高职高专电气系列教材·电路分析

第1章 电路的基本概念和基本定律

1.1 电路和电路模型

电流流过的回路叫做电路，又称导电回路。最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。电路导通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通叫做短路，这种情况是决不允许的。另有一种短路是指某个元件的两端直接接通，此时电流从直接接通处流经而不会经过该元件，这种情况叫做该元件短路。开路（或断路）是允许的，而第一种短路决不允许，因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏。

电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。

电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连接而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连接就构成不同特性的电路。

电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。

这种抽象的电路模型中的元件均为理想元件。

1.2 电路中的基本物理量

1.3 电阻元件及电阻的连接

1.4 基尔霍夫定律

基尔霍夫定律Kirchhoff laws是电路中电压和电流所遵循的基本规律，是分析和计算较为复杂电路的基础，1845年由德国物理学家G.R.基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流电路的分析，也可以用于交流电路的分析，还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。运用基尔霍夫定律进行电路分析时，仅与电路的连接方式有关，而与构成该电路的元器件具有什么样的性质无关。基尔霍夫定律包括电流定律（KCL)和电压定律(KVL)，前者应用于电路中的节点而后者应用于电路中的回路。

基本要求与本章小结

习题

第2章 直流电阻电路的分析与计算

2.1 电阻星形连接与三角形连接的等效变换

2.2 电压源和电流源及其等效变换

2.3 支路电流法

2.4 叠加原理

叠加原理;superposition principle

在数学物理中经常出现这样的现象：几种不同原因的综合所产生的效果，等于这些不同原因单独产生效果的累加。例如，物理中几个外力作用于一个物体上所产生的加速度，等于各个外力单独作用在该物体上所产生的加速度的总和，这个原理称为叠加原理。叠加原理适用范围非常广泛，数学上线性方程，线性问题的研究，经常使用叠加原理。

在物理学与系统理论中，叠加原理（superposition principle），也叫叠加性质（superposition property），说对任何线性系统“在给定地点与时间，由两个或多个刺激产生的合成反应是由每个刺激单独产生的反应之和。”

从而如果输入 A 产生反应 X，输入 B 产生 Y，则输入 A B 产生反应 (X Y)。

用数学的话讲，对所有线性系统 F(x)=y，其中 x 是某种程度上的刺激（输入）而 y 是某种反应（输出），刺激的叠加（即“和”）得出分别反应的叠加

在数学中，这个性质更常被叫做可加性。在绝大多数实际情形中，F 的可加性表明它是一个线性映射，也叫做一个线性函数或线性算子。

此原理在物理学与工程学中有许多应用，因许多物理系统可以线性系统为模型。例如，一个梁可作为一个线性系统，其中输入刺激是在梁上的结构荷重，而输出反应是梁的挠度。因为物理系统通常只是近似线性的，叠加原理只是真实物理现象的近似；从这里可以察知这些系统的操作区域。

叠加原理适用于任何线性系统，包括代数方程、线性微分方程、以及这些形式的方程组。输入与反应可以是数、函数、矢量、矢量场、随时间变化的信号、或任何满足一定公理的其它对象。注意当涉及到矢量与矢量场时，叠加理解为矢量和。

1.如果几个电荷同时存在,它们电场就互相叠加,形成合电场.这时某点的场强等于各个电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和,这叫做电场的叠加原理.

2.点电荷系电场中某点的电势等于各个点电荷单独存在时,在该点产生的电势的代数和,称为电势叠加原理.

在物理学与系统理论中，叠加原理（superposition principle），也叫叠加性质（superposition property），说对任何线性系统

“在给定地点与时间，由两个或多个刺激产生的合成反应是由每个刺激单独产生的反应之和。”

从而如果输入 A 产生反应 X，输入 B 产生 Y，则输入 A B 产生反应 (X Y)。

用数学的话讲，对所有线性系统 F(x)=y，其中 x 是某种程度上的刺激（输入）而 y 是某种反应（输出），刺激的叠加（即“和”）得出分别反应的叠加：

在数学中，这个性质更常被叫做可加性。在绝大多数实际情形中，F 的可加性表明它是一个线性映射，也叫做一个线性函数或线性算子。

此原理在物理学与工程学中有许多应用，因许多物理系统可以线性系统为模型。例如，一个梁可作为一个线性系统，其中输入刺激是在梁上的结构荷重，而输出反应是梁的挠度。因为物理系统通常只是近似线性的，叠加原理只是真实物理现象的近似；从这里可以察知这些系统的操作区域。

叠加原理适用于任何线性系统，包括代数方程、线性微分方程、以及这些形式的方程组。输入与反应可以是数、函数、向量、向量场、随时间变化的信号、或任何满足一定公理的其它对象。注意当涉及到向量与向量场时，叠加理解为向量和。

2.5 戴维南定理和诺顿定理

戴维南定理（Thevenin's theorem）：含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。

