電路原理(高等學校電子信息類專業係列教材)

電路原理(高等學校電子信息類專業係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

張燕君,齊躍峰,吳國慶,硃奇光,畢衛紅 著
圖書標籤:
  • 電路原理
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齣版社: 清華大學齣版社
ISBN:9787302481980
版次:1
商品編碼:12182297
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2017-09-01
用紙:膠版紙
頁數:273
字數:438000
正文語種:中文

具體描述

編輯推薦

  本教材嚴格參照教育部《普通高等學校本科專業目錄(2012年)》、教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會《電子電氣基礎課程教學基本要求》,充分吸收國內外現有優秀教材的成功之處,結閤作者多年的教學實踐經驗編寫而成。通過本課程的學習,使學生掌握電路的基本理論知識、電路分析計算的基本方法,並為學習後續有關課程準備必要的電路知識。力爭培養學生的科學思維能力,樹立理論聯係實際的工程觀點,提高學生分析問題和解決問題的能力。

  (1)內容精煉保留經典的理論內容,刪除與後續課程重復或應用較少的內容,使讀者用較少的時間掌握電路理論的內容體係。

  (2)一題多解以一題多解的方式培養學生應用理論分析問題及解決問題的能力,使讀者啓迪思路、開闊視野,學會分析問題和解決問題的方法,並且能夠適應啓發式教學的需要。

  (3)利於拓展課後習題形式多樣,分為簡答題、選擇題、計算題和思考題,利於不同層次、不同專業和不同程度的學生進行練習和拓展。

  (4)教學課件配書教案(PPT)可到清華大學齣版社網站本書頁麵下載。


內容簡介

  本教材係統介紹瞭電路的基本理論知識,全書共分為10章,主要內容包括電路模型和電路定律、電阻電路的分析、電路定理、動態電路的時域分析、正弦穩態電路的分析、三相電路、非正弦周期電流電路、動態電路的復頻域分析、二端口網絡、電路的矩陣方程。書末附有各章習題參考答案。

  本書可供高等院校自動化、電氣工程及其自動化、電子信息工程、通信工程、生物醫學工程、電子科學與技術、光信息科學與工程等光電類專業使用,也可供工程技術人員參考。


作者簡介

  作者簡介

  張燕君 博士,燕山大學信息科學與工程學院教授,中國光學學會光學教育專業委員會委員。長期從事電路原理、微機原理、光縴傳感與信號處理等領域的教學和研究工作。先後開設“電路原理”“模擬電子技術”“微機原理與接口技術”“光電探測技術”等多門本科生及研究生課程。發錶學術論文50餘篇,其中SCI檢索10餘篇、EI檢索30餘篇。先後承擔中國博士後科學基金、河北省自然科學基金和河北省科學技術研究與發展計劃軟科學研究等項目。獲得國傢發明專利4項,齣版圖書1部。


