流随时间不断变化,会引起直流电路中没有的现象。例如,电容上电压的周期性变化,会引起电容周期性充电和放电,因而在电容中形成稳态的位移电流;电感中电流的周期性变化,会引起周期性感应电动势的产生,因而在电感两端形成稳态的周期性电压。因此,交流电路的分析除了考虑电阻的作用外,还必须同时考虑电容和电感的作用。

  5.1.2正弦电压和电流

  随时间按正弦规律变化的电压和电流称为正弦电压和正弦电流,统称为正弦量。对正弦量的数学描述,既可以用时间的正弦函数表示,也可以用时间的余弦函数表示。用相量法分析时,要注意采用的是哪一种形式,不要二者混用。本书采用余弦函数。

  图5��3(a)所示的正弦电流i,在图示参考方向下,其瞬时值表达式为

  i=Imcos(ωt+ψi)(5��3)

  式中,Im是正弦电流的最大值、振幅或幅值。(ωt+ψi)是正弦电流的辐角,称为相位,它表示正弦量随时间的变化进程,单位为弧度(rad)。相位(ωt+ψi)对时间的变化率ω称作正弦量的角频率,它反映了正弦量相位变化的快慢程度,单位为rad/s。

  d(ωt+ψi)dt=ω

  角频率ω、频率f和周期T的关系为

  ωT=2π,ω=2πf

  我国电力系统提供的正弦电压,频率为50Hz(称为工频),角频率为100πrad/s,约314rad/s。在作波形图时,常把横坐标定为ωt,而并不一定是时间t,二者的差别就在于比例常数ω。

  图5��3正弦电流i的波形

  ψi称作正弦量的初相位(角),简称为初相,它代表正弦量在t=0时刻的相位,反映了正弦波初始值的大小。初相与计时起点的选择有关,还与该正弦量参考方向的选择有关,通常取|ψi|≤π。图5��3(a)中,在图示参考方向下,i=Imcos(ωt+ψi),其中ψi>0。如果把电流的参考方向反过来,如图5��3(b)所示,其瞬时值反号,i=-Imcos(ωt+ψi),波形图与原波形图关于横轴成镜像,其表达式可以写为i=Imcos(ωt+ψi-π)=Imcos(ωt+ψ′i),式中的初相改变了π,ψ′i<0。

  正弦量的振幅、角频率ω和初相ψi是决定正弦量表达式的三个常数,称作正弦量的三要素。正弦量有个十分重要的性质,即同频正弦量的代数和、正弦量乘以常数、正弦量的微分、积分等运算,其结果仍为一个同频率的正弦量。

  工程上常将周期电流(或电压)在一个周期内产生的平均效应换算为在效应上与之相等的直流量,以衡量和比较周期电流(或电压)的效应,这一直流量就称为周期量的有效值,用相对应的大写字母表示。下面以周期电流为例加以说明。

  设周期电流为i,当其通过电阻R时,该电阻在一个周期T内吸收的电能为

  W=∫T0Ri2dt


前言/序言

  前言

  电路原理是电类专业非常重要的一门技术基础课,通过本课程的学习,使学生掌握电路的基本理论知识、电路分析计算的基本方法,并为学习后续有关课程准备必要的电路知识。学习电路课程,对培养学生的科学思维能力,树立理论联系实际的工程观点和提高学生分析问题和解决问题的能力,都有重要的作用。该课程在整个电类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。

  本教材严格参照教育部《普通高等学校本科专业目录(2012年)》、教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会《电子电气基础课程教学基本要求》,充分吸收国内外现有优秀教材的成功之处,结合作者多年的教学实践和经验编写而成。本教材特色如下:

  1.内容精练。本教材强调基本概念的理解,注重新老内容的结合,特别注重理论联系实际。对电路理论中传统的内容进行了整合,保留经典的理论内容,删除与后续课程重复或应用较少的内容,使学生用较少的时间掌握电路理论的内容体系。

