電路理論基礎

本書可作為高等院校電子信息、電氣工程、自動控制、通信工程、計算機科學與技術等專業的教材，也可作為成人教育的教材和相關專業科技人員的參考書。

序言

前言

第1章 電路分析導論

1.1 引言

1.2 電路模型和集中參數假設

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。

1.3 電路的基本變數和關聯參考方向

1.4 功率和能量--電路的複合變數

功率是指物體在單位時間內所做的功，即功率是描述做功快慢的物理量。功的數量一定，時間越短，功率值就越大。求功率的公式為功率=功/時間。

物理意義：表示物體做功快慢的物理量。

物理定義：單位時間內所做的功叫功率。

功率可分為電功率，力的功率等。故計算公式也有所不同。

電功率計算公式：P=W/t =UI；在純電阻電路中，根據歐姆定律U=IR代入P=UI中還可以得到：P=I*IR=(U*U)/R

在動力學中：功率計算公式：P=W/t（平均功率）；P=Fvcosa（瞬時功率）

因為 W=F（ f 力）×S（s位移）（功的定義式），所以求功率的公式也可推導出 P=F·v（當 v表示平均速度時求出的功率為相應過程的平均功率，當 v表示瞬時速度時求出的功率為相應狀態的瞬時功率）。

度量物質運動的一種物理量。相應於不同形式的運動，能量分為機械能、分子內能、電能、化學能、原子能等。亦簡稱能。

能量這個詞是T.楊 1801 年在倫敦國王學院講自然哲學時引入的，他針對當時把質量與速度二次方之積稱為活力或上升力的觀點，提出用能量這個詞表示上述乘積是妥當的，並和物體所作的功相聯繫。但並未引起重視，人們仍認為不同的運動中蘊藏著不同的力。直到能量守恆定律被確認后，才認識能量概念的重要意義。

能量是物質運動的量化轉換，簡稱“能”。世界萬物是不斷運動著的，在物質的一切屬性中，運動是最基本的屬性，其他屬性都是運動屬性的具體表現。例如：空間屬性是物質運動的廣延性體現；時間屬性是物質運動的持續性體現；引力屬性是物質在運動過程由於質量分佈不均所引起的相互作用的體現；電磁屬性是帶電粒子在運動和變化過程中的外部表現；等等。物質的運動形式是多種多樣的，對於每一個具體的物質運動形式存在相應的能量形式，例如：與宏觀物體的機械運動對應的能量形式是動能；與分子運動對應的能量形式是熱能；與原子運動對應的能量形式是化學能；與帶電粒子的定向運動對應的能量形式是電能；與光子運動對應的能量形式是光能除了這些，還有風能潮汐能等當運動形式相同時，兩個物體的運動特性可以採用某些物理量或化學量來描述和比較。例如，兩個作機械運動的物體可以用速度、加速度、動量等物理量來描述和比較；兩股作定向運動的電流可以用電流強度、電壓、功率等物理量來描述和比較。但是，當運動形式不相同時，兩個物質的運動特性唯一可以相互描述和比較的物理量就是能量，即能量特性是一切運動著的物質的共同特性，能量尺度是衡量一切運動形式的通用尺度。因此，可以對能量做出全新的哲學定義。

1.5 基爾霍夫電流定律與電荷守恆公理

基爾霍夫電流定律於1845年由古斯塔夫·基爾霍夫所發現。該定律又稱節點電流定律，其內容是電路中任一個節點上，在任一時刻，流入節點的電流之和等於流出節點的電流之和。

在集總電路中，任何時刻，對任意結點，所有流入流出結點的支路電流的代數和恆等於零。

依據：電流連續性原理。

也就是說，在電路中任一點上，任何時刻都不會產生電荷的堆積或減少現象。

適用範圍：

基爾霍夫定律不僅適用於電路中結點，也可以推廣到電路中任一閉合面。

1）定義：基爾霍夫電流定律（簡稱KCL）：在集總電路中，在任一時刻，流出任一結點的電流代數和恆等於零。

即對任一結點有：∑i =0

注意：“流出”結點電流是相對於電流參考方向而言。“代數和”指電流參考方向，如果是流出結點，則該電流前面取“+”；相反，電流前面取“-”。2）推廣：在集總電路中，在任一時刻，流出任一閉合面的電流代數和恆等於零。“代數和”指電流參考方向如果是流出閉合面，則該電流前面取“+”；相反，電流前面取“─”。

3）本質：是電流連續性的表現，即流入結點的電流等於流出結點的電流。

實際應用：實際問題中的交通問題，有些也是以基爾霍夫電流定律為背景設立的。

1.6 基爾霍夫電壓定律與能量守恆公理

1.7 特勒根定理

如果有兩個具有n個結點和b條支路的電路，它們具有相同的圖，但由內容不同的支路構成。假設各支路電流和電壓都取關聯參考方向，並分別用（I1，I2，···,Ib）、（U1,U2,···,Ub）和（ǐ1,ǐ2,···,ǐb）、（ǔ1、ǔ2、···,ǔb）表示兩電路中b條支路的電流和電壓，則對於任何時間t，有ǐ1*U1+ǐ2*U2+···+ǐb*Ub=0以及I1*ǔ1+I2*ǔ2+···+Ib*ǔb=

