基本電路

第一章電路基本定律和簡(jiǎn)單電阻電路

§1-l引言

§1-l-2歐姆定律

§1-3基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫提出的?；鶢柣舴蚨墒请娐防碚撝凶罨疽彩亲钪匾亩芍?。它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規(guī)律。它包括基爾 霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)?；鶢柣舴蚨蒏irchhoff 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(xiàn)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)?；鶢柣舴蚨砂娏鞫?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。

基爾霍夫定律是求解復(fù)雜電路的電學(xué)基本定律。從19世紀(jì)40年代，由于電氣技術(shù)發(fā)展的十分迅速，電路變得愈來(lái)愈復(fù)雜。某些電路呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)形狀，并且網(wǎng)絡(luò)中還存在一些由3條或3條以上支路形成的交點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))。這種復(fù)雜電路不是串、并聯(lián)電路的公式所能解決的，剛從德國(guó)哥尼斯堡大學(xué)畢業(yè)，年僅21歲的基爾霍夫在他的第1篇論文中提出了適用于這種網(wǎng)絡(luò)狀電路計(jì)算的兩個(gè)定律，即著名的基爾霍夫定律。該定律能夠迅速地求解任何復(fù)雜電路，從而成功地解決了這個(gè)阻礙電氣技術(shù)發(fā)展的難題?；鶢柣舴蚨山⒃陔姾墒睾愣伞W姆定律及電壓環(huán)路定理的基礎(chǔ)之上，在穩(wěn)恒電流條件下嚴(yán)格成立。當(dāng)基爾霍夫第一、第二方程組聯(lián)合使用時(shí)，可正確迅速地計(jì)算出電路中各支路的電流值。由于似穩(wěn)電流(低頻交流電)具有的電磁波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于電路的尺度，所以它在電路中每一瞬間的電流與電壓均能在足夠好的程度上滿(mǎn)足基爾霍夫定律。因此，基爾霍夫定律的應(yīng)用范圍亦可擴(kuò)展到交流電路之中。

§1-4電阻和電源的組合

§1-5用△-Y變換來(lái)簡(jiǎn)化電路

§1-6電源變換

§1-7電壓和電流分配

習(xí)題

第二章電阻電路的一般分析

§2-l節(jié)點(diǎn)分析

節(jié)點(diǎn)分析法(node-analysis method)的基本指導(dǎo)思想是用未知的節(jié)點(diǎn)電壓代替未知的支路電壓來(lái)建立電路方程，以減少聯(lián)立方程的元數(shù)。節(jié)點(diǎn)電壓是指獨(dú)立節(jié)點(diǎn)對(duì)非獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的電壓。應(yīng)用基爾霍夫電流定律建立節(jié)點(diǎn)電流方程，然后用節(jié)點(diǎn)電壓去表示支路電流，最后求解節(jié)點(diǎn)電壓的方法叫節(jié)點(diǎn)分析法。

1、選定參考節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)③)和各支路電流的參考方向，

并對(duì)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)①和節(jié)點(diǎn)②)分別應(yīng)用基爾霍夫電流定律列出電流方程。

2、根據(jù)基爾霍夫電壓定律和歐姆定律，建立用節(jié)點(diǎn)電壓和已知的支路電阻來(lái)表

示支路電流的支路方程。

3、將支路方程和節(jié)點(diǎn)方程相結(jié)合，消去節(jié)點(diǎn)方程中的支路電流變量，代之以節(jié)點(diǎn)電壓變量，經(jīng)移項(xiàng)整理后，獲得以?xún)晒?jié)點(diǎn)電壓為變量的節(jié)點(diǎn)方程。

§2-2網(wǎng)孔分析

根據(jù)基爾霍夫定律:可以提供獨(dú)立的KVL方程的回路數(shù)為b-n+1個(gè)，

網(wǎng)孔只是其中的一組。

網(wǎng)孔電流:沿每個(gè)網(wǎng)孔邊界自行流動(dòng)的閉合的假想電流。 一般對(duì)于M個(gè)網(wǎng)孔，自電阻×本網(wǎng)孔電流 + ∑(±)互電阻×相鄰

網(wǎng)孔電流 + ∑本網(wǎng)孔中電壓升

1、選網(wǎng)孔電流為變量，并標(biāo)出變量方向(常設(shè)為順時(shí)針?lè)较?