  2.一题多解。本教材以一题多解的方式培养学生应用理论分析问题及解决问题的能力,使学生启迪思路、开阔视野,学会分析问题和解决问题的方法,并且能适应启发式教学的需要。

  3.利于拓展。本教材课后习题分为简答题、选择题、计算题和思考题,利于不同层次、不同专业和不同程度的学生进行练习和拓展。

  本书的内容安排是:第1~3章为直流电路,主要介绍基本元件及其特性、基本定理、定律及分析方法;第4章为一阶动态电路,主要介绍动态电路的时域分析;第5章和第6章为正弦电路,主要介绍一般正弦稳态电路和三相电路的分析;第7章为非正弦周期电流电路;第8章为动态电路复频域分析;第9章和第10章为二端口网络和网络方程。

  燕山大学信息学院电路原理课程于2003年被评为河北省省级精品课程,2008年再次通过省级精品课程评估。本书是电路精品课程主讲教师在总结多年教学经验的基础上编写而成的。参加编写的人员及分工为:王伟编写第1章和第3章;李文慧编写第2章;朱奇光编写第4章;张燕君编写第5章和第10章;齐跃峰编写第6章和第7章;吴国庆编写第8章和第9章。全书由张燕君统稿并作部分调整。

  本书由毕卫红主审并提出了许多宝贵的意见,高美静、金娃和刘烁参与了本书的审读工作,作者在此表示衷心的感谢!由于编者水平有限,加之时间仓促,错误和疏漏在所难免,敬请专家、同仁和广大读者指正。

