內容簡介
《高等院校教材:電路分析》是按照教育部本科生“電路分析”的課程要求編寫而成。
全書共分 10章,主要介紹直流電路、動態電路、交流穩態電路的基本概念、基本理論、基本方法及套用,重點為集總、線性、時不變、動態、穩態電路的基本概念與基本方法,電路方程的建立、求解及套用。主要特點是從模型、連線埠、網路、等效電路等系統的基本概念出發,以典型系統舉例說明系統的概念,再分析二極體、電晶體等效電路、運算放大器、迴轉器、負阻抗變換器電路等,逐步進入實際電路中,為後續專業課打下紮實的理論基礎。
《高等院校教材:電路分析》以培養套用型兼顧研究型人才為目的,以套用、實用、適用為原則,可作為高等院校電子信息類專業的“電路分析”教材,也可供相關專業、相關領域的研究人員參考。
目錄
第1章 基本概念
1.1 知識要點
1.1.1 電路及電路模型
電流流過的迴路叫做電路,又稱導電迴路。最簡單的電路,是由電源、負載、導線、開關等元器件組成。電路導通叫做通路。只有通路,電路中才有電流通過。電路某一處斷開叫做斷路或者開路。如果電路中電源正負極間沒有負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元件的兩端直接接通,此時電流從直接接通處流經而不會經過該元件,這種情況叫做該元件短路。開路(或斷路)是允許的,而第一種短路決不允許,因為電源的短路會導致電源、用電器、電流表被燒壞。
電路(英語:Electrical circuit)或稱電子迴路,是由電器設備和 元器件, 按一定方式連線起來,為電荷流通提供了路徑的總體,也叫電子線路或稱電氣迴路,簡稱網路或迴路。如電源、電阻、電容、電感、二極體、三極體、電晶體、IC和電鍵等,構成的網路、硬體。負電荷可以在其中流動。
電路模型是實際電路抽象而成,它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導線連線而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連線就構成不同特性的電路。
電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求,應當用不同的電路模型模擬同一實際電路。
這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。
1.1.2 電路分析中的物理量
1.1.3 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律,是分析和計算較為複雜電路的基礎,1845年由德國物理學家G.R.基爾霍夫(Gustav Robert Kirchhoff,1824~1887)提出。它既可以用於直流電路的分析,也可以用於交流電路的分析,還可以用於含有電子元件的非線性電路的分析。運用基爾霍夫定律進行電路分析時,僅與電路的連線方式有關,而與構成該電路的元器件具有什麼樣的性質無關。基爾霍夫定律包括電流定律(KCL)和電壓定律(KVL),前者套用於電路中的節點而後者套用於電路中的迴路。
1.1.4 電阻元件
1.1.5 獨立電源
1.1.6 受控源
1.1.7 負載與電源
1.1.8 單口網路及等效
1.1.9 雙口網路及等效
1.2 習題詳解
第2章 電路的分析方法
2.1 知識要點
2.1.1 KCL和KVL方程的獨立性與完備性
2.1.2 電路的拓撲基礎
2.1.3 支路電流法
2.1.4 點電壓法
2.1.5 網孔電流法和迴路電流法
電路基本分析方法的一種
根據基爾霍夫定律:可以提供獨立的KVL方程的迴路數為b-n+1個,
網孔只是其中的一組
。
網孔電流:沿每個網孔邊界自行流動的閉合的假想電流。 一般對於M個網孔,自電阻×本網孔電流 + ∑(±)互電阻×相鄰
網孔電流 + ∑本網孔中電壓升
2.2 習題詳解
第3章 線性電路的性質
3.1 知識要點
3.1.1 線性電路的比例性
3.1.2 疊加原理
3.1.3 戴維南定理和諾頓定理
戴維南定理(Thevenin's theorem):含獨立電源的線性電阻單口網路N,就連線埠特性而言,可以等效為一個電壓源和電阻串聯的單口網路。電壓源的電壓等於單口網路在負載開路時的電壓uoc;電阻R0是單口網路內全部獨立電源為零值時所得單口網路N0的等效電阻。
