本書把電路理論分為“直流”電路和“交流”電路兩部分,直流部分包括電路基本定律和簡單電阻電路、電路分析的基本方法和定理、運算放大器電路和動態(tài)電路的時域分析;交流部分包括正弦穩(wěn)態(tài)電路、諧振電路與頻率響應、互感電路、三相電路、非正弦周期電流電路和二端口網絡。本書內容簡潔,重點突出,邏輯清晰。課后習題按照知識點分類給出,便于教師布置作業(yè)和學生有針對性的練習,書末附有全部習題答案。
《電路理論》是普通高等工科院校信息類專業(yè)第一門重要的專業(yè)基礎課,也是后續(xù)課程學習和科學研究的基礎。根據編者對目前國內外主流教材的調研,大多數(shù)教材涵蓋范圍廣、知識點內容多;由于這些教材是面向所有電類專業(yè)的,這實際上很難適應對信息類專業(yè)學生的授課需求。信息類專業(yè)包括電子信息工程、通信工程、電子科學與技術、光電工程、計算機科學與技術、網絡工程、智能科學與技術等,與電氣工程、電力自動化等專業(yè)相比,這些專業(yè)側重信息的傳輸、處理和控制。因而,亟需一本面向信息類專業(yè)、具有專業(yè)針對性的《電路理論》教材。鑒于此,根據高等院校課程改革的要求,結合作者多年授課經驗,在我校2001年出版的《電路基礎理論》教材基礎上,針對信息類專業(yè)學生編寫了《電路理論》一書。
這部《電路理論》教材具有如下特點:
第一,區(qū)別于大多數(shù)教材的編寫思路,全書把電路分為“直流”電路和“交流”電路兩部分。直流部分從第1章至第4章,包括簡單電阻電路、線性直流電路,運算放大器電 《電路理論》是普通高等工科院校信息類專業(yè)第一門重要的專業(yè)基礎課,也是后續(xù)課程學習和科學研究的基礎。根據編者對目前國內外主流教材的調研,大多數(shù)教材涵蓋范圍廣、知識點內容多;由于這些教材是面向所有電類專業(yè)的,這實際上很難適應對信息類專業(yè)學生的授課需求。信息類專業(yè)包括電子信息工程、通信工程、電子科學與技術、光電工程、計算機科學與技術、網絡工程、智能科學與技術等,與電氣工程、電力自動化等專業(yè)相比,這些專業(yè)側重信息的傳輸、處理和控制。因而,亟需一本面向信息類專業(yè)、具有專業(yè)針對性的《電路理論》教材。鑒于此,根據高等院校課程改革的要求,結合作者多年授課經驗,在我校2001年出版的《電路基礎理論》教材基礎上,針對信息類專業(yè)學生編寫了《電路理論》一書。
這部《電路理論》教材具有如下特點:
第一,區(qū)別于大多數(shù)教材的編寫思路,全書把電路分為“直流”電路和“交流”電路兩部分。直流部分從第1章至第4章,包括簡單電阻電路、線性直流電路,運算放大器電路、動態(tài)電路時域分析。交流部分從第5章至第10章,包括正弦穩(wěn)態(tài)電路、諧振電路與頻率響應、含耦合電感電路、三相電路、非正弦周期電流電路和二端口網絡。這樣的章節(jié)安排事半功倍:先介紹線性直流電路中的相關概念、定理和方法,在引入頻率的概念后,可以將直流電路中的這些概念、定理和方法自然地推廣到交流電路中;在教學實踐中收到了非常好的教學效果。
第二,針對信息類專業(yè)特點,充分考慮到后續(xù)課程銜接,有利于學生平穩(wěn)過渡到后續(xù)專業(yè)課程。例如,針對電子通信專業(yè)后續(xù)課程,本書強調了動態(tài)電路的零輸入響應、零狀態(tài)響應、全響應、暫態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)響應等概念及其物理意義;由諧振電路詳細介紹了頻率響應的概念;通過非正弦周期電流電路自然引出了頻譜的概念,建立信號的時域—頻域對應關系,為《信號與系統(tǒng)》做鋪墊;針對《低頻電子線路》、《高頻電子線路》、《電波與天線》等課程,重點講解了輸入、輸出阻抗及等效阻抗的定義與求法;強調頻率與電抗的關系,使學生深刻理解頻率對電路特性的影響;對相量和利用相量圖求解正弦穩(wěn)態(tài)電路做了深入分析。本書作者從事電子通信專業(yè)教學和科研多年,補充或強調這些內容,有助于學生對后續(xù)課程的學習,在教學過程中受到了學生們的普遍認可。
