本书全面、系统地介绍了电路分析的基础知识。全书共8章, 内容包括电路的基本概念与理论、直流电路等效化简分析法、直流电路基本定律分析法、正弦稳态电路基本理论、正弦稳态电路分析法、三相交流电路分析法、动态电路分析法、电路及元器件的测量。此外, 每章末都编排了本章习题,并在大部分习题后附有参考答案, 书末附录提供了中英文术语对照表。
本书以“强调基本理论、注重基本方法、提高应用技能”为宗旨, 参考国内外多本知名教材的内容和写作风格以及国内多所高校的教学和考研要求编写而成, 具有内容全面精练、逻辑清晰明了、语言通俗易懂、难度深浅得当、例题丰富实用、页面美观新颖等特点, 同时每章结束部分辅以实用性极强的“小知识”, 理论联系实际, 使得本书更生动、全面、实用。
本书可作为普通高校和职业学校通信工程、电子信息工程、物联网工程、网络工程、智能制造工程、机电一体化和自动化控制等专业的教材, 也可供有志青年和相关工程技术人员参考。
在第一版基础上加了数字资源
本书第一版自2014年2月出版以来, 被许多普通高校和职业学校长期应用于相关专业教学之中, 并获得了广大读者的肯定和好评, 对此, 编著者感到不胜荣幸!
“电路分析”是门什么样的课
当前, 在通信工程、电子信息工程、物联网工程、网络工程、智能制造工程、机电一体化和自动化控制等对电路知识要求较高的本科及高职专业的培养计划中, 作为专业基础课之一的“电路分析”越来越重要, 它不仅是“模拟电路”“数字电路”“高频电路”“信号与系统”“通信原理”“微波与天线”“自动控制原理”等课程的先导课程, 更是一些相关专业的考研科目。另外, 目前各高校的培养计划学时远远小于教学的实际需求, 这就要求施教者动脑筋想办法, 用有限的时间完成尽量多的知识传授任务, 同时, 还要加强对学生实践能力的培养。再者, 我国已经把职业教育单独划分出来, 成为与普通教育并行的一种教育体系, 从而引发了新一轮教育、教学改革的热潮。
因此, 为了更好地体现“电路分析”课程在当前电子信息类和机械及控制类专业课程体系中的地位与特点, 服务于普通高校和职业学校培养应用型人才的教学需要, 在保持第一版特色的前提下, 编著者进行了本次修订, 具体变动如下:
(1) 修改了本书的主要内容结构。
(2) 梳理了基本概念, 补充或重新表述了一些概念, 力求简练、准确。
(3) 增加了如“电感与电容的特性对比”“线性元件的概念”“三相交流电的优点”“响应的分类”“微分电路和积分电路”等内容, 并且每章都增加了“结语”部分, 使知识体系更清晰、完整、系统。
(4) 删减了个别章节, 如“不对称三相电路”, 将其中一些必要的内容保留并补充进了其他章节。
(5) 修改并增加了插图, 对原有插图进行全面美化, 修改了不符合现行国家标准的符号, 新增了一些插图, 使得文字含义更加形象生动。
(6) 修改并补充了部分例题、习题, 完善了部分习题的参考答案。
(7) 建设了相关内容的线上“微课”资源, 读者可通过扫描二维码的方式查看相关资源。
(8) 对表达意思不够鲜明及存有细微错误之处进行了更正。
本书是《电路分析》《信号与系统基础》《通信原理与通信技术》教材“三部曲”的第一部, 可与《信号与系统基础》(张卫钢编著, 西安电子科技大学出版社, 2019.1)、《通信原理与通信技术(第四版)》(张卫钢编著, 西安电子科技大学出版社, 2018.5)、《通信原理与技术简明教程》(张卫钢、 张维峰编著, 清华大学出版社, 2013.8)等教材配套使用。
本书的参考学时是32学时。
本书由长安大学张卫钢教授全面修订。李巍博士、林智慧副教授、唐亮副教授、何颖副教授、安晓莉讲师、王海云讲师整理并校对了书稿、例题、习题及参考答案。在此, 对他们表示衷心的感谢。同时, 对参考文献的编、著、译者致以最崇高的敬意。
希望广大读者不吝赐教, 批评指正。
作者邮箱: wgzhang@chd.edu.cn/648383177@qq.com。
张卫钢
2021年10月14日于西安
第1章 电路的基本概念与理论 1
1.1 电路 1
1.1.1 电路的概念 2
1.1.2 电路的分类 2
1.1.3 线性电路和非线性电路 4
1.2 电流、电位和电压 5
1.2.1 电流 5
1.2.2 电位和电压 6
1.2.3 电压与电流的关系 7
1.3 直流电和交流电 8
1.3.1 直流电 8
1.3.2 交流电 8
1.3.3 直流电路和交流电路 10
1.4 电阻、电感、电容及其模型 10
1.4.1 电阻器及其模型 10
1.4.2 电感器及其模型 13
1.4.3 电容器及其模型 15
1.4.4 电感与电容的特性对比 18
1.4.5 线性元件的概念 18
1.5 电源及其模型 19
1.5.1 电源的概念及分类 19
1.5.2 直流电源和交流电源 19
1.5.3 理想电压源和实际电压源 21
1.5.4 理想电流源和实际电流源 22
1.5.5 独立电源和受控电源 24
1.6 电路模型 25
1.7 电路基本定律 26
1.7.1 基尔霍夫电流定律 27
1.7.2 基尔霍夫电压定律 27
1.8 电路分析的基本概念 28
1.9 结语 29
1.10 小知识——接地 29