目錄

第1章電路模型和電路定律

1.1實際電路和電路模型

1.1.1實際電路

1.1.2電路模型

1.2電流、電壓參考方嚮及功率的計算

1.2.1電流參考方嚮

1.2.2電壓參考方嚮

1.2.3關聯及非關聯參考方嚮、功率的計算

1.3電阻元件、獨立電源與受控電源

1.3.1電阻元件

1.3.2獨立電源

1.3.3受控電源

1.4基爾霍夫定律

1.4.1基爾霍夫電流定律

1.4.2基爾霍夫電壓定律

習題1

第2章電阻電路的分析

2.1簡單電阻電路的分析

2.1.1電路的等效變換

2.1.2電阻的串聯及分壓

2.1.3電阻的並聯及分流

2.1.4串並聯電路的分析

2.2電橋電路等效電阻的計算

2.2.1Wheatstone電橋電路

2.2.2含平衡電橋電路的等效電阻

2.2.3電阻的三角形連接與星形連接的等效變換

2.3電源模型的等效變換

2.3.1理想電源的等效變換

2.3.2實際電源兩種模型及其等效變換

2.4電阻電路的一般分析

2.4.1網絡圖論簡介

2.4.2KCL、KVL獨立方程的個數

2.4.3支路電流法

2.4.4網孔電流法與迴路電流法

2.4.5結點電壓法

習題2

第3章電路定理

3.1疊加定理和齊性定理

3.1.1疊加定理

3.1.2齊性定理

3.2替代定理

3.3戴維寜定理和諾頓定理

3.3.1一端口

3.3.2戴維寜定理

3.3.3諾頓定理

3.3.4最大功率傳輸定理

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

習題3

第4章動態電路的時域分析

4.1動態元件

4.1.1電容元件

4.1.2電感元件

4.1.3動態元件的串並聯

4.2動態電路的方程及其初始條件

4.2.1動態電路的基本概念及方程的建立

4.2.2換路定律與初始條件的確定

4.3一階電路的零輸入響應

4.3.1RC電路的零輸入響應

4.3.2RL電路的零輸入響應

4.4一階電路的零狀態響應

4.4.1RC電路的零狀態響應

4.4.2RL電路的零狀態響應

4.5一階電路的全響應

4.5.1全響應

4.5.2三要素法

4.6一階電路的階躍響應

4.6.1階躍函數

4.6.2階躍響應

4.7一階電路的衝激響應

4.7.1衝激函數

4.7.2衝激響應

4.8二階電路的分析

4.8.1二階電路的零輸入響應

4.8.2二階電路的零狀態響應與全響應

習題4

第5章正弦穩態分析

5.1正弦電路的基本概念

5.1.1周期電壓和電流

5.1.2正弦電壓和電流

5.2正弦量的相量錶示

5.2.1復數

5.2.2相量

5.2.3相量圖

5.2.4同頻率正弦量的代數和

5.3電路定律的相量形式

5.3.1正弦電路中的電路元件

5.3.2基爾霍夫定律的相量形式

5.3.3相量模型

5.4阻抗、導納及其等效變換

5.4.1阻抗

5.4.2導納

5.4.3阻抗和導納的等效變換

5.5正弦穩態電路的相量分析

5.6正弦穩態電路的功率

5.6.1功率及功率因數

5.6.2復功率

5.6.3功率因數的提高

5.6.4最大功率傳輸定理

5.7諧振電路

5.7.1串聯諧振電路

5.7.2並聯諧振電路

5.8耦閤電感

5.8.1耦閤電感的伏安關係

5.8.2含有耦閤電感電路的計算

5.9空心變壓器與理想變壓器

5.9.1空心變壓器

5.9.2理想變壓器

習題5

第6章三相電路

6.1三相電路的基本知識

6.1.1三相電源

6.1.2三相負載

6.1.3三相電路的連接

6.2對稱三相電路

6.2.1相電壓與綫電壓

6.2.2相電流與綫電流

6.2.3對稱三相電路的計算

6.3不對稱三相電路

6.3.1不對稱三相電路的計算

6.3.2不對稱三相電路的常見問題

6.4三相電路的功率

6.4.1三相電路的功率

6.4.2三相電路功率的測量

6.5安全用電*

6.5.1三相五綫製介紹

6.5.2住宅供電係統

6.5.3防止觸電的技術措施

習題6

第7章非正弦周期電流電路

7.1非正弦周期信號及其頻譜

7.1.1非正弦周期信號

7.1.2非正弦周期信號的頻譜

7.2有效值、平均值和平均功率

7.2.1非正弦周期信號的有效值和平均值

7.2.2非正弦周期信號的功率

7.3非正弦周期電流電路的計算

7.3.1非正弦周期信號電路的電壓和電流

7.3.2非正弦周期信號電路的功率

7.4諧波對供電係統的危害*

7.4.1對供、配電綫路的危害

7.4.2對電力設備的危害

習題7

第8章動態電路的復頻域分析

8.1拉普拉斯變換的定義和性質

8.1.1拉普拉斯變換的定義

8.1.2拉普拉斯變換的基本性質

8.2拉普拉斯反變換和部分分式展開

8.3應用拉普拉斯變換分析綫性動態電路

8.3.1綫性電路的復頻域模型

8.3.2綫性電路的復頻域分析法

8.4網絡函數

8.4.1網絡函數的定義

8.4.2網絡函數的極點和零點

習題8

第9章二端口網絡

9.1概述

9.2二端口網絡的方程和參數

9.2.1Y參數和方程

9.2.2Z參數和方程

9.2.3T參數和方程

9.2.4H參數和方程

9.3二端口網絡的等效電路

9.3.1Z參數錶示的等效電路

9.3.2Y參數錶示的等效電路

9.4二端口網絡的連接

9.4.1級聯(鏈聯)

9.4.2並聯

9.4.3串聯

9.5迴轉器和負阻抗變換器

9.5.1迴轉器

9.5.2負阻抗變換器

習題9

第10章電路的矩陣方程*

10.1關聯矩陣、迴路矩陣、割集矩陣

10.1.1關聯矩陣

10.1.2迴路矩陣

10.1.3割集矩陣

10.2電路方程的矩陣形式

10.2.1迴路電流方程的矩陣形式

10.2.2結點電壓方程的矩陣形式

10.2.3割集電壓方程的矩陣形式

10.3狀態方程

習題10

注:標注“*”的內容為選學內容。


精彩書摘

  第5章

  CHAPTER5

  正弦穩態分析

  電路中的電流和電壓都按同一頻率的正弦規律變化,處於這種穩定狀態的電路稱為正弦穩態電路,又稱為正弦電流電路。本章首先介紹正弦量的相量錶示,導齣基爾霍夫定律和元件特性的相量錶示;其次引入阻抗、導納等概念,並通過實例說明如何利用相量法進行綫性電路的正弦穩態分析;再介紹正弦電流電路的瞬時功率、有功功率、無功功率、視在功率和復功率;最後微諧振電路和互感耦閤電路的分析。

  5.1正弦電路的基本概念

  5.1.1周期電壓和電流

  隨時間變化的電壓和電流,稱為時變電壓和電流,如圖5��1中各圖所示。時變電壓和電流在任一時刻的數值稱為瞬時值,用u(t)和i(t)錶示。圖5��2中,“+”、“-”極性錶示電壓u的參考方嚮,箭頭錶示電流i的參考方嚮。根據電壓或電流瞬時值的正負,結閤參考方嚮便可以確定電壓或電流的真實方嚮。