  编者2017年7月



《电路原理(高等学校电子信息类专业系列教材)》 前言 电子信息技术作为当今世界发展最迅猛、影响最深远的领域之一,其基石便是对电路原理的深刻理解。从微小的集成电路到庞大的通信网络,从智能手机的精密设计到高能物理的实验设备,无不建立在对电信号、电磁场以及元器件相互作用的精确掌握之上。高等学校的电子信息类专业,其核心任务之一便是为国家和社会培养具备扎实电路理论功底和创新实践能力的高素质人才。 本书,《电路原理(高等学校电子信息类专业系列教材)》,正是为了响应这一时代需求而精心编撰。它旨在为广大电子信息类专业本科生提供一套系统、深入、易于理解的电路原理教学材料。本书的编写团队汇聚了国内多所著名高校在电路理论教学与研究领域享有盛誉的专家学者,他们以多年的教学经验为基础,结合当前电子信息技术发展的最新趋势,力求在内容深度、广度、难度以及教学方法上达到新的高度。 本书的编写遵循了以下几个核心原则: 基础性与前沿性的结合: 理论是实践的指导,而实践又反哺理论的创新。本书在夯实经典电路理论知识(如基尔霍夫定律、欧姆定律、戴维宁定理、诺顿定理等)的同时,也积极融入了与现代电子信息技术紧密相关的概念和方法,例如对非线性电路、信号与系统、以及部分数字电路基础的初步探讨。 系统性与逻辑性的统一: 电路理论是一门严谨的学科,知识点之间环环相扣。本书的章节安排力求逻辑清晰,层层递进,从直流电路到交流电路,从一阶电路到二阶电路,从稳态分析到瞬态分析,再到复杂电路的分析方法,每一个部分都建立在前一部分知识的基础上,确保学习过程的连贯性和有效性。 理论与实践的紧密联系: 学习电路理论的最终目的是为了设计和分析实际电路。因此,本书在理论讲解中穿插了大量的例题,这些例题不仅形式多样,涵盖了不同难度和应用场景,而且解答过程详尽,有助于读者掌握分析电路的思路和方法。同时,本书也为后续的实验课程和设计项目奠定了坚实的理论基础。 启发性与探索性的教学理念: 我们希望本书不仅仅是一本“教材”,更能成为激发学生学习兴趣、培养其独立思考和解决问题能力的“工具”。因此,在内容的呈现上,我们力求深入浅出,对于一些抽象的概念,通过生动的比喻和图示进行解释,鼓励学生主动探索,形成自己的理解。 本书的读者对象主要是高等学校电子信息科学与技术、通信工程、自动化、微电子科学与工程、计算机科学与技术等相关专业的本科生。对于其他相关专业的学生,或希望深入了解电路理论的爱好者,本书同样具有重要的参考价值。 在阅读本书的过程中,我们建议读者: 1. 课前预习: 提前阅读即将学习的内容,对基本概念和公式有所了解,带着问题去听课。 2. 课堂专注: 认真听讲,积极思考,及时做好笔记,对于不理解的地方及时提问。 3. 课后复习与练习: 及时复习课堂内容,重点是理解概念和掌握分析方法。务必认真完成书中的例题和习题,这是巩固知识、提升能力的关键。 4. 拓展思考: 尝试将所学知识与实际生活中的电路器件和系统联系起来,思考其工作原理。 随着科技的飞速发展,电子信息技术日新月异。对电路原理的掌握,将为学生们未来在人工智能、物联网、5G通信、集成电路设计等前沿领域的学习和工作打下坚实的基础。我们衷心希望本书能成为读者学习电路原理的得力助手,开启一段探索奥妙的电气之旅。 目录(结构概述,具体内容根据实际教材填充) 第一部分:电路分析基础 第一章 绪论 1.1 电工学和电路在国民经济中的作用 1.2 电路的基本概念(电路、电源、负载、电路参数) 1.3 电路的组成(电路图、元件符号、连接方式) 1.4 电路的分类(直流电路、交流电路、线性电路、非线性电路) 1.5 电路分析的基本方法与任务 1.6 电路分析中的常用单位与符号 第二章 直流电路分析 2.1 电压、电流、电阻、功率、能量 2.2 欧姆定律与焦耳定律 2.3 基尔霍夫定律(KCL, KVL) 2.4 支路电流法与节点电压法 2.5 叠加定理 2.6 