高職高專電氣系列教材·電路分析目錄

第1章 電路的基本概念和基本定律

1.1 電路和電路模型

電流流過(guò)的回路叫做電路，又稱導(dǎo)電回路。最簡(jiǎn)單的電路，是由電源、負(fù)載、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等元器件組成。電路導(dǎo)通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過(guò)。電路某一處斷開(kāi)叫做斷路或者開(kāi)路。如果電路中電源正負(fù)極間沒(méi)有負(fù)載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的。另有一種短路是指某個(gè)元件的兩端直接接通，此時(shí)電流從直接接通處流經(jīng)而不會(huì)經(jīng)過(guò)該元件，這種情況叫做該元件短路。開(kāi)路（或斷路）是允許的，而第一種短路決不允許，因?yàn)殡娫吹亩搪窌?huì)導(dǎo)致電源、用電器、電流表被燒壞。

電路（英語(yǔ)：Electrical circuit）或稱電子回路，是由電器設(shè)備和元器件, 按一定方式連接起來(lái)，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣回路，簡(jiǎn)稱網(wǎng)絡(luò)或回路。如電源、電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管、IC和電鍵等，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)、硬件。負(fù)電荷可以在其中流動(dòng)。

電路模型是實(shí)際電路抽象而成，它近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接就構(gòu)成不同特性的電路。

電路模型近似地描述實(shí)際電路的電氣特性。根據(jù)實(shí)際電路的不同工作條件以及對(duì)模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng)用不同的電路模型模擬同一實(shí)際電路。

這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。

1.2 電路中的基本物理量

1.3 電阻元件及電阻的連接

1.4 基爾霍夫定律

基爾霍夫定律Kirchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析和計(jì)算較為復(fù)雜電路的基礎(chǔ)，1845年由德國(guó)物理學(xué)家G.R.基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流電路的分析，也可以用于交流電路的分析，還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。運(yùn)用基爾霍夫定律進(jìn)行電路分析時(shí)，僅與電路的連接方式有關(guān)，而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)無(wú)關(guān)。基爾霍夫定律包括電流定律（KCL)和電壓定律(KVL)，前者應(yīng)用于電路中的節(jié)點(diǎn)而后者應(yīng)用于電路中的回路。

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第2章 直流電阻電路的分析與計(jì)算

2.1 電阻星形連接與三角形連接的等效變換

2.2 電壓源和電流源及其等效變換

2.3 支路電流法

2.4 疊加原理

疊加原理;superposition principle

在數(shù)學(xué)物理中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：幾種不同原因的綜合所產(chǎn)生的效果，等于這些不同原因單獨(dú)產(chǎn)生效果的累加。例如，物理中幾個(gè)外力作用于一個(gè)物體上所產(chǎn)生的加速度，等于各個(gè)外力單獨(dú)作用在該物體上所產(chǎn)生的加速度的總和，這個(gè)原理稱為疊加原理。疊加原理適用范圍非常廣泛，數(shù)學(xué)上線性方程，線性問(wèn)題的研究，經(jīng)常使用疊加原理。

在物理學(xué)與系統(tǒng)理論中，疊加原理（superposition principle），也叫疊加性質(zhì)（superposition property），說(shuō)對(duì)任何線性系統(tǒng)“在給定地點(diǎn)與時(shí)間，由兩個(gè)或多個(gè)刺激產(chǎn)生的合成反應(yīng)是由每個(gè)刺激單獨(dú)產(chǎn)生的反應(yīng)之和?！?