  圖5��1時變電壓和電流

  圖5��2電路的參考方嚮

  如果時變電壓和電流的每個值經過相等的時間後重復齣現,這種時變電壓和電流便是周期性的,稱為周期電壓和電流,如圖5��1(b)、圖5��1(c)、圖5��1(d)所示。以電壓為例,周期電壓應滿足

  u(t)=u(t+nT)(5��1)

  式中,n為整數;T為周期,是波形(函數)再次重復齣現所需要的最短時間間隔,單位為秒(s)。單位時間內的循環(周期)數稱為頻率,用f錶示,有

  f=1T(5��2)

  頻率的單位為赫(茲),用符號Hz錶示。實際工程中,還常用韆赫(kHz)、兆赫(MHz)和吉赫(GHz)等單位,並常以頻率區分電路,如低頻電路、高頻電路、甚高頻電路等。

  在一個周期內平均值等於零的周期電壓(電流),稱為交變電壓(電流),也叫做交流電壓(電流)。圖5��1(b)、圖5��1(c)和圖5��1(d)所示的矩形波、鋸齒波和正弦波就是交流電壓(電流)的例子。

  在交流電路中,電壓和電流隨時間不斷變化,會引起直流電路中沒有的現象。例如,電容上電壓的周期性變化,會引起電容周期性充電和放電,因而在電容中形成穩態的位移電流;電感中電流的周期性變化,會引起周期性感應電動勢的産生,因而在電感兩端形成穩態的周期性電壓。因此,交流電路的分析除瞭考慮電阻的作用外,還必須同時考慮電容和電感的作用。

  5.1.2正弦電壓和電流

  隨時間按正弦規律變化的電壓和電流稱為正弦電壓和正弦電流,統稱為正弦量。對正弦量的數學描述,既可以用時間的正弦函數錶示,也可以用時間的餘弦函數錶示。用相量法分析時,要注意采用的是哪一種形式,不要二者混用。本書采用餘弦函數。

  圖5��3(a)所示的正弦電流i,在圖示參考方嚮下,其瞬時值錶達式為

  i=Imcos(ωt+ψi)(5��3)

  式中,Im是正弦電流的最大值、振幅或幅值。(ωt+ψi)是正弦電流的輻角,稱為相位,它錶示正弦量隨時間的變化進程,單位為弧度(rad)。相位(ωt+ψi)對時間的變化率ω稱作正弦量的角頻率,它反映瞭正弦量相位變化的快慢程度,單位為rad/s。

  d(ωt+ψi)dt=ω

  角頻率ω、頻率f和周期T的關係為

  ωT=2π,ω=2πf

  我國電力係統提供的正弦電壓,頻率為50Hz(稱為工頻),角頻率為100πrad/s,約314rad/s。在作波形圖時,常把橫坐標定為ωt,而並不一定是時間t,二者的差彆就在於比例常數ω。

  圖5��3正弦電流i的波形

  ψi稱作正弦量的初相位(角),簡稱為初相,它代錶正弦量在t=0時刻的相位,反映瞭正弦波初始值的大小。初相與計時起點的選擇有關,還與該正弦量參考方嚮的選擇有關,通常取|ψi|≤π。圖5��3(a)中,在圖示參考方嚮下,i=Imcos(ωt+ψi),其中ψi>0。如果把電流的參考方嚮反過來,如圖5��3(b)所示,其瞬時值反號,i=-Imcos(ωt+ψi),波形圖與原波形圖關於橫軸成鏡像,其錶達式可以寫為i=Imcos(ωt+ψi-π)=Imcos(ωt+ψ′i),式中的初相改變瞭π,ψ′i<0。

  正弦量的振幅、角頻率ω和初相ψi是決定正弦量錶達式的三個常數,稱作正弦量的三要素。正弦量有個十分重要的性質,即同頻正弦量的代數和、正弦量乘以常數、正弦量的微分、積分等運算,其結果仍為一個同頻率的正弦量。

  工程上常將周期電流(或電壓)在一個周期內産生的平均效應換算為在效應上與之相等的直流量,以衡量和比較周期電流(或電壓)的效應,這一直流量就稱為周期量的有效值,用相對應的大寫字母錶示。下麵以周期電流為例加以說明。

  設周期電流為i,當其通過電阻R時,該電阻在一個周期T內吸收的電能為

  W=∫T0Ri2dt


前言/序言

  前言

  電路原理是電類專業非常重要的一門技術基礎課,通過本課程的學習,使學生掌握電路的基本理論知識、電路分析計算的基本方法,並為學習後續有關課程準備必要的電路知識。學習電路課程,對培養學生的科學思維能力,樹立理論聯係實際的工程觀點和提高學生分析問題和解決問題的能力,都有重要的作用。該課程在整個電類專業的人纔培養方案和課程體係中起著承前啓後的重要作用。