2、按照規(guī)律，采用觀(guān)察法列網(wǎng)孔方程

3、解網(wǎng)孔電流

4、由網(wǎng)孔電流計(jì)算其它待求量

§2-3錢(qián)性和疊加

§2-4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(xiàn)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(chēng)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(chēng)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(xiàn)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(xiàn)性電阻和線(xiàn)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(chēng)為開(kāi)路電壓。Ro稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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

§2-5直流情況下的最大功率傳輸

最大功率傳輸(maximum power tramsfer，theorem on)是關(guān)于使含源線(xiàn)性阻抗單口網(wǎng)絡(luò)向可變電阻負(fù)載傳輸最大功率的條件。定理滿(mǎn)足時(shí)，稱(chēng)為最大功率匹配，此時(shí)負(fù)載電阻(分量)RL獲得的最大功率為:Pmax=Uoc^2/4R0。

最大功率傳輸是關(guān)于負(fù)載與電源相匹配時(shí)，負(fù)載能獲得最大功率的定理。定理分為直流電路和交流電路兩部分，內(nèi)容如下所示。

含源線(xiàn)性電阻單口網(wǎng)絡(luò)(Ro>0)向可變電阻負(fù)載RL傳輸最大功率的條件是:負(fù)載電阻RL與單口網(wǎng)絡(luò)的輸出電阻Ro相等。滿(mǎn)足RL=Ro條件時(shí)，稱(chēng)為最大功率匹配，此時(shí)負(fù)載電阻RL獲得的最大功率為:Pmax=Uoc^2/4R0。

工作于正弦穩(wěn)態(tài)的單口網(wǎng)絡(luò)向一個(gè)負(fù)載ZL=RL+jXL供電，如果該單口網(wǎng)絡(luò)可用戴維寧(也叫戴維南)等效電路(其中Zo=Ro+jXo,Ro>0)代替，則在負(fù)載阻抗等于含源單口網(wǎng)絡(luò)輸出阻抗的共軛復(fù)數(shù)(即電阻成份相等，電抗成份只數(shù)值相等而符號(hào)相反)時(shí)，負(fù)載可以獲得最大平均功率Pmax=Uoc^2/4R0。這種匹配稱(chēng)為共軛匹配，在通信和電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，常常要求滿(mǎn)足共軛匹配，以便使負(fù)載得到最大功率。

滿(mǎn)足最大功率匹配條件(RL=Ro>0)時(shí)，Ro吸收功率與RL吸收功率相等，對(duì)電壓源uoc而言，功率傳輸效率為h=50%。對(duì)單口網(wǎng)絡(luò)N中的獨(dú)立源而言，效率可能更低。電力系統(tǒng)要求盡可能提高效率，以便更充分地利用能源，不能采用功率匹配條件。但是在測(cè)量、電子與信息工程中，常常著眼于從微弱信號(hào)中獲得最大功率，而不看重效率的高低。

習(xí)題

第三章含運(yùn)算放大器的電阻電路

§3-1運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱(chēng)"運(yùn)放")是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名"運(yùn)算放大器"。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類(lèi)繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

運(yùn)算放大器最早被設(shè)計(jì)出來(lái)的目的是將電壓類(lèi)比成數(shù)字，用來(lái)進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算，同時(shí)也成為實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算機(jī)(analog computer)的基本建構(gòu)方塊。然而，理想運(yùn)算放大器的在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的用途卻遠(yuǎn)超過(guò)加減乘除的計(jì)算。今日的運(yùn)算放大器，無(wú)論是使用晶體管(transistor)或真空管(vacuum tube)、分立式(discrete)元件或集成電路(integrated circuits)元件，運(yùn)算放大器的效能都已經(jīng)逐漸接近理想運(yùn)算放大器的要求。早期的運(yùn)算放大器是使用真空管設(shè)計(jì)，現(xiàn)在則多半是集成電路式的元件。但是如果系統(tǒng)對(duì)于放大器的需求超出集成電路放大器的需求時(shí)，常常會(huì)利用分立式元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這些特殊規(guī)格的運(yùn)算放大器。

1960年代晚期，仙童半導(dǎo)體(Fairchild Semiconductor)推出了第一個(gè)被廣泛使用的集成電路運(yùn)算放大器，型號(hào)為μA709，設(shè)計(jì)者則是鮑伯·韋勒(Bob Widlar)。但是709很快地被隨后而來(lái)的新產(chǎn)品μA741取代，741有著更好的性能，更為穩(wěn)定，也更容易使用。741運(yùn)算放大器成了微電子工業(yè)發(fā)展歷史上一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的象征，歷經(jīng)了數(shù)十年的演進(jìn)仍然沒(méi)有被取代，很多集成電路的制造商至今仍然在生產(chǎn)741。直到今天μA741仍然是各大學(xué)電子工程系中講解運(yùn)放原理的典型教材。

§3-2含運(yùn)放電阻電路

§3-3電壓跟隨器(隔離器)

§3-4模擬加法和減法

習(xí)題

第四章電感和電容

§4-l電感器

§4-2電容器

§413電感和電容的組合

§4-4*對(duì)偶性

§4-5簡(jiǎn)單電容運(yùn)放電路

習(xí)題

第五章一階電路

§5-l單位階躍激勵(lì)函數(shù)

§5-2無(wú)源RL電路

§5-3無(wú)源Rc電路

§5-4有源RL電路

§5-5有源RC電路

習(xí)題

第六章二階電路

§6-l無(wú)源RLC并聯(lián)電路

§6-2無(wú)源RLC串聯(lián)電路

§6-3RLC電路的全響應(yīng)