從而如果輸入 A 產(chǎn)生反應(yīng) X，輸入 B 產(chǎn)生 Y，則輸入 A B 產(chǎn)生反應(yīng) (X Y)。

用數(shù)學(xué)的話講，對(duì)所有線性系統(tǒng) F(x)=y，其中 x 是某種程度上的刺激（輸入）而 y 是某種反應(yīng)（輸出），刺激的疊加（即“和”）得出分別反應(yīng)的疊加

在數(shù)學(xué)中，這個(gè)性質(zhì)更常被叫做可加性。在絕大多數(shù)實(shí)際情形中，F 的可加性表明它是一個(gè)線性映射，也叫做一個(gè)線性函數(shù)或線性算子。

此原理在物理學(xué)與工程學(xué)中有許多應(yīng)用，因許多物理系統(tǒng)可以線性系統(tǒng)為模型。例如，一個(gè)梁可作為一個(gè)線性系統(tǒng)，其中輸入刺激是在梁上的結(jié)構(gòu)荷重，而輸出反應(yīng)是梁的撓度。因?yàn)槲锢硐到y(tǒng)通常只是近似線性的，疊加原理只是真實(shí)物理現(xiàn)象的近似；從這里可以察知這些系統(tǒng)的操作區(qū)域。

疊加原理適用于任何線性系統(tǒng)，包括代數(shù)方程、線性微分方程、以及這些形式的方程組。輸入與反應(yīng)可以是數(shù)、函數(shù)、矢量、矢量場(chǎng)、隨時(shí)間變化的信號(hào)、或任何滿足一定公理的其它對(duì)象。注意當(dāng)涉及到矢量與矢量場(chǎng)時(shí)，疊加理解為矢量和。

1.如果幾個(gè)電荷同時(shí)存在,它們電場(chǎng)就互相疊加,形成合電場(chǎng).這時(shí)某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和,這叫做電場(chǎng)的疊加原理.

2.點(diǎn)電荷系電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí),在該點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)的代數(shù)和,稱為電勢(shì)疊加原理.

在物理學(xué)與系統(tǒng)理論中，疊加原理（superposition principle），也叫疊加性質(zhì)（superposition property），說(shuō)對(duì)任何線性系統(tǒng)

“在給定地點(diǎn)與時(shí)間，由兩個(gè)或多個(gè)刺激產(chǎn)生的合成反應(yīng)是由每個(gè)刺激單獨(dú)產(chǎn)生的反應(yīng)之和。”

從而如果輸入 A 產(chǎn)生反應(yīng) X，輸入 B 產(chǎn)生 Y，則輸入 A B 產(chǎn)生反應(yīng) (X Y)。

用數(shù)學(xué)的話講，對(duì)所有線性系統(tǒng) F(x)=y，其中 x 是某種程度上的刺激（輸入）而 y 是某種反應(yīng)（輸出），刺激的疊加（即“和”）得出分別反應(yīng)的疊加：

在數(shù)學(xué)中，這個(gè)性質(zhì)更常被叫做可加性。在絕大多數(shù)實(shí)際情形中，F(xiàn) 的可加性表明它是一個(gè)線性映射，也叫做一個(gè)線性函數(shù)或線性算子。

此原理在物理學(xué)與工程學(xué)中有許多應(yīng)用，因許多物理系統(tǒng)可以線性系統(tǒng)為模型。例如，一個(gè)梁可作為一個(gè)線性系統(tǒng)，其中輸入刺激是在梁上的結(jié)構(gòu)荷重，而輸出反應(yīng)是梁的撓度。因?yàn)槲锢硐到y(tǒng)通常只是近似線性的，疊加原理只是真實(shí)物理現(xiàn)象的近似；從這里可以察知這些系統(tǒng)的操作區(qū)域。

疊加原理適用于任何線性系統(tǒng)，包括代數(shù)方程、線性微分方程、以及這些形式的方程組。輸入與反應(yīng)可以是數(shù)、函數(shù)、向量、向量場(chǎng)、隨時(shí)間變化的信號(hào)、或任何滿足一定公理的其它對(duì)象。注意當(dāng)涉及到向量與向量場(chǎng)時(shí)，疊加理解為向量和。

2.5 戴維南定理和諾頓定理

戴維南定理（Thevenin's theorem）：含獨(dú)立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N，就端口特性而言，可以等效為一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)。電壓源的電壓等于單口網(wǎng)絡(luò)在負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓uoc；電阻R0是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨(dú)立電源為零值時(shí)所得單口網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。