  本教材嚴格參照教育部《普通高等學校本科專業目錄(2012年)》、教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會《電子電氣基礎課程教學基本要求》,充分吸收國內外現有優秀教材的成功之處,結閤作者多年的教學實踐和經驗編寫而成。本教材特色如下:

  1.內容精練。本教材強調基本概念的理解,注重新老內容的結閤,特彆注重理論聯係實際。對電路理論中傳統的內容進行瞭整閤,保留經典的理論內容,刪除與後續課程重復或應用較少的內容,使學生用較少的時間掌握電路理論的內容體係。

  2.一題多解。本教材以一題多解的方式培養學生應用理論分析問題及解決問題的能力,使學生啓迪思路、開闊視野,學會分析問題和解決問題的方法,並且能適應啓發式教學的需要。

  3.利於拓展。本教材課後習題分為簡答題、選擇題、計算題和思考題,利於不同層次、不同專業和不同程度的學生進行練習和拓展。

  本書的內容安排是:第1~3章為直流電路,主要介紹基本元件及其特性、基本定理、定律及分析方法;第4章為一階動態電路,主要介紹動態電路的時域分析;第5章和第6章為正弦電路,主要介紹一般正弦穩態電路和三相電路的分析;第7章為非正弦周期電流電路;第8章為動態電路復頻域分析;第9章和第10章為二端口網絡和網絡方程。

  燕山大學信息學院電路原理課程於2003年被評為河北省省級精品課程,2008年再次通過省級精品課程評估。本書是電路精品課程主講教師在總結多年教學經驗的基礎上編寫而成的。參加編寫的人員及分工為:王偉編寫第1章和第3章;李文慧編寫第2章;硃奇光編寫第4章;張燕君編寫第5章和第10章;齊躍峰編寫第6章和第7章;吳國慶編寫第8章和第9章。全書由張燕君統稿並作部分調整。

  本書由畢衛紅主審並提齣瞭許多寶貴的意見,高美靜、金娃和劉爍參與瞭本書的審讀工作,作者在此錶示衷心的感謝!由於編者水平有限,加之時間倉促,錯誤和疏漏在所難免,敬請專傢、同仁和廣大讀者指正。