等效电源定理(戴维宁定理与诺顿定理) 2.7 最大功率传输定理 2.8 含有受控源电路的分析 2.9 实际电源模型与非线性元件初步介绍(可选) 第三章 一阶电路的暂态分析 3.1 电容元件与电感元件 3.2 RC电路的暂态分析(一阶电路的微分方程建立与求解) 3.3 RL电路的暂态分析 3.4 时间常数 3.5 一阶电路的稳态与暂态响应 第四章 二阶电路的暂态分析 4.1 二阶电路的构成(RLC电路) 4.2 二阶电路的微分方程建立 4.3 RLC电路的暂态响应(欠阻尼、临界阻尼、过阻尼) 4.4 二阶电路的无源二端网络暂态分析 4.5 二阶电路的含有独立电源暂态分析 第五章 正弦稳态电路分析 5.1 正弦量及其三要素(初相位、角频率、幅值) 5.2 相量及其运算 5.3 阻抗与导纳 5.4 R, L, C元件的正弦稳态相量模型 5.5 交流电路的KCL和KVL方程 5.6 交流电路的节点电压法和支路电流法 5.7 交流电路的戴维宁定理与诺顿定理 5.8 功率分析(瞬时功率、平均功率、无功功率、视在功率、功率因数) 5.9 最大功率传输定理在交流电路中的应用 第二部分:复杂电路分析与扩展 第六章 三相电路 6.1 三相电源(对称三相电源、不对称三相电源) 6.2 三相负载(星形连接Y、三角形连接Δ) 6.3 对称三相电路的分析(相电压、线电压、相电流、线电流、功率) 6.4 不对称三相电路的分析(基本方法) 第七章 磁路与变压器 7.1 磁场与磁路基本概念 7.2 磁路的计算(等效电阻法) 7.3 铁芯电感与互感 7.4 理想变压器 7.5 实际变压器模型与参数 7.6 变压器的原理与应用 第八章 非正弦周期电流电路 8.1 非正弦周期电流的傅里叶级数展开 8.2 含有非正弦周期电流的电路分析 8.3 有效值与平均值 8.4 功率计算 第九章 信号与系统基础(初步介绍) 9.1 信号的分类(连续/离散、周期/非周期、能量/功率) 9.2 系统的基本概念(线性、时不变) 9.3 卷积定理 9.4 系统的动态特性与瞬态响应(复习与深化) 第十章 耦合电感与理想变压器 10.1 耦合电感的概念与互感 10.2 耦合电感的电路模型 10.3 理想变压器的原理与应用(复习与深化) 第十一章 具有互感和理想变压器的电路分析 11.1 含有耦合电感的电路分析方法 11.2 理想变压器在电路中的应用 附录 常用电路分析公式汇总 数学基础知识回顾(复数运算、微分方程求解等) 电路元件特性曲线示例 参考文献 内容详述(以某章节为例,内容非本书真实内容,仅为示例说明) 第二章 直流电路分析(详细阐述) 本章是学习电路原理的基石,我们将从最基本、最核心的概念入手,逐步建立起分析直流电路的完整体系。 2.1 电压、电流、电阻、功率、能量 电流(Current): 我们将严谨定义电荷的定向移动,引入电流的单位“安培”(A),并介绍其方向性。通过具体例子,如导线中电子的移动,阐述电流的宏观表现。我们将区分“实际电流”和“约定电流”的方向,以及电荷守恒定律在电流分析中的重要性。 电压(Voltage): 定义为单位电荷从低电势点移动到高电势点所做的功,介绍电压的单位“伏特”(V)。我们将深入理解电压的“电位差”概念,并通过水压的比喻来形象化理解电压的驱动作用。重点区分“电源电动势”与“端电压”的区别。 电阻(Resistance): 定义为材料对电流阻碍作用的度量,介绍电阻的单位“欧姆”(Ω)。我们将深入探讨欧姆定律 $U=IR$ 的精髓,并分析影响电阻大小的因素:材料的电阻率、导体的长度和横截面积,以及温度的影响。 功率(Power): 定义为单位时间内电能的转换速率,介绍功率的单位“瓦特”(W)。我们将推导出 $P=UI=I^2R=U^2/R$ 等一系列功率计算公式,并强调功率的“消耗”与“产生”的含义。 能量(Energy): 定义为功率在一段时间内的累积,介绍能量的单位“焦耳”(J)和“千瓦时”(kWh,度)。