戴維南定理（又譯為戴維寧定理）又稱等效電壓源定律，是由法國(guó)科學(xué)家L·C·戴維南于1883年提出的一個(gè)電學(xué)定理。由于早在1853年，亥姆霍茲也提出過(guò)本定理，所以又稱亥姆霍茲-戴維南定理。其內(nèi)容是：一個(gè)含有獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源及電阻的線性網(wǎng)絡(luò)的兩端，就其外部型態(tài)而言，在電性上可以用一個(gè)獨(dú)立電壓源V和一個(gè)松弛二端網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)電阻組合來(lái)等效。在單頻交流系統(tǒng)中，此定理不僅只適用于電阻，也適用于廣義的阻抗。

對(duì)于含獨(dú)立源，線性電阻和線性受控源的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)），都可以用一個(gè)電壓源與電阻相串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）來(lái)等效，這個(gè)電壓源的電壓，就是此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）的開(kāi)路電壓，這個(gè)串聯(lián)電阻就是從此單口網(wǎng)絡(luò)（二端網(wǎng)絡(luò)）兩端看進(jìn)去，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源均置零以后的等效電阻。

uoc 稱為開(kāi)路電壓。Ro稱為戴維南等效電阻。在電子電路中，當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)視為電源時(shí)，常稱此電阻為輸出電阻，常用Ro表示；當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)視為負(fù)載時(shí)，則稱之為輸入電阻，并常用Ri表示。電壓源uoc和電阻Ro的串聯(lián)單口網(wǎng)絡(luò)，常稱為戴維南等效電路。

當(dāng)單口網(wǎng)絡(luò)的端口電壓和電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其端口電壓電流關(guān)系方程可表為：U=R0i uoc

諾頓定理(Norton's theorem)：含獨(dú)立源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)N，就端口特性而言，可以等效為一個(gè)電流源和電阻的并聯(lián)。電流源的電流等于單口網(wǎng)絡(luò)從外部短路時(shí)的端口電流isc；電阻R0是單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部獨(dú)立源為零值時(shí)所得網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻。

諾頓定理與戴維南定理互為對(duì)偶的定理。定理指出，一個(gè)含有獨(dú)立電源線性二端網(wǎng)絡(luò)N(圖1a), 就其外部狀態(tài)而言,可以用一個(gè)獨(dú)立電流源isc和一個(gè)松弛二端網(wǎng)絡(luò)N0的并聯(lián)組合來(lái)等效(圖1b)。其中，isc是網(wǎng)絡(luò)N的短路電流，松弛網(wǎng)絡(luò)N0是將網(wǎng)絡(luò) N中的全部獨(dú)立電源和所有動(dòng)態(tài)元件上的初始條件置零后得到的網(wǎng)絡(luò)。上述并聯(lián)組合稱為諾頓等效網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)頻域中等效網(wǎng)絡(luò)由電流源Isc和算子阻抗Yi(s)并聯(lián)而成（圖2）。Isc(s)是短路電流的拉普拉斯變換，Yi(s)是松弛網(wǎng)絡(luò)N0的入端（策動(dòng)點(diǎn)）導(dǎo)納。另外，還能導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)N用于正弦穩(wěn)態(tài)分析和直流分板的等效網(wǎng)絡(luò)。

求等效電路的關(guān)鍵是求出網(wǎng)絡(luò)N的短路電流和網(wǎng)絡(luò)N0的入端（策動(dòng)點(diǎn)）導(dǎo)納。它們均可通過(guò)電子計(jì)算機(jī)求得。

isc稱為短路電流。Ro稱為諾頓電阻，也稱為輸入電阻或輸出電阻。電流源isc和電阻Ro的并聯(lián)單口，稱為單口網(wǎng)絡(luò)的諾頓等效電路。在端口電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，單口的VCR方程可表示為i=u/Ro isc