  編者2017年7月



《電路原理(高等學校電子信息類專業係列教材)》 前言 電子信息技術作為當今世界發展最迅猛、影響最深遠的領域之一,其基石便是對電路原理的深刻理解。從微小的集成電路到龐大的通信網絡,從智能手機的精密設計到高能物理的實驗設備,無不建立在對電信號、電磁場以及元器件相互作用的精確掌握之上。高等學校的電子信息類專業,其核心任務之一便是為國傢和社會培養具備紮實電路理論功底和創新實踐能力的高素質人纔。 本書,《電路原理(高等學校電子信息類專業係列教材)》,正是為瞭響應這一時代需求而精心編撰。它旨在為廣大電子信息類專業本科生提供一套係統、深入、易於理解的電路原理教學材料。本書的編寫團隊匯聚瞭國內多所著名高校在電路理論教學與研究領域享有盛譽的專傢學者,他們以多年的教學經驗為基礎,結閤當前電子信息技術發展的最新趨勢,力求在內容深度、廣度、難度以及教學方法上達到新的高度。 本書的編寫遵循瞭以下幾個核心原則: 基礎性與前沿性的結閤: 理論是實踐的指導,而實踐又反哺理論的創新。本書在夯實經典電路理論知識(如基爾霍夫定律、歐姆定律、戴維寜定理、諾頓定理等)的同時,也積極融入瞭與現代電子信息技術緊密相關的概念和方法,例如對非綫性電路、信號與係統、以及部分數字電路基礎的初步探討。 係統性與邏輯性的統一: 電路理論是一門嚴謹的學科,知識點之間環環相扣。本書的章節安排力求邏輯清晰,層層遞進,從直流電路到交流電路,從一階電路到二階電路,從穩態分析到瞬態分析,再到復雜電路的分析方法,每一個部分都建立在前一部分知識的基礎上,確保學習過程的連貫性和有效性。 理論與實踐的緊密聯係: 學習電路理論的最終目的是為瞭設計和分析實際電路。因此,本書在理論講解中穿插瞭大量的例題,這些例題不僅形式多樣,涵蓋瞭不同難度和應用場景,而且解答過程詳盡,有助於讀者掌握分析電路的思路和方法。同時,本書也為後續的實驗課程和設計項目奠定瞭堅實的理論基礎。 啓發性與探索性的教學理念: 我們希望本書不僅僅是一本“教材”,更能成為激發學生學習興趣、培養其獨立思考和解決問題能力的“工具”。因此,在內容的呈現上,我們力求深入淺齣,對於一些抽象的概念,通過生動的比喻和圖示進行解釋,鼓勵學生主動探索,形成自己的理解。 本書的讀者對象主要是高等學校電子信息科學與技術、通信工程、自動化、微電子科學與工程、計算機科學與技術等相關專業的本科生。對於其他相關專業的學生,或希望深入瞭解電路理論的愛好者,本書同樣具有重要的參考價值。 在閱讀本書的過程中,我們建議讀者: 1. 課前預習: 提前閱讀即將學習的內容,對基本概念和公式有所瞭解,帶著問題去聽課。 2. 課堂專注: 認真聽講,積極思考,及時做好筆記,對於不理解的地方及時提問。 3. 課後復習與練習: 及時復習課堂內容,重點是理解概念和掌握分析方法。務必認真完成書中的例題和習題,這是鞏固知識、提升能力的關鍵。 4. 拓展思考: 嘗試將所學知識與實際生活中的電路器件和係統聯係起來,思考其工作原理。 隨著科技的飛速發展,電子信息技術日新月異。對電路原理的掌握,將為學生們未來在人工智能、物聯網、5G通信、集成電路設計等前沿領域的學習和工作打下堅實的基礎。我們衷心希望本書能成為讀者學習電路原理的得力助手,開啓一段探索奧妙的電氣之旅。 目錄(結構概述,具體內容根據實際教材填充) 第一部分:電路分析基礎 第一章 緒論 1.1 電工學和電路在國民經濟中的作用 1.2 電路的基本概念(電路、電源、負載、電路參數) 1.3 電路的組成(電路圖、元件符號、連接方式) 1.4 電路的分類(直流電路、交流電路、綫性電路、非綫性電路) 1.5 電路分析的基本方法與任務 1.6 電路分析中的常用單位與符號 第二章 直流電路分析 2.1 電壓、電流、電阻、功率、能量 2.2 歐姆定律與焦耳定律 2.3 基爾霍夫定律(KCL, KVL) 2.4 支路電流法與節點電壓法 2.5 疊加定理 2.6 等效電源定理(戴維寜定理與諾頓定理) 2.7 最大功率傳輸定理 2.8 含有受控源電路的分析 2.9 實際電源模型與非綫性元件初步介紹(可選) 第三章 一階電路的暫態分析 3.1 電容元件與電感元件 3.2 RC電路的暫態分析(一階電路的微分方程建立與求解) 3.3 RL電路的暫態分析 3.4 時間常數 3.5 一階電路的穩態與暫態響應 第四章 二階電路的暫態分析 4.1 二階電路的構成(RLC電路) 4.2 二階電路的微分方程建立 4.3 RLC電路的暫態響應(欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼) 4.4 二階電路的無源二端網絡暫態分析 4.5 二階電路的含有獨立電源暫態分析 第五章 正弦穩態電路分析 5.1 正弦量及其三要素(初相位、角頻率、幅值) 5.2 相量及其運算 5.3 阻抗與導納 5.4 R, L, C元件的正弦穩態相量模型 5.5 交流電路的KCL和KVL方程 5.6 交流電路的節點電壓法和支路電流法 5.7 交流電路的戴維寜定理與諾頓定理 5.8 功率分析(瞬時功率、平均功率、無功功率、視在功率、功率因數) 5.9 最大功率傳輸定理在交流電路中的應用 第二部分:復雜電路分析與擴展 第六章 三相電路 6.1 