本章习题 30
第2章 直流电路等效化简分析法 35
2.1 等效化简分析法 35
2.2 电阻网络的等效分析 36
2.2.1 串联电阻网络的分析 36
2.2.2 并联电阻网络的分析 38
2.2.3 混联电阻网络的分析 40
2.2.4 三角形网络和星形网络的分析 43
2.3 电阻网络的功率分析 45
2.3.1 能量与功率 45
2.3.2 功率平衡 46
2.3.3 负载获得最大功率的条件 47
2.4 独立电源电路的等效分析 47
2.4.1 电源的串联和并联 47
2.4.2 有伴电源的相互等效 48
2.4.3 理想电源与任一元件连接的等效 50
2.5 受控电源电路的等效分析 51
2.6 线性定理 53
2.7 替代定理 56
2.8 等效电源定理 58
2.8.1 戴维南定理 58
2.8.2 诺顿定理 60
2.9 对偶原理 63
2.10 结语 64
2.11 小知识——稳压电源的挑选 64
本章习题 65
第3章 直流电路基本定律分析法 72
3.1 2b分析法 72
3.2 支路电流法 72
3.3 节点电压法 74
3.3.1 节点电压法介绍 74
3.3.2 特殊情况的处理 78
3.4 网孔电流法 80
3.4.1 网孔电流法介绍 80
3.4.2 特殊情况的处理 82
3.5 结语 85
3.6 小知识——日光灯的工作原理 85
本章习题 86
第4章 正弦稳态电路基本理论 90
4.1 分析交流电路的意义 90
4.2 直流电路与交流电路分析的异同点 91
4.3 复数 91
4.3.1 复数的基本概念 91
4.3.2 复数的运算 92
4.4 相量表示法 94
4.5 相量的运算特性 96
4.6 相量分析法 97
4.7 电路定律及元件VCR的相量形式 97
4.7.1 基尔霍夫定律的相量形式 97
4.7.2 R、L、C元件的电路模型及VCR相量形式 97
4.7.3 阻抗 101
4.7.4 导纳 104
4.8 交流电路的功率 109
4.8.1 瞬时功率和有功功率 109
4.8.2 视在功率和无功功率 111
4.8.3 复功率 116
4.8.4 最大功率传输 117
4.9 谐振 118
4.9.1 RLC串联电路的谐振 119
4.9.2 RLC并联电路的谐振 123
4.10 互感电路 127
4.10.1 互感的基本概念 127
4.10.2 互感的相量模型 129
4.10.3 互感的去耦合等效 129
4.11 空心变压器 132
4.12 理想变压器 134
4.13 结语 135
4.14 小知识——组合音箱 136
本章习题 137
第5章 正弦稳态电路分析法 143
5.1 相量分析法的步骤 143
5.2 阻抗网络的等效分析 143
5.2.1 电感网络的等效 143
5.2.2 电容网络的等效 145
5.2.3 串联阻抗的分析 146
5.2.4 并联阻抗的分析 146
5.2.5 滤波和移相 147
5.3 普通电源的等效分析 151
5.3.1 电源的串联和并联 151
5.3.2 有伴电源的相互等效 152
5.3.3 理想电源与任一元件的连接等效 153
5.4 受控电源电路的等效分析 154
5.5 线性定理 155
5.6 替代定理 156
5.7 戴维南定理和诺顿定理 156
5.8 基本定律分析法 158
5.9 综合练习 159
5.10 结语 168
5.11 小知识——触电 168
本章习题 169
第6章 三相交流电路分析法 173
6.1 三相交流电 173
6.1.1 三相交流电的概念 173
6.1.2 三相交流电的优点 174
6.2 三相电源的连接 174
6.2.1 星形连接 175
6.2.2 三角形连接 175
6.3 三相负载的连接 176
6.3.1 星形连接 176
6.3.2 三角形连接 178
6.4 结语 180
6.5 小知识——跨步电压 181
本章习题 181
第7章 动态电路分析法 183
7.1 动态电路及相关概念 183
7.2 电路的状态及响应 185
7.3 一阶动态电路分析 187
7.3.1 零输入响应的求解方法 188
7.3.2 零状态响应的求解方法 192
7.3.3 全响应的求解方法 195
7.3.4 响应的分类 197
7.3.5 微分电路和积分电路 198
7.4 结语 200
7.5 小知识——高压输电 200
本章习题 201
第8章 电路及元器件的测量 205
8.1 万用表简介 205
8.2 模拟万用表的工作原理 206
8.2.1 动圈式表头 206
8.2.2 电流的测量原理 207
8.2.3 电压的测量原理 208
8.2.4 电阻的测量原理 209
8.3 电路电流的测量方法 210
8.4 电路电压的测量方法 211
8.5 元器件的测量方法 212
8.5.1 电阻的测量 212
8.5.2 电感和电容的测量 212
8.5.3 二极管的测量 213
8.5.4 变压器的测量 214
8.6 结语 214
8.7 小知识——市电电压为什么是220 V 216
本章习题 216
附录 中英文术语对照表 218
参考文献 228