兩個拓撲結構相同的集總參數電路中各對應的電流、電壓的乘積之和為零。1952年由B.H.特勒根提出。定理指出，若兩個集總參數電路（電路本身最大線性尺寸遠小於電路中電流或電壓的波長）1和2 具有相同的有向圖，並且二者的支路電壓和支路電流分別滿足基爾霍夫定律，則恆有：

式中 U k 和 I k 分別是電路1的支路電壓和支路電流， ǔk和 ǐk分別是電路2 的支路電壓和支路電流， b 為兩個電路的支路數。兩式的兩組支路電流和支路電壓也可以是同一電路中不同狀態下的兩組電流和電壓（各表示一種工作狀態）。若將上式中的ǔk 和 ǐk都換成 U k 和 I k （這相當於式中支路電流和支路電壓都用同一電路中同一狀態的支路電流和支路電壓），則有 ǐ1*ǔ1+ǐ2*ǔ2+···+ǐb*ǔb=0以及I1*U1+I2*U2+···+Ib*Ub=0,

1.8 總結與思考

1.8.1 總結

1.8.2 思考

習題1

第2章 電路元件與電路分類

2.1 端電路元件的數學抽象及描述

2.1.1 二端電阻

2.1.2 二端電容

2.1.3 二端電感

2.1.4 二端憶阻元件

2.2 獨立電源

2.3 基本信號

2.3.1 復指數信號

2.3.2 單位階躍信號

2.3.3 單位斜坡信號

2.3.4 單位衝擊信號

2.4 多端電路元件的數學抽象及其描述

2.4.1 多端電阻

2.4.2 多端電感

2.4.3 多端電容

2.5 電路元件的基本組與器件造型的概念

2.6 電路分類

2.7 總結與思考

習題2

第3章 電路分析的基本方法

3.1 支路電流法

3.2 節點分析法

3.3 網孔電流法

3.4 總結與思考

習題3

第4章 電路定理

4.1 疊加定理

4.2 替代定理

4.3 戴維南定理與諾頓定理

4.4 互易定理

4.5 對偶原理

4.6 最大功率傳輸定理

4.7 總結與思考

習題4

第5章 電路的時域分析

5.1 一階電路分析

5.2 一般電路系統I/O微分方程的建立和求解

5.3 衝擊響感和階響應

5.4 卷積與零狀態響應

5.5 卷積積分應用

5.6 總結與思考

第6章 正弦電路的穩態分析

6.1 正弦穩態分析基礎

6.2 阻抗、導納和相量模型

6.3 相量分析法

6.4 正弦電路的功率

6.5 非正弦周期信號激勵下電路的穩態分析

6.6 諧振電路

6.7 總結與思考

習題6

第7章 三相電路

7.1 三相交流電路

三交流相電路。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后的次序稱為相序。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。

7.2 對稱三相電路的計算

7.3 三相電路的功率及測量

7.4 不對稱三相電路的計算

7.5 總結與思考

習題7

第8章 電路的復頻域分析方法

8.1 拉普拉斯變換的定義

8.2 拉普拉斯變換的基本性質

8.3 拉普拉斯反變換

8.4 復頻域電路分析方法

8.5 網路函數的定義

8.6 網路函數的零點和極點

8.7 網路函數的瞬態響應

8.8 網路的正弦穩態響應

8.9 網路的穩定性分析

8.10 總結與思考

第9章 雙口網路

9.1 雙口網路的參數

9.2 雙口網路的等效電路

9.3 雙口網路的相互連接

*9.4 雙口網路有效連接的判別和實現

9.5 雙口網路的黑箱分析法

9.6 總結與思考

習題9

第10章 圖論及LTI電路系統的矩陣分析法

10.1 圖論基礎

10.2 電路系統的圖矩陣表示

10.3 支路電壓電流關係——VCR方程

10.4 節點分析法和基本割集分析法

10.5 網也分析法和基本迴路分析法

10.6 改進節點分析法

10.7 總結與思考

第11章 濾波器設計

11.1 濾波器設計基礎

11.2 有源RC濾波器的設計方法

11.3 有源RC濾波器的計算機輔助設計

11.4 總結與思考

第12章 計算機輔助設計

12.1 計算機輔助設計基礎

12.2 Multisim2001軟體基礎

12.3 Multisim2001高級應用

12.4 Multisim2001應用實例——有源帶通濾波器的模擬

12.5 總結與思考

主要參考文獻

附錄

電路理論課是國家教育部規定的綜合性大學電子信息類專業的專業基礎課與專業主幹課，也是電氣工程、控制科學與工程、計算機科學與技術等各類專業必修的專業基礎課或專業主幹課。1982年以來，我們一直從事這門課程的教學。根據原國家教委1983年制定的該課程教學大綱和1991年制定的教學基本要求，我們編寫了這門課的講義，並以該講義為基礎，融入多年的教學改革成果和電路系統理論的新技術與新方法，編成了《電路與系統理論》(1996年出版)、《電路系統分析與設計》(2002年出版)。電路理論課已經成為四川大學精品課程，根據國家教育部1998年新專業的基本要求和學分制教學改革的要求，我們在《電路系統分析與設計》