諾頓定理與戴維南定理互為對偶的定理。定理指出,一個含有獨立電源線性二端網路N(圖1a), 就其外部狀態而言,可以用一個獨立電流源 isc和一個鬆弛二端網路N0的並聯組合來等效(圖1b)。其中, isc是網路N的短路電流,鬆弛網路N0是將網路 N中的全部獨立電源和所有動態元件上的初始條件置零後得到的網路。上述並聯組合稱為諾頓等效網路。在復頻域中等效網路由電流源 Isc和運算元阻抗 Yi( s)並聯而成(圖2)。 Isc( s)是短路電流的拉普拉斯變換, Yi( s)是鬆弛網路N0的入端(策動點)導納。另外,還能導出網路N用於正弦穩態分析和直流分板的等效網路。
求等效電路的關鍵是求出網路N的短路電流和網路N0的入端(策動點)導納。它們均可通過電子計算機求得。
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的並聯單口,稱為單口網路的諾頓等效電路。在連線埠電壓電流採用關聯參考方向時,單口的VCR方程可表示為i= u/Ro + isc
3.1.4 電阻電路的最大功率傳遞定理
3.1.5 互易定理
在只含一個電壓源(或電流源),不含受控源的線性電阻電路中,電壓源(或電流源)與電流表(電壓表)互換位置,電流表(電壓表)讀數不變。這種性質成為互易定理。
僅含線性時不變二端電阻和理想變壓器的雙口網路,稱為互易雙口。
互易定理:對於互易雙口,存在以下關係。
R12=R21
G12=G21
H12=-H21
T11T22-T12T21=1
3.2 習題詳解
第4章 一階動態電路分析
4.1 知識要點
4.1.1 電容元件及其性質
4.1.2 電感元件及其性質
4.1.3 一階動態電路
4.1.4 一階電路零輸入回響
4.1.5 一階電路零狀態回響及完全回響
4.1.6 三要素法求一階電路回響
4.1.7 階躍回響
4.2 習題詳解
第5章 二階動態電路分析
5.1 知識要點
5.1.1 RLC串聯電路
5.1.2 零輸入回響
5.1.3 零狀態回響及完全回響
5.1.4 GLC並聯電路分析及計算
5.1.5 一般二階動態電路分析
5.2 習題詳解
第6章 正弦穩態電路的分析
6.1 知識要點
6.1.1 正弦交流電
6.1.2 弦量的相量表示
6.1.3 元器件伏安特性的相量表示
6.1.4 基爾霍夫定律的相量表示
6.1.5 阻抗和導納
6.1.6 正弦穩態電路的分析
6.1.7 單口網路的有功功率和無功功率
6.1.8 視在功率和功率因數
6.1.9 最大功率傳遞定理
6.1.10 頻率特性
6.1.11 疊加原理在正弦穩態電路分析中的套用
6.1.12 諧振
6.2 習題詳解
第7章 三相電路
7.1 知識要點
三相電路。三相交流電源指能夠提供3個頻率相同而相位不同的電壓或電流的電源,最常用的是三相交流發電機。三相發電機的各相電壓的相位互差120°。它們之間各相電壓超前或滯後的次序稱為相序。三相電動機在正序電壓供電時正轉,改為負序電壓供電時則反轉。因此,使用三相電源時必須注意其相序。一些需要正反轉的生產設備可通過改變供電相序來控制三相電動機的正反轉。 三相電路是一種特殊的交流電路,由三相電源、三相負載和三相輸電線路組成。 世界上電力系統電能生產供電方式大都採用三相制。
7.1.1 三相電源
7.1.2 負載星形連線的三相電路分析
7.1.3 負載三角形連線的三相電路分析
7.1.4 三相電路的功率測量
7.2 習題詳解
第8章 耦合電路的分析
8.1 知識要點
8.1.1 耦合電感的基本概念及其VAR
8.1.2 耦合電感的等效電路
8.1.3 耦合電路的相量法分析
8.1.4 耦合電路的動態分析
8.1.5 空心變壓器的電路分析
8.1.6 理想變壓器電路的分析
8.2 習題詳解
第9章 含運算放大器電路的分析
9.1 知識要點
9.1.1 運算放大器
9.1.2 含運算放大器電阻電路的分析
9.1.3 運算放大器電路的動態分析
9.1.4 運算放大器電路的正弦穩態分析
9.2 習題詳解
第10章 雙口網路
10.1 知識要點
10.1.1 雙口網路的流控型和壓控型參數
10.1.2 雙口網路的混合型和傳輸型參數
10.1.3 各組參數間的關係
10.1.4 有載雙口網路的分析
10.1.5 雙口網路的互連
10.2 習題詳解