2.6 網(wǎng)孔電流法

2.7 節(jié)點(diǎn)電壓法

2.8 受控源和含受控源的簡(jiǎn)單電路的分析計(jì)算

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第3章 正弦交流電路

3.1 正弦交流電的基本概念

3.2 正弦量的相量表示

3.3 正弦電流電路中的電阻

3.4 正弦電流電路中的電感

3.5 正弦電流電路中的電容

3.6 相量形式的基爾霍夫定律

3.7 電阻、電感、電容的串聯(lián)電路

3.8 電阻、電感、電容的并聯(lián)電路

3.9 阻抗的連接方式與混聯(lián)電路

3.10 正弦交流電路中的功率

3.11 一般正弦交流電路的計(jì)算

3.12 交流電路中的實(shí)際器件

3.13 串聯(lián)諧振

3.14 并聯(lián)諧振

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第4章 互感電路

4.1 互感和互感電壓

4.2 互感線圈的同名端

4.3 有耦合電感的正弦交流電路分析

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第5章 三相正弦交流電路

5.1 對(duì)稱三相正弦量

5.2 三相電源和負(fù)載的連接

5.3 對(duì)稱三相電路的特點(diǎn)和計(jì)算

5.4 不對(duì)稱星形連接負(fù)載

5.5 三相電路的功率

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第6章 線性電路過(guò)渡過(guò)程的時(shí)域分析

6.1 換路定律和初始條件的計(jì)算

6.2 分析一階電路的三要素

6.3 一階電路的響應(yīng)

6.4 一階電路的全響應(yīng)

6.5 階躍函數(shù)和一階電路的階躍響應(yīng)

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第7章 非正弦周期電流電路

7.1 周期函數(shù)分解為傅里葉級(jí)數(shù)

7.2 非正弦周期性電流電路的有效值和有功功率

7.3 非正弦周期性電流電路的計(jì)算

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第8章 二端口網(wǎng)絡(luò)

8.1 二端口網(wǎng)絡(luò)

8.2 二端口網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納參數(shù)和阻抗參數(shù)

8.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)和混合參數(shù)

8.4 互易二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第9章 磁路和鐵芯線圈電路

9.1 磁場(chǎng)的基本物理量和性質(zhì)

9.2 鐵磁性物質(zhì)的磁化

9.3 磁路和磁路定律

9.4 恒定磁通磁路的計(jì)算

9.5 交流鐵芯線圈

9.6 交流鐵芯線圈的電路模型

9.7 理想變壓器

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

第10章 電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

10.1 電路的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

10.2 輸入并編輯電路

10.3 虛擬儀器及其使用

10.4 電路實(shí)例

基本要求與本章小結(jié)

習(xí)題

部分習(xí)題答案

參考文獻(xiàn)2100433B

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國(guó)外電子電氣經(jīng)典教材系列：應(yīng)用電路分析內(nèi)容簡(jiǎn)介

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國(guó)外電子電氣經(jīng)典教材系列：應(yīng)用電路分析作者簡(jiǎn)介

作者：（美國(guó)）薩迪庫(kù)（Matthew N.O.Sadiku） （美國(guó)）Sarhan M.Musa （美國(guó)）Charles K.Alexander

Matthew N. O. Sadiku，博士，美國(guó)Prairie View A&M大學(xué)教授，兼任IEEE Transactions on Education雜志副主編。他曾在朗訊、波音等公司從事研發(fā)工作，發(fā)表過(guò)170余篇學(xué)術(shù)論文，出版過(guò)近30部著作。

Sarhan M.Musa，博士，美國(guó)Prairie View A&M University大學(xué)工程技術(shù)系副教授，IEEE高級(jí)會(huì)員，同時(shí)也是2010年度Boeing Welliver Fellow。

Charles K.Alexander，分別于1967年和1971年獲得俄亥俄大學(xué)的電氣工程學(xué)碩士學(xué)位和博士學(xué)位，目前為俄亥俄州立大學(xué)克利夫蘭分校Fenn工學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授以及電子學(xué)與航空航天技術(shù)研究中心的主任。他是IEEE的會(huì)士，曾任IEEE主席和CEO。他于1984年獲得IEEE百年紀(jì)念獎(jiǎng)?wù)?，還先后榮獲英國(guó)工程委員會(huì)頒發(fā)的杰出工程教育成就獎(jiǎng)和杰出工程教育領(lǐng)導(dǎo)獎(jiǎng)。

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