21世紀，隨著現代科學技術的飛速發展，人類歷史即將進入一個嶄新的時代——信息時代。其鮮明的時代特徵是，支撐這個時代的諸如能源、交通、材料和信息等基礎產業均將得到高度發展，並能充分滿足社會發展和人民生活的多方面需求。作為信息科學的基礎，微電子技術和光電子技術同屬於教育部本科專業目錄中的一級學科“電子科學與技術”。微電子技術伴隨著計算機技術、數字技術、移動通信技術、多媒體技術和網路技術的出現得到了迅猛的發展，從初期的小規模集成電路(SSl)發展到今天的巨大規模集成電路(GSl)，成為使人類社會進入信息化時代的先導技術。20世紀60年代初出現的激光和激光技術以其強大的生命力推動著..

作　者：陳希有 主編

出 版 社：高等教育出版社

出版時間： 2004-1-1 字　數： 650000 版　次： 3 頁　數： 538 印刷時間： 2004-1-1 定價：￥39.10 紙　張：膠版紙 I S B N ： 9787040130133

本書是普通高等教育“十五”國家級規劃教材，是在1996年《電路理論基礎》（第2版）的基礎上修訂而成。除保持第2版教材特色外，在修訂過程中主要做了如下考慮：進一步理順教學內容，突出教學實用性，便於自學；適度增刪，突出教學重點和工程實用性；使物理概念、數學方法和計算工具有機結合；針對系列課程教學計劃，進一步理順與前期課及後續課關係。

全書共分15章，具體內容是：基爾霍夫定律及電路元件、線性直流電路、電路定理、非線性直流電路、電容元件和電感元件、正弦電流電路、三相電路、非正弦周期電流電路、頻率特性和諧振現象、線性動態電路暫態過程的時域分析、線性動態電路暫態過程的復頻域分析、非線性動態電路的暫態過程、網路的圖、網路矩陣與網路方程、二埠網路、均勻傳輸線，另有3個附錄，附錄A 磁路，附錄B 0rcAD/capture，Pspice概要，附錄C MATLAB概要。

本書可供普通高等學校電氣信息類專業師生作為電路課程的教材使用，也可供有關科技人員參考。

緒論

第1章 基爾霍夫定律與電路元件

1.1 電流、電壓及其參考方向

1.2 電功率與電能

1.3 基爾霍夫電流定律

1.4 基爾霍夫電壓定律

1.5 電阻元件

1.6 獨立電源

1.7 受控電源

第2章 線性直流電路

2.1 電阻的串聯與並聯

2.2 電源和電阻的串聯與並聯

2.3 電阻的星形和三角形聯接

2.4 支路電流法

2.5 迴路電流法

2.6 節點電壓法

2.7 運算放大器

2.8 含運算放大器電路的分析

第3章 電路定理

3.1 置換定理

3.2 齊性定理與疊加定理

3.3 等效電源定理

3.4 特勒根定理

3.5 互易定理

3.6 對偶原理

第4章 非線性直流電路

4.1 非線性電阻元件特性

4.2 非線性直流電路方程

4.3 數值分析法

4.4 分段線性分析法

4.5 圖解法

第5章 電容元件和電感元件

5.1 電容元件

5.2 電感元件

5.3 耦合電感

5.4 理想變壓器

第6章 正弦電流電路

6.1 正弦電流

6.2 正弦量的相量表示法

6.3 基爾霍夫定律的相量形式

6.4 元件方程的相量形式

6.5 RLC串聯電路的阻抗

6.6 GCL並聯電路的導納

6.7 正弦電流電路的相量分析法

6.8 含耦合電感的正弦電流電路

6.9 正弦電流電路的功率

6.10 復功率

6.11 最大功率傳輸

第7章 三相電路

第8章 非正弦周期電流電路

第9章 頻率特性和諧振現象

第10章 線性動態電路暫態過程的時域分析

第11章 線性動態電路暫態過程的復頻域分析

第12章 非線性動態電路的暫態過程

第13章 網路的圖 網路矩陣與網路方程

第14章 二埠網路

第15章 均勻傳輸線

附錄A 磁路

附錄B OrCAD/Capture, PSpice概要

附錄C MATLAB概要