第三,結合信息類專業(yè)特點,根據教學時數(shù)與前后課程銜接關系,對教學內容作了必要調整和刪減?紤]到學生學完《復變函數(shù)與積分變換》后馬上學習《信號與系統(tǒng)》,故刪去了線性動態(tài)電路的復頻域分析;考慮到《低頻電子線路》或《模擬電子技術》課程中會系統(tǒng)講授非線性電路,故刪去這部分內容;受學時數(shù)限制,對圖、樹概念介紹做了簡化處理,刪去了電路方程矩陣形式等內容。這樣,全書講授內容控制在9~10章,能夠最大程度上利用現(xiàn)有學時數(shù),提升重點內容的教學效果。
此外,本書增加了例題數(shù)量,有的題目還給出了不同解法,以期讓學生從不同角度深刻理解電路理論的概念、定理和解題方法。課后習題按照章節(jié)順序給出,便于教師布置作業(yè)和學生有針對性練習。在行文上,本書注重啟發(fā)性,力求將刻板乏味的電路理論講述得生動易懂,便于學生自學。在本書最后,還推薦了一些與本課程相關的網絡學習資源,啟發(fā)和引導學生利用網絡獲取專業(yè)知識,激發(fā)學生學習興趣、拓展學生視野。
本書由國家級電工電子教學中心電路理論課程組教師編寫。全書共10章,第1~4章由許愛德編寫,第5~9章由那振宇編寫,第10章由李作洲編寫。
為了方便教學,本書配有電子課件,任課教師可登錄華信教育資源網(www.hxedu.com.cn)免費注冊下載。
在成書過程中得到了大連海事大學教務處的大力支持。感謝信息科學技術學院領導、課程組其他任課教師和同仁的傾力協(xié)助。此外,我校研究生潘軍、丁暉,北京航空航天大學研究生徐芙蓉、天津大學研究生曾亞輝協(xié)助參與了部分內容的校對和作圖,也在此表示感謝。
由于作者水平有限,難免有疏漏之處,懇請讀者批評指正。
電路課程教研室
2014年8月
許愛德,2003.04-至今,大連海事大學信息科學技術學院,副教授,曾獲“省級教學成果三等獎”、“海事大學教學優(yōu)秀獎”、“最受學生歡迎的優(yōu)秀青年講課教師”、“本科教學質量連續(xù)多年免檢”等教學獎。
第1章 電路基本定律和簡單電阻電路
1.1 電路和電路模型
1.2 電路分析基本變量
1.2.1 電流
1.2.2 電壓
1.2.3 關聯(lián)、非關聯(lián)方向
1.2.4 電功率
1.3 電路分析基本元件
1.3.1 電阻元件
1.3.2 電容元件
1.3.3 電感元件
1.3.4 電壓源
1.3.5 電流源
1.3.6 受控源
1.4 基爾霍夫定律
第1章 電路基本定律和簡單電阻電路
1.1 電路和電路模型
1.2 電路分析基本變量
1.2.1 電流
1.2.2 電壓
1.2.3 關聯(lián)、非關聯(lián)方向
1.2.4 電功率
1.3 電路分析基本元件
1.3.1 電阻元件
1.3.2 電容元件
1.3.3 電感元件
1.3.4 電壓源
1.3.5 電流源
1.3.6 受控源
1.4 基爾霍夫定律
1.4.1 基爾霍夫電流定律
1.4.2 基爾霍夫電壓定律
1.5 電路的等效變換
1.5.1 純電阻電路的等效變換
1.5.2 含電源電路的等效變換
1.5.3 輸入電阻
習題1
第2章 電阻電路的一般分析
2.1 結點法
2.2 回路法
2.3 齊次性和疊加原理
2.3.1 齊次性定理
2.3.2 疊加原理
2.4 替代定理
2.5 戴維南定理和諾頓定理
2.5.1 戴維南定理
2.5.2 諾頓定理
2.6 最大功率傳輸定理
習題2
第3章 含有運算放大器的電路
3.1 運算放大器的電路模型
3.1.1 運算放大器簡介
3.1.2 運算放大器符號及電路模型
3.1.3 理想運算放大器
3.2 含有理想運算放大器的電路分析
3.3 實際運放應用時的考慮
習題3
第4章 動態(tài)電路時域分析
4.1 動態(tài)電路的暫態(tài)過程及初始值
4.1.1 暫態(tài)過程
4.1.2 初始值
4.2 一階電路的零輸入響應
4.3 一階電路的零狀態(tài)響應
4.4 一階電路的全響應
4.5 一階電路的階躍響應
4.6 二階電路的暫態(tài)過程
習題4
第5章 相量法和正弦穩(wěn)態(tài)電路分析
5.1 正弦量
5.1.1 正弦量的三要素
5.1.2 正弦量的相位差
5.1.3 正弦量的有效值
5.2 相量法的基本概念
5.2.1 復數(shù)的表示方法
5.2.2 復數(shù)的運算
