電路

本書為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，是《電路》(黃錦安主編，機械工業出版社，2003年)的修訂版。本書是根據教育部高等學校電子電氣信息類基礎課程教學指導分委員會頒布的“電路理論基礎”和“電路分析基礎”課程教學基本要求編寫的。全書執行了國家關於量和單位的最新標準。全書共15章。內容有電路模型和電路定律、簡單電阻電路分析、電阻電路的一般分析、電路定理、運算放大器、一階電路和二階電路、正弦電流電路基礎、正弦穩態電路的分析、含耦合電感的電路、三相電路、非正弦周期電流電路、電路方程的矩陣形式、二埠網路、非線性電阻電路、運演演算法和網路函數，另外附有MATLAB在電路分析中的應用實例。各章配有習題並附部分參考答案，有助於讀者掌握教材內容。

第2版前言

第1版前言

第1章電路模型和電路定律

11電路和電路模型

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, 按一定方式連接起來，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、晶體管、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接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接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。

12電流和電壓的參考方向

l3功率和能量

14電阻元件

15電壓源和電流源

電壓源，即理想電壓源，是從實際電源抽象出來的一種模型，在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過的電流為多少。電壓源具有兩個基本的性質：第一，它的端電壓定值U或是一定的時間函數U(t)與流過的電流無關。第二，電壓源自身電壓是確定的，而流過它的電流是任意的。

由於電源內阻等多方面的原因，理想電壓源在真實世界是不存在的，但這樣一個模型對於電路分析是十分有價值的。實際上，如果一個電壓源在電流變化時，電壓的波動不明顯，我們通常就假定它是一個理想電壓源。

電壓源就是給定的電壓，隨著你的負載電阻增大，電流減小，理想狀態下電壓不變，但實際上電壓會在傳送路徑上消耗，你的負載增大，路徑上消耗減少。

電壓源的內阻相對負載阻抗很小，負載阻抗波動不會改變電壓高低。在電壓源迴路中串聯電阻才有意義，並聯在電壓源的電阻因為它不能改變負載的電流，也不能改變負載上的電壓，這個電阻在原理圖上是多餘的，應刪去。負載阻抗只有串聯在電壓源迴路中才有意義，與內阻是分壓關係。

電壓源是一個理想元件，因為它能為外電路提供一定的能量，所以又叫有源元件。

在功率允許的範圍內，相同頻率的電壓源串時可等效為一個同一頻率的電壓源

理想電壓源的端電壓與它的電流無關。其電壓總保持為某一常數或為某一給定的時間函數。

如直流理想電壓源，其端電壓就是一常數；交流理想電壓源，就是一按正弦規律變化的交流電壓源，其函數可表示為us=U(in)Sinat。

16受控源

所謂受控源，是指電壓源的電壓和電流源的電流，是受電路中其它部分的電流或電壓控制的，這種電源稱為受控電源。分為 電壓控制電壓源（VCVS）、電壓控制電流源（VCCS）、電流控制電壓源（CCVS）、和電流控制電流源（CCCS）。

受控電源又成為“非獨立”源。受控電壓源的激勵電壓或受控電流源的激勵電流與獨立電壓源的激勵電壓或獨立電流源的激勵電流有所不同，後者是獨立量，前者則受電路中某部分電壓或電流控制。

雙極晶體管的集電極電流受基極電流控制，運算放大器的輸出電壓受輸入電壓控制，所以這類器件的電路模型中要用到受控電源。

受控電壓源或受控電流源視控制量是電壓或電流可分為電壓控制電壓源(VCVS)、電壓控制電流源(VCCS)、電流控制電壓源(CCVS)和電流控制電流源(CCCS)。

受控源的分析方法：

1. 受控電壓源的端電壓或受控電流源的輸出電流只隨其控制量的變化而變化，若控制量不變，受控電壓源的端電壓或受控電流源的輸出電流將不會隨外電路變化而變化。即受控源在控制量不變的情況下，其特性與獨立源相同。

2.對於獨立源推導得出的結論，基本也適用於受控源。

3. 在對含受控源電路的分析過程中，受控源的控制量所在支路必須保留，不允許有任何改變。

17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，僅與電路的連接方式有關，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)，前者應用於電路中的節點而後者應用於電路中的迴路。

習題1

第2章簡單電阻電路分析

21等效變換的概念

22電阻的串聯、並聯和混聯

23電阻的等效變換

24電壓源、電流源的串聯和並聯

25實際電源的等效變換

26運用等效變換分析含受控源的電阻

電路

習題2

第3章電阻電路的一般分析

31支路電流法

32網孔電流法和迴路電流法

33節點電壓法

習題3

第4章電路定理

4l疊加定理

42替代定理

43戴維南定理和諾頓定理

44特勒根定理

45互易定理

46對偶原理

習題4

第5章運算放大器

51運算放大器概述

52運算放大器構成的比例器

53運算放大器典型電路分析

習題5

第6章一階電路和二階電路

61電容元件

62電感元件

63一階電路

64電路的韌始條件

65一階電路的零輸入響應

66一階電路的零狀態響應

67一階電路的全響應

68一階電路的三要素法

69一階電路的階躍響應

610一階電路的衝激響應

6ll卷積積分

612二階電路的零輸入響應

613二階電路的零狀態響應和階躍

響應

習題6

第7章正弦電流電路基礎

71正弦量

72正弦量的有效值

73相量法的基本概念

74基爾霍夫定律的相量形式

75正弦電流電路中的三種基本電路

元件

習題7

第8章正弦穩態電路的分析

81阻抗和導納

82簡單正弦穩態電路的分析及相量圖

83正弦穩態電路的功率

84正弦穩態電路的一般分析方法

85最大平均功率的傳輸

86正弦穩態電路的諧振

習題8

第9章含耦合電感的電路

91互感

92含耦台電感的電路計算

93空心變壓器

94理想變壓器

習題9

第10章三相電路

10lj相電源-

lO2負載星形聯結的三相電路

103負載三角形聯結的三相電路

104三相電路的功率

105三相功率的測量

習題10

第ll章非正弦周期電流電路

11l非正弦周期信號

112非正弦周期函數分解為傅里葉級

數

113非正弦周期電流電路的有效值

和平均功率-

114非正弦周期電流電路的計算

ll5對稱三相電路中的高次諧波

習題11

第12章電路方程的矩陣形式

121電路的圖

122迴路、樹、割集

123關聯矩陣、迴路矩陣、割集矩陣

124矩陣之問的關係

125節點電壓方程的矩陣形式

126迴路電流方程的矩陣形式

127割集電壓方程的矩陣形式

128狀態方程

習題12

第13章二埠網路

131二埠網路概述

132二埠網路的方程和參數

133二埠網路的等效電路

134二埠網路的網路函數

135二埠網路的特性阻抗與實驗參

數-

136二埠網路的連接

137迴轉器

習題13-

第14章非線性電阻電路

14l非線性電阻

142非線性電阻的串並聯

143分段線性化法-

144小信號分析法

習題14

第15章運演演算法和網路函數

151拉普拉斯變換

152拉氏變換的主要性質

153拉氏反變換

154電路定律的運算形式

155線性電路的復頻域分析——運算

法

156網路函數、極點和零點

習題15

部分習題參考答案

附錄MATLAB在電路分析中的應

用

參考文獻