我们将展示电能的产生(如电池)和消耗(如灯泡发热发光),以及能量守恒定律在电路中的体现。 2.2 欧姆定律与焦耳定律 欧姆定律: 详细讲解欧姆定律在线性电阻元件上的适用性。我们不仅要记住公式,更要理解其物理意义:在恒定温度下,通过线性电阻的电流与施加在其两端的电压成正比,与电阻成反比。我们将通过图示,如 $I-U$ 特性曲线,来直观展示线性电阻的特点。 焦耳定律: 讲解电流通过电阻时产生的热效应。公式 $Q=I^2Rt$ (其中Q为热量)将用于计算电阻性负载的发热量,这在电加热、电动机等应用中至关重要。我们将强调,功率是能量在单位时间内消耗的速率,而热量是能量的一种形式。 2.3 基尔霍夫定律(KCL, KVL) 基尔霍夫电流定律(KCL): 阐述“节点”的概念,即三条或三条以上支路汇聚的点。KCL定律即“流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和”。我们将用数学形式表示为 $sum_{k=1}^{n} I_k = 0$ (设流入为正)。通过实际电路图,演示如何识别节点并列出KCL方程。 基尔霍夫电压定律(KVL): 阐述“回路”的概念,即电路中任意一个闭合路径。KVL定律即“沿着回路进行的电势升之和等于电势降之和”。我们将用数学形式表示为 $sum_{k=1}^{n} U_k = 0$ (沿同一方向,电势升高为正,降低为负)。通过实际电路图,演示如何选取回路以及正确判断电压升降方向,列出KVL方程。 2.4 支路电流法与节点电压法 支路电流法: 原理: 将电路中的每一段独立通路(支路)定义一个支路电流,然后列出足够数量的KCL和KVL方程组,求解所有支路电流。 步骤: 1. 确定电路的支路数目 $b$。 2. 选择一个参考方向,为每一支路设定一个支路电流(例如 $I_1, I_2, dots, I_b$)。 3. 根据KCL,选择 $b-1$ 个独立的节点,列出 $b-1$ 个KCL方程。 4. 根据KVL,选取 $b-(b-1)=1$ 个独立的回路,列出其余的KVL方程。 5. 联立方程组,求解出所有支路电流。 例题分析: 提供一个包含多个独立电源和电阻的复杂直流电路,通过支路电流法详细演示求解过程,并分析其优缺点。 节点电压法: 原理: 以某一节点作为参考点(接地),将其电势设为零。然后用其他节点的电势(节点电压)来表示支路电流,并利用KCL列出以节点电压为未知数的方程组。 步骤: 1. 选择一个参考节点,并将其电势设为零。 2. 标记出所有非参考节点。 3. 将每个非参考节点的电势表示为节点电压(例如 $U_1, U_2, dots, U_n$)。 4. 对每个非参考节点,根据KCL列出方程。支路电流用节点电压和支路电阻表示,例如,连接节点i和节点j的支路电流为 $(U_i - U_j) / R_{ij}$。 5. 求解出所有节点电压。 6. 根据节点电压计算任意支路的电流或电压。 例题分析: 使用与支路电流法相同的电路,通过节点电压法进行求解,对比两种方法的效率和适用性。特别强调当电路中存在电压源时,如何处理。 2.5 叠加定理 定理内容: 对于一个线性电路,当存在多个独立电源时,任意支路的响应(如电流或电压)等于各个独立电源单独作用时,该支路响应的代数和。 适用条件: 仅适用于线性电路,即电路中的所有元件都是线性的(电阻、电容、电感),且不含受控源(或含受控源但其系数与电源无关)。 应用步骤: 1. 保留一个独立电源,将其余所有独立电压源短路(电压变为零),独立电流源开路(电流变为零)。 2. 计算此单一电源作用下目标支路的响应。 3. 重复步骤1和2,对每一个独立电源进行计算。 4. 将所有单独作用下计算得到的响应代数和,即为总响应。 例题分析: 使用含有多个独立电源的电路,通过叠加定理演示求解过程,并指出其在简化复杂电路分析中的作用。 