三相電源(對稱三相電源、不對稱三相電源) 6.2 三相負載(星形連接Y、三角形連接Δ) 6.3 對稱三相電路的分析(相電壓、綫電壓、相電流、綫電流、功率) 6.4 不對稱三相電路的分析(基本方法) 第七章 磁路與變壓器 7.1 磁場與磁路基本概念 7.2 磁路的計算(等效電阻法) 7.3 鐵芯電感與互感 7.4 理想變壓器 7.5 實際變壓器模型與參數 7.6 變壓器的原理與應用 第八章 非正弦周期電流電路 8.1 非正弦周期電流的傅裏葉級數展開 8.2 含有非正弦周期電流的電路分析 8.3 有效值與平均值 8.4 功率計算 第九章 信號與係統基礎(初步介紹) 9.1 信號的分類(連續/離散、周期/非周期、能量/功率) 9.2 係統的基本概念(綫性、時不變) 9.3 捲積定理 9.4 係統的動態特性與瞬態響應(復習與深化) 第十章 耦閤電感與理想變壓器 10.1 耦閤電感的概念與互感 10.2 耦閤電感的電路模型 10.3 理想變壓器的原理與應用(復習與深化) 第十一章 具有互感和理想變壓器的電路分析 11.1 含有耦閤電感的電路分析方法 11.2 理想變壓器在電路中的應用 附錄 常用電路分析公式匯總 數學基礎知識迴顧(復數運算、微分方程求解等) 電路元件特性麯綫示例 參考文獻 內容詳述(以某章節為例,內容非本書真實內容,僅為示例說明) 第二章 直流電路分析(詳細闡述) 本章是學習電路原理的基石,我們將從最基本、最核心的概念入手,逐步建立起分析直流電路的完整體係。 2.1 電壓、電流、電阻、功率、能量 電流(Current): 我們將嚴謹定義電荷的定嚮移動,引入電流的單位“安培”(A),並介紹其方嚮性。通過具體例子,如導綫中電子的移動,闡述電流的宏觀錶現。我們將區分“實際電流”和“約定電流”的方嚮,以及電荷守恒定律在電流分析中的重要性。 電壓(Voltage): 定義為單位電荷從低電勢點移動到高電勢點所做的功,介紹電壓的單位“伏特”(V)。我們將深入理解電壓的“電位差”概念,並通過水壓的比喻來形象化理解電壓的驅動作用。重點區分“電源電動勢”與“端電壓”的區彆。 電阻(Resistance): 定義為材料對電流阻礙作用的度量,介紹電阻的單位“歐姆”(Ω)。我們將深入探討歐姆定律 $U=IR$ 的精髓,並分析影響電阻大小的因素:材料的電阻率、導體的長度和橫截麵積,以及溫度的影響。 功率(Power): 定義為單位時間內電能的轉換速率,介紹功率的單位“瓦特”(W)。我們將推導齣 $P=UI=I^2R=U^2/R$ 等一係列功率計算公式,並強調功率的“消耗”與“産生”的含義。 能量(Energy): 定義為功率在一段時間內的纍積,介紹能量的單位“焦耳”(J)和“韆瓦時”(kWh,度)。我們將展示電能的産生(如電池)和消耗(如燈泡發熱發光),以及能量守恒定律在電路中的體現。 2.2 歐姆定律與焦耳定律 歐姆定律: 詳細講解歐姆定律在綫性電阻元件上的適用性。我們不僅要記住公式,更要理解其物理意義:在恒定溫度下,通過綫性電阻的電流與施加在其兩端的電壓成正比,與電阻成反比。我們將通過圖示,如 $I-U$ 特性麯綫,來直觀展示綫性電阻的特點。 焦耳定律: 講解電流通過電阻時産生的熱效應。公式 $Q=I^2Rt$ (其中Q為熱量)將用於計算電阻性負載的發熱量,這在電加熱、電動機等應用中至關重要。我們將強調,功率是能量在單位時間內消耗的速率,而熱量是能量的一種形式。 2.3 基爾霍夫定律(KCL, KVL) 基爾霍夫電流定律(KCL): 闡述“節點”的概念,即三條或三條以上支路匯聚的點。KCL定律即“流入節點的電流之和等於流齣節點的電流之和”。我們將用數學形式錶示為 $sum_{k=1}^{n} I_k = 0$ (設流入為正)。通過實際電路圖,演示如何識彆節點並列齣KCL方程。 基爾霍夫電壓定律(KVL): 闡述“迴路”的概念,即電路中任意一個閉閤路徑。KVL定律即“沿著迴路進行的電勢升之和等於電勢降之和”。我們將用數學形式錶示為 $sum_{k=1}^{n} U_k = 0$ (沿同一方嚮,電勢升高為正,降低為負)。通過實際電路圖,演示如何選取迴路以及正確判斷電壓升降方嚮,列齣KVL方程。 2.4 支路電流法與節點電壓法 支路電流法: 原理: 將電路中的每一段獨立通路(支路)定義一個支路電流,然後列齣足夠數量的KCL和KVL方程組,求解所有支路電流。 步驟: 1. 確定電路的支路數目 $b$。 2. 選擇一個參考方嚮,為每一支路設定一個支路電流(例如 $I_1, I_2, dots, I_b$)。 3. 根據KCL,選擇 $b-1$ 個獨立的節點,列齣 $b-1$ 個KCL方程。 4. 根據KVL,選取 $b-(b-1)=1$ 個獨立的迴路,列齣其餘的KVL方程。 5. 聯立方程組,求解齣所有支路電流。 例題分析: 提供一個包含多個獨立電源和電阻的復雜直流電路,通過支路電流法詳細演示求解過程,並分析其優缺點。 節點電壓法: 原理: 以某一節點作為參考點(接地),將其電勢設為零。然後用其他節點的電勢(節點電壓)來錶示支路電流,並利用KCL列齣以節點電壓為未知數的方程組。 步驟: 1. 選擇一個參考節點,並將其電勢設為零。 2. 標記齣所有非參考節點。 3. 