5.2.3 正弦量的相量表示
5.2.4 相量的運算規(guī)則
5.3 電路定律的相量形式
5.3.1 歐姆定律的相量形式
5.3.2 基爾霍夫定律的相量形式
5.4 阻抗與導納
5.4.1 阻抗的定義
5.4.2 RLC串聯(lián)電路的阻抗
5.4.3 阻抗的串聯(lián)
5.4.4 導納的定義
5.4.5 RLC并聯(lián)電路的導納
5.4.6 導納的并聯(lián)
5.5 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率
5.5.1 RLC串聯(lián)電路的瞬時功率分析
5.5.2 有功功率P(Active Power)
5.5.3 無功功率Q(Reactive Power)
5.5.4 視在功率S(Apparent Power)
5.5.5 功率因數(shù)l(Power Factor)
5.5.6 復功率 (Complex Power)
5.5.7 功率、電壓和阻抗三角形的關系
5.6 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析
5.6.1 相量法求解正弦穩(wěn)態(tài)電路
5.6.2 利用相量圖輔助求解正弦穩(wěn)態(tài)電路
5.7 最大功率傳輸定理
習題5
第6章 諧振現(xiàn)象與頻率響應
6.1 網絡函數(shù)和頻率響應
6.2 RLC串聯(lián)電路的諧振
6.2.1 諧振參數(shù)
6.2.2 諧振時電流和電壓的特點
6.2.3 諧振時的功率和能量
6.2.4 RLC串聯(lián)電路的頻率響應
6.3 RLC并聯(lián)電路的諧振
6.4 其他諧振電路
6.5 濾波器簡介
習題6
第7章 含有耦合電感的電路
7.1 互感和互感電壓
7.1.1 磁耦合現(xiàn)象
7.1.2 耦合電感上的電壓
7.1.3 自感電壓與互感電壓方向的確定
7.2 具有耦合電感電路的計算
7.2.1 耦合線圈的串聯(lián)
7.2.2 耦合線圈的并聯(lián)
7.3 空心變壓器
7.4 理想變壓器
7.4.1 理想變壓器模型
7.4.2 理想變壓器原、副線圈電流和電壓關系
7.4.3 理想變壓器的功率
7.4.4 理想變壓器的變阻抗關系
習題7
第8章 三相電路
8.1 三相電路的基本概念
8.1.1 三相電源的概念
8.1.2 三相電源的連接
8.1.3 三相負載的連接
8.2 對稱三相電路的計算
8.3 三相電路的功率
8.3.1 復功率
8.3.2 有功功率
8.3.3 無功功率
8.3.4 視在功率
8.3.5 瞬時功率
8.3.6 三相電路功率的測量
8.4 不對稱三相電路的概念
習題8
第9章 非正弦周期電流電路分析
9.1 非正弦周期電流和電壓
9.2 周期函數(shù)分解為傅里葉級數(shù)和信號頻率
9.2.1 周期函數(shù)的傅里葉分解
9.2.2 信號頻譜
9.3 周期函數(shù)波形與傅里葉系數(shù)的關系
9.4 非正弦周期量的有效值和平均功率
9.4.1 非正弦周期量的有效值
9.4.2 非正弦周期量的平均功率
9.5 非正弦周期電流電路的穩(wěn)態(tài)分析
9.6* 傅里葉級數(shù)的指數(shù)形式
9.7 傅里葉變換初步
9.7.1 傅里葉變換的概念
9.7.2 傅里葉變換的簡單應用
習題9
第10章 二端口網絡
10.1 二端口網絡及其方程
10.1.1 引例
10.1.2 二端口網絡定義
10.1.3 二端口網絡參數(shù)及其方程
10.2 二端口網絡的方程及參數(shù)
10.2.1 Y參數(shù)矩陣
10.2.2 Z參數(shù)矩陣
10.2.3 T參數(shù)矩陣
10.2.4 H參數(shù)矩陣
10.2.5 二端口網絡參數(shù)矩陣之間的關系
10.3 二端口網絡的等效電路
10.3.1 二端口網絡T形等效電路
10.3.2 二端口網絡 形等效電路
10.4 二端口網絡的連接
10.4.1 二端口網絡的級聯(lián)
10.4.2 二端口網絡的并聯(lián)
10.4.3 二端口網絡的串聯(lián)
10.5 回轉器和負阻抗變換器
10.5.1 回轉器
10.5.2 負阻抗變換器
習題10
習題參考答案
網絡資源