習(xí)題

第七章正弦量和相量

§7-1-正弦量的特征m

§7-2正弦激勵(lì)函數(shù)的強(qiáng)制響應(yīng)小

§7-3電流與電壓的有效值

§7-4復(fù)激勵(lì)函數(shù)

§7-5相量

§7-6R、L、C元件上的相量關(guān)系

§7-7阻抗

§7-8導(dǎo)納

習(xí)題

第八章正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析

§8-l節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)孔和回路分析

§8-2疊加定理、電源變換和戴維南定理

§8-3相量圖

習(xí)題

第九章功率與功率因數(shù)

§9-1瞬時(shí)功率

§9-2平均功率

§9-3視在功率與功率因數(shù)

§9-4復(fù)功率

§9-5交流情況下的最大功率傳輸

習(xí)題

第十章頻率響應(yīng)

§10-I并聯(lián)諧振

§10-2串聯(lián)諧撅

§10-3其它諧振電路

習(xí)題

第十一章磁耦合電路

§11-1互感

§11-2線(xiàn)性變壓器

§ll-3理想變壓器

習(xí)題

第十二章三相電路

§12一l三相電壓

§12-2三相電路的Y-Y-聯(lián)接

§12-3三角形(△)聯(lián)接

§12-4功率表的使用

§12-5三相系統(tǒng)的功率測(cè)量

習(xí)題

第十三章二端口網(wǎng)絡(luò)

§13-1導(dǎo)納參數(shù)

§13-2二端口等效網(wǎng)絡(luò)

§13-3阻抗參數(shù)

§13-1混合參數(shù)

§13-5傳輸參數(shù)

§13-6二端口網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接

§13-7*回轉(zhuǎn)器

§13-8*負(fù)阻抗變換器(NIC)

習(xí)題

第十四章傅里葉波形分析方法

§14-l傅里葉三角級(jí)數(shù)

§14-2傅里葉級(jí)數(shù)的指數(shù)形式

§14-3波形對(duì)稱(chēng)性的應(yīng)甩

§14-4線(xiàn)頻譜

§14-5波形綜合

§14-6有效值和平均功率

§14-7傅里葉級(jí)數(shù)在電路分析中的應(yīng)用

§14-8傅里葉變換的定義

習(xí)題

第十五章拉普拉斯變換法

§15-l拉氏變換定義

§15-2單位沖激函數(shù)

§15-3*在時(shí)域中的卷積與電路時(shí)域響應(yīng)

§15-4一些簡(jiǎn)單時(shí)間函數(shù)的拉氏變換

§15-5拉氏變換的幾個(gè)基本定理

§15-6部分分式法

§15-7求全響應(yīng)

§15-8傳遞函數(shù)(網(wǎng)絡(luò)函數(shù))H(s)

§15-9復(fù)頻率平面

習(xí)題

第十六章網(wǎng)絡(luò)圖論

§16-1定義和符號(hào)

§16-2關(guān)聯(lián)矩陣和基爾霍夫電流定律

§16-3回路矩陣和基爾霍夫電壓定律

§16-4圖的各矩陣間的相互關(guān)系

§16-5特勒根定理

習(xí)題

第十七章網(wǎng)絡(luò)矩陣方程

§17-1直接分析法

§17-2節(jié)點(diǎn)分析法

§17-3回路分析法

§17-4含受控電源的網(wǎng)絡(luò)分析

§17-5狀態(tài)變量和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程

§17-6標(biāo)準(zhǔn)型狀態(tài)方程的列寫(xiě)

習(xí)題

第十八章簡(jiǎn)單非線(xiàn)性電路

§18-1非線(xiàn)性元件

§18-2簡(jiǎn)單非線(xiàn)性電阻電路

§18-3小信號(hào)分析法

§18-4將電路分解為線(xiàn)性部分和非線(xiàn)性部分

§18-5伏安特性的組合

§18-6牛頓一拉夫遜法

§18-7一般非線(xiàn)性電阻電路

§18-8狀態(tài)空闖分析:相平面

§18-9相跡的特性!

習(xí)題

第十九章*電路設(shè)計(jì)

§19-I設(shè)計(jì)過(guò)程

§19-2簡(jiǎn)單的無(wú)源和有源低通濾波器

§19-3帶通電路

第二十章*開(kāi)關(guān)電容電路

§20-1MOS開(kāi)關(guān)

§20-2模擬運(yùn)算

§20-3一階濾波器

第二十一章分布參數(shù)電路

§2l-1引言

§21-2傳輸線(xiàn)分布參數(shù)電路的交流穩(wěn)態(tài)運(yùn)算

§21-3無(wú)損耗分布參數(shù)電路

§21-4有損耗傳輸線(xiàn)的兩種特定情況

§21-5有限長(zhǎng)傳輸線(xiàn)的分布參數(shù)電路

§21-6有限長(zhǎng)無(wú)損耗傳輸線(xiàn)

§21-7終端接任意阻抗的無(wú)損耗傳輸線(xiàn)

習(xí)題

附錄部分習(xí)題答案

參考書(shū)目

注:打星號(hào)(*)的章節(jié)在教學(xué)時(shí)可以選用。