將每個非參考節點的電勢錶示為節點電壓(例如 $U_1, U_2, dots, U_n$)。 4. 對每個非參考節點,根據KCL列齣方程。支路電流用節點電壓和支路電阻錶示,例如,連接節點i和節點j的支路電流為 $(U_i - U_j) / R_{ij}$。 5. 求解齣所有節點電壓。 6. 根據節點電壓計算任意支路的電流或電壓。 例題分析: 使用與支路電流法相同的電路,通過節點電壓法進行求解,對比兩種方法的效率和適用性。特彆強調當電路中存在電壓源時,如何處理。 2.5 疊加定理 定理內容: 對於一個綫性電路,當存在多個獨立電源時,任意支路的響應(如電流或電壓)等於各個獨立電源單獨作用時,該支路響應的代數和。 適用條件: 僅適用於綫性電路,即電路中的所有元件都是綫性的(電阻、電容、電感),且不含受控源(或含受控源但其係數與電源無關)。 應用步驟: 1. 保留一個獨立電源,將其餘所有獨立電壓源短路(電壓變為零),獨立電流源開路(電流變為零)。 2. 計算此單一電源作用下目標支路的響應。 3. 重復步驟1和2,對每一個獨立電源進行計算。 4. 將所有單獨作用下計算得到的響應代數和,即為總響應。 例題分析: 使用含有多個獨立電源的電路,通過疊加定理演示求解過程,並指齣其在簡化復雜電路分析中的作用。 2.6 等效電源定理(戴維寜定理與諾頓定理) 戴維寜定理: 任何一個含有獨立電源和綫性電阻的二端網絡,對外都可以等效為一個電壓源 $U_{th}$ 和一個串聯電阻 $R_{th}$ 組成的等效電路。 計算 $U_{th}$: 斷開二端網絡,計算斷開點(端口)之間的開路電壓。 計算 $R_{th}$: 將所有獨立電壓源置零(短路),獨立電流源置零(開路),計算端口的等效電阻。 等效電路: $U_{th}$ 與 $R_{th}$ 串聯。 諾頓定理: 任何一個含有獨立電源和綫性電阻的二端網絡,對外都可以等效為一個電流源 $I_{N}$ 和一個並聯電阻 $R_{N}$ 組成的等效電路。 計算 $I_{N}$: 斷開二端網絡,並在斷開點(端口)處連接一個短路,計算短路電流。 計算 $R_{N}$: 與戴維寜定理中的 $R_{th}$ 計算方法相同。 等效電路: $I_{N}$ 與 $R_{N}$ 並聯。 兩定理的關係: $U_{th} = I_{N} R_{th} = I_{N} R_{N}$ 且 $R_{th} = R_{N}$。 應用價值: 當我們需要分析某個二端網絡在不同負載下的響應時,可以將該網絡等效為簡單的等效電源,大大簡化計算。 例題分析: 選擇一個復雜的二端網絡,分彆使用戴維寜定理和諾頓定理進行等效,並驗證兩種方法的等效性和結果的一緻性。 2.7 最大功率傳輸定理 定理內容: 當負載電阻 $R_L$ 等於電源的等效內阻 $R_{th}$ 時(或負載導納的電導部分等於電源等效內電導時,對於交流),電源能嚮負載傳輸的最大功率。 推導與證明: 基於戴維寜等效電路,計算負載上消耗的功率 $P_L = I_L^2 R_L = (U_{th}/(R_{th}+R_L))^2 R_L$,然後求導並令導數為零,得到 $R_L = R_{th}$。 應用意義: 在實際應用中,如通信係統、音頻放大器等,需要實現最大功率傳輸,此時需要根據電源的內阻來匹配負載。 例題分析: 利用戴維寜定理得到的等效電源,計算當負載電阻變化時,電源輸齣功率的變化,並驗證最大功率傳輸的條件。 2.8 含有受控源電路的分析 受控源概念: 電壓源或電流源的輸齣值(電壓或電流)由電路中其他部分的電壓或電流來控製。 電壓控製電壓源 (VCVS): 輸齣電壓 $u_{out} = k u_{in}$,k為電壓增益。 電流控製電壓源 (CCVS): 輸齣電壓 $u_{out} = r i_{in}$,r為電阻增益。 電壓控製電流源 (VCCS): 輸齣電流 $i_{out} = g u_{in}$,g為跨導。 電流控製電流源 (CCCS): 輸齣電流 $i_{out} = eta i_{in}$,$eta$ 為電流增益。 分析方法: 含有受控源的電路通常不能直接使用疊加定理(除非受控源的控製量與獨立電源無關)。常用的方法有: 支路電流法和節點電壓法: 需要將受控源方程代入原方程組,形成包含受控源係數的方程組。 等效電源法(部分適用): 可以先將受控源及其控製支路視為一個整體進行分析。 激勵-響應法: 施加一個激勵(如單位電壓或電流),然後計算響應,從而得到等效參數。 例題分析: 選取一個包含受控源(如晶體管等效電路)的簡單電路,演示如何使用節點電壓法或支路電流法求解。 2.9 實際電源模型與非綫性元件初步介紹(可選) 實際電源模型: 理想電壓源與串聯內阻模型,理想電流源與並聯內阻模型。 非綫性元件初步: 簡要介紹二極管、三極管等基本非綫性元件的工作特性,以及它們與綫性電阻在 $I-U$ 特性麯綫上的區彆。為後續章節的非綫性電路分析奠定基礎。 本書的第二章通過對直流電路的深入剖析,旨在讓讀者熟練掌握分析直流電路的基本工具和方法,為後續更復雜的交流電路、暫態電路和非綫性電路的學習打下堅實的基礎。每一個概念的提齣都輔以嚴格的定義和形象的比喻,每一個方法的講解都伴隨詳細的步驟和典型的例題。我們鼓勵讀者在學習過程中勤加練習,真正做到“學以緻用”。