2.6 等效电源定理(戴维宁定理与诺顿定理) 戴维宁定理: 任何一个含有独立电源和线性电阻的二端网络,对外都可以等效为一个电压源 $U_{th}$ 和一个串联电阻 $R_{th}$ 组成的等效电路。 计算 $U_{th}$: 断开二端网络,计算断开点(端口)之间的开路电压。 计算 $R_{th}$: 将所有独立电压源置零(短路),独立电流源置零(开路),计算端口的等效电阻。 等效电路: $U_{th}$ 与 $R_{th}$ 串联。 诺顿定理: 任何一个含有独立电源和线性电阻的二端网络,对外都可以等效为一个电流源 $I_{N}$ 和一个并联电阻 $R_{N}$ 组成的等效电路。 计算 $I_{N}$: 断开二端网络,并在断开点(端口)处连接一个短路,计算短路电流。 计算 $R_{N}$: 与戴维宁定理中的 $R_{th}$ 计算方法相同。 等效电路: $I_{N}$ 与 $R_{N}$ 并联。 两定理的关系: $U_{th} = I_{N} R_{th} = I_{N} R_{N}$ 且 $R_{th} = R_{N}$。 应用价值: 当我们需要分析某个二端网络在不同负载下的响应时,可以将该网络等效为简单的等效电源,大大简化计算。 例题分析: 选择一个复杂的二端网络,分别使用戴维宁定理和诺顿定理进行等效,并验证两种方法的等效性和结果的一致性。 2.7 最大功率传输定理 定理内容: 当负载电阻 $R_L$ 等于电源的等效内阻 $R_{th}$ 时(或负载导纳的电导部分等于电源等效内电导时,对于交流),电源能向负载传输的最大功率。 推导与证明: 基于戴维宁等效电路,计算负载上消耗的功率 $P_L = I_L^2 R_L = (U_{th}/(R_{th}+R_L))^2 R_L$,然后求导并令导数为零,得到 $R_L = R_{th}$。 应用意义: 在实际应用中,如通信系统、音频放大器等,需要实现最大功率传输,此时需要根据电源的内阻来匹配负载。 例题分析: 利用戴维宁定理得到的等效电源,计算当负载电阻变化时,电源输出功率的变化,并验证最大功率传输的条件。 2.8 含有受控源电路的分析 受控源概念: 电压源或电流源的输出值(电压或电流)由电路中其他部分的电压或电流来控制。 电压控制电压源 (VCVS): 输出电压 $u_{out} = k u_{in}$,k为电压增益。 电流控制电压源 (CCVS): 输出电压 $u_{out} = r i_{in}$,r为电阻增益。 电压控制电流源 (VCCS): 输出电流 $i_{out} = g u_{in}$,g为跨导。 电流控制电流源 (CCCS): 输出电流 $i_{out} = eta i_{in}$,$eta$ 为电流增益。 分析方法: 含有受控源的电路通常不能直接使用叠加定理(除非受控源的控制量与独立电源无关)。常用的方法有: 支路电流法和节点电压法: 需要将受控源方程代入原方程组,形成包含受控源系数的方程组。 等效电源法(部分适用): 可以先将受控源及其控制支路视为一个整体进行分析。 激励-响应法: 施加一个激励(如单位电压或电流),然后计算响应,从而得到等效参数。 例题分析: 选取一个包含受控源(如晶体管等效电路)的简单电路,演示如何使用节点电压法或支路电流法求解。 2.9 实际电源模型与非线性元件初步介绍(可选) 实际电源模型: 理想电压源与串联内阻模型,理想电流源与并联内阻模型。 非线性元件初步: 简要介绍二极管、三极管等基本非线性元件的工作特性,以及它们与线性电阻在 $I-U$ 特性曲线上的区别。为后续章节的非线性电路分析奠定基础。 本书的第二章通过对直流电路的深入剖析,旨在让读者熟练掌握分析直流电路的基本工具和方法,为后续更复杂的交流电路、暂态电路和非线性电路的学习打下坚实的基础。每一个概念的提出都辅以严格的定义和形象的比喻,每一个方法的讲解都伴随详细的步骤和典型的例题。我们鼓励读者在学习过程中勤加练习,真正做到“学以致用”。