用戶評價

評分

對於我這樣一個初學者來說,接觸《電路原理》這樣一門基礎課程,最看重的就是其清晰度和實用性。《電路原理》這本書在這兩方麵都做得相當到位。書中對於基本概念的解釋,可以說是非常透徹瞭,不會留下任何模糊的角落。每一個公式的推導都伴隨著詳盡的文字說明,確保讀者能夠理解其邏輯性和閤理性,而不是死記硬背。 我特彆喜歡書中對於各種電路元件的介紹,比如電阻、電容、電感,甚至是一些晶體管和運算放大器。作者並沒有簡單地羅列它們的參數和特性,而是會從物理原理齣發,解釋它們為何會産生這樣的行為,以及在電路中扮演著怎樣的角色。這讓我能夠更深入地理解這些元件的工作原理,而不是停留在錶麵的參數記憶。書中的圖示也十分精美,清晰地展示瞭電路的連接方式和元件的結構,大大降低瞭理解難度。

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這本《電路原理》給我的感覺,就像是進入瞭一個充滿無限可能的神奇世界。初次翻開,它並沒有以枯燥的公式和抽象的概念堆砌來嚇唬我,而是循序漸進地引導我認識電流、電壓、電阻這些最基礎的“小精靈”。作者的敘述方式非常生動,常常會用一些貼近生活的類比,比如將電路比作城市的交通係統,電流就像川流不息的車流,電壓則是驅動車流的能量,而電阻則是道路上的各種障礙。這樣的比喻讓原本難以理解的物理概念變得鮮活起來,我甚至能想象到電子在導綫中穿梭的景象。 更讓我驚喜的是,書中對於各個章節的邏輯銜接做得非常齣色。從直流電路的基礎,到交流電路的復雜性,再到包含更多元器件的電路分析,每一步都好像是為前一步打下堅實的基礎,又為下一步鋪設好瞭清晰的道路。作者沒有急於求成,而是耐心地解釋每一個概念的由來和應用,每一個公式的推導過程也都清晰明瞭。我尤其喜歡書中的例題,它們不僅僅是數字的堆砌,更是對理論知識的生動實踐。通過分析和解決這些例題,我能夠更深刻地理解公式背後的含義,以及它們如何在實際電路中發揮作用。這種“學以緻用”的感覺,極大地激發瞭我學習的興趣和動力。

評分

要說這本書的亮點,我覺得最突齣的一點就是它能夠有效地連接理論與實踐。很多時候,我們在課堂上學習到的理論知識,到瞭實際應用中卻顯得捉襟見肘。《電路原理》這本書,恰恰彌補瞭這一不足。它不僅僅是介紹理論,更重要的是,它會引導你去思考這些理論如何在現實世界中發揮作用。 例如,書中在講解交流電路時,並沒有停留在正弦波的分析上,而是會進一步探討實際工程中交流電的應用,比如如何進行功率的計算,如何分析電抗對電路的影響。這些內容對於理解現代電子設備的運行至關重要。我印象特彆深刻的是,書中還包含瞭一些關於電路設計的初步介紹,雖然不深入,但足以讓我感受到理論知識在實際工程中的指導意義。這本教材讓我覺得,學習電路原理不僅僅是為瞭應付考試,更是為瞭將來能夠真正地運用這些知識去創造和解決問題。

評分

我一直認為,學習一門科學,最怕的就是“霧裏看花”,對基本概念一知半解。這本《電路原理》在這一點上做得非常齣色,它以一種極其嚴謹但又不失活潑的方式,嚮我們展示瞭電路世界的奧秘。從最基本的歐姆定律、焦耳定律,到復雜的暫態分析、穩態分析,每一個環節都像剝洋蔥一樣,層層遞進,將最核心的知識點呈現在我們眼前。 書中對於一些經典電路的分析,比如RC、RL、RLC電路的暫態響應,都給齣瞭非常詳盡的推導過程和波形示意圖。這讓我能夠直觀地看到電容器和電感器在充放電過程中的行為變化,以及不同參數對響應時間的影響。這種可視化地呈現,極大地增強瞭我的理解能力。而且,書中還穿插瞭一些關於實際電路故障分析和排除的簡單介紹,雖然篇幅不長,但卻讓我看到瞭理論知識在實際應用中的價值,極大地激發瞭我進一步探索的興趣。

評分

說實話,一開始對《電路原理》這類專業教材是有些畏懼的,總覺得會充滿晦澀難懂的術語和復雜精深的理論。然而,這本《電路原理》完全顛覆瞭我的認知。它的語言風格非常嚴謹,但又不是那種死闆的教條式敘述。作者在介紹概念時,總能巧妙地融入一些曆史背景或者實際應用的案例,這讓我在學習理論的同時,也能感受到這門學科的魅力和重要性。 我尤其欣賞書中對於電路分析方法的介紹。從最初的基爾霍夫定律,到後麵的節點分析法、網孔分析法,再到更高級的戴維寜定理和諾頓定理,每一種方法都被詳細地講解瞭其適用範圍和推導過程。書中給齣的解題步驟非常清晰,甚至可以說是手把手地教導我如何去分析一個復雜的電路。當我嘗試著運用這些方法去解決書中的習題時,那種豁然開朗的感覺是無與倫比的。這不僅僅是掌握瞭一項技能,更是一種解決問題能力的提升。

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