用户评价

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要说这本书的亮点,我觉得最突出的一点就是它能够有效地连接理论与实践。很多时候,我们在课堂上学习到的理论知识,到了实际应用中却显得捉襟见肘。《电路原理》这本书,恰恰弥补了这一不足。它不仅仅是介绍理论,更重要的是,它会引导你去思考这些理论如何在现实世界中发挥作用。 例如,书中在讲解交流电路时,并没有停留在正弦波的分析上,而是会进一步探讨实际工程中交流电的应用,比如如何进行功率的计算,如何分析电抗对电路的影响。这些内容对于理解现代电子设备的运行至关重要。我印象特别深刻的是,书中还包含了一些关于电路设计的初步介绍,虽然不深入,但足以让我感受到理论知识在实际工程中的指导意义。这本教材让我觉得,学习电路原理不仅仅是为了应付考试,更是为了将来能够真正地运用这些知识去创造和解决问题。

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这本《电路原理》给我的感觉,就像是进入了一个充满无限可能的神奇世界。初次翻开,它并没有以枯燥的公式和抽象的概念堆砌来吓唬我,而是循序渐进地引导我认识电流、电压、电阻这些最基础的“小精灵”。作者的叙述方式非常生动,常常会用一些贴近生活的类比,比如将电路比作城市的交通系统,电流就像川流不息的车流,电压则是驱动车流的能量,而电阻则是道路上的各种障碍。这样的比喻让原本难以理解的物理概念变得鲜活起来,我甚至能想象到电子在导线中穿梭的景象。 更让我惊喜的是,书中对于各个章节的逻辑衔接做得非常出色。从直流电路的基础,到交流电路的复杂性,再到包含更多元器件的电路分析,每一步都好像是为前一步打下坚实的基础,又为下一步铺设好了清晰的道路。作者没有急于求成,而是耐心地解释每一个概念的由来和应用,每一个公式的推导过程也都清晰明了。我尤其喜欢书中的例题,它们不仅仅是数字的堆砌,更是对理论知识的生动实践。通过分析和解决这些例题,我能够更深刻地理解公式背后的含义,以及它们如何在实际电路中发挥作用。这种“学以致用”的感觉,极大地激发了我学习的兴趣和动力。

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对于我这样一个初学者来说,接触《电路原理》这样一门基础课程,最看重的就是其清晰度和实用性。《电路原理》这本书在这两方面都做得相当到位。书中对于基本概念的解释,可以说是非常透彻了,不会留下任何模糊的角落。每一个公式的推导都伴随着详尽的文字说明,确保读者能够理解其逻辑性和合理性,而不是死记硬背。 我特别喜欢书中对于各种电路元件的介绍,比如电阻、电容、电感,甚至是一些晶体管和运算放大器。作者并没有简单地罗列它们的参数和特性,而是会从物理原理出发,解释它们为何会产生这样的行为,以及在电路中扮演着怎样的角色。这让我能够更深入地理解这些元件的工作原理,而不是停留在表面的参数记忆。书中的图示也十分精美,清晰地展示了电路的连接方式和元件的结构,大大降低了理解难度。

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说实话,一开始对《电路原理》这类专业教材是有些畏惧的,总觉得会充满晦涩难懂的术语和复杂精深的理论。然而,这本《电路原理》完全颠覆了我的认知。它的语言风格非常严谨,但又不是那种死板的教条式叙述。作者在介绍概念时,总能巧妙地融入一些历史背景或者实际应用的案例,这让我在学习理论的同时,也能感受到这门学科的魅力和重要性。 我尤其欣赏书中对于电路分析方法的介绍。从最初的基尔霍夫定律,到后面的节点分析法、网孔分析法,再到更高级的戴维宁定理和诺顿定理,每一种方法都被详细地讲解了其适用范围和推导过程。书中给出的解题步骤非常清晰,甚至可以说是手把手地教导我如何去分析一个复杂的电路。当我尝试着运用这些方法去解决书中的习题时,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。这不仅仅是掌握了一项技能,更是一种解决问题能力的提升。

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我一直认为,学习一门科学,最怕的就是“雾里看花”,对基本概念一知半解。这本《电路原理》在这一点上做得非常出色,它以一种极其严谨但又不失活泼的方式,向我们展示了电路世界的奥秘。从最基本的欧姆定律、焦耳定律,到复杂的暂态分析、稳态分析,每一个环节都像剥洋葱一样,层层递进,将最核心的知识点呈现在我们眼前。 书中对于一些经典电路的分析,比如RC、RL、RLC电路的暂态响应,都给出了非常详尽的推导过程和波形示意图。这让我能够直观地看到电容器和电感器在充放电过程中的行为变化,以及不同参数对响应时间的影响。这种可视化地呈现,极大地增强了我的理解能力。而且,书中还穿插了一些关于实际电路故障分析和排除的简单介绍,虽然篇幅不长,但却让我看到了理论知识在实际应用中的价值,极大地激发了我进一步探索的兴趣。

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