戴维南定理（又译为戴维宁定理）又称等效电压源定律，是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。其内容是：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。

对于含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络（二端网络），都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络（二端网络）来等效，这个电压源的电压，就是此单口网络（二端网络）的开路电压，这个串联电阻就是从此单口网络（二端网络）两端看进去，当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。

uoc 称为开路电压。Ro称为戴维南等效电阻。在电子电路中，当单口网络视为电源时，常称此电阻为输出电阻，常用Ro表示；当单口网络视为负载时，则称之为输入电阻，并常用Ri表示。电压源uoc和电阻Ro的串联单口网络，常称为戴维南等效电路。

当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时，其端口电压电流关系方程可表为：U=R0i uoc

诺顿定理(Norton's theorem)：含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。电流源的电流等于单口网络从外部短路时的端口电流isc；电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻。

诺顿定理与戴维南定理互为对偶的定理。定理指出，一个含有独立电源线性二端网络N(图1a), 就其外部状态而言,可以用一个独立电流源isc和一个松弛二端网络N0的并联组合来等效(图1b)。其中，isc是网络N的短路电流，松弛网络N0是将网络 N中的全部独立电源和所有动态元件上的初始条件置零后得到的网络。上述并联组合称为诺顿等效网络。在复频域中等效网络由电流源Isc和算子阻抗Yi(s)并联而成（图2）。Isc(s)是短路电流的拉普拉斯变换，Yi(s)是松弛网络N0的入端（策动点）导纳。另外，还能导出网络N用于正弦稳态分析和直流分板的等效网络。

求等效电路的关键是求出网络N的短路电流和网络N0的入端（策动点）导纳。它们均可通过电子计算机求得。

isc称为短路电流。Ro称为诺顿电阻，也称为输入电阻或输出电阻。电流源isc和电阻Ro的并联单口，称为单口网络的诺顿等效电路。在端口电压电流采用关联参考方向时，单口的VCR方程可表示为i=u/Ro isc

2.6 网孔电流法

2.7 节点电压法

2.8 受控源和含受控源的简单电路的分析计算

基本要求与本章小结

习题

第3章 正弦交流电路

3.1 正弦交流电的基本概念

3.2 正弦量的相量表示

3.3 正弦电流电路中的电阻

3.4 正弦电流电路中的电感

3.5 正弦电流电路中的电容

3.6 相量形式的基尔霍夫定律

3.7 电阻、电感、电容的串联电路

3.8 电阻、电感、电容的并联电路

3.9 阻抗的连接方式与混联电路

3.10 正弦交流电路中的功率

3.11 一般正弦交流电路的计算

3.12 交流电路中的实际器件

3.13 串联谐振

3.14 并联谐振

基本要求与本章小结

习题

第4章 互感电路

4.1 互感和互感电压

4.2 互感线圈的同名端

4.3 有耦合电感的正弦交流电路分析

基本要求与本章小结

习题

第5章 三相正弦交流电路

5.1 对称三相正弦量

5.2 三相电源和负载的连接

5.3 对称三相电路的特点和计算

5.4 不对称星形连接负载

5.5 三相电路的功率

基本要求与本章小结

习题

第6章 线性电路过渡过程的时域分析

6.1 换路定律和初始条件的计算

6.2 分析一阶电路的三要素

6.3 一阶电路的响应

6.4 一阶电路的全响应

6.5 阶跃函数和一阶电路的阶跃响应

基本要求与本章小结

习题

第7章 非正弦周期电流电路

7.1 周期函数分解为傅里叶级数

7.2 非正弦周期性电流电路的有效值和有功功率

7.3 非正弦周期性电流电路的计算

基本要求与本章小结

习题

第8章 二端口网络

8.1 二端口网络

8.2 二端口网络的导纳参数和阻抗参数

8.3 二端口网络的传输参数和混合参数

8.4 互易二端口网络的等效电路

基本要求与本章小结

习题

第9章 磁路和铁芯线圈电路

9.1 磁场的基本物理量和性质

9.2 铁磁性物质的磁化

9.3 磁路和磁路定律

9.4 恒定磁通磁路的计算

9.5 交流铁芯线圈

9.6 交流铁芯线圈的电路模型

9.7 理想变压器

基本要求与本章小结

习题

第10章 电路的计算机辅助设计

10.1 电路的计算机辅助分析与设计简介

10.2 输入并编辑电路

10.3 虚拟仪器及其使用

10.4 电路实例

基本要求与本章小结

习题

部分习题答案

参考文献2100433B

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《电路分析》适合作高等职业学校、高等专科学校、成人高等学校、本科院校举办的二级职业技术学院以及民办高等学校电类各专业“电路分析”、“电工基础”等课程教材，也可供有关工程技术人员参考。

国外电子电气经典教材系列：应用电路分析内容简介

《国外电子电气经典教材系列:应用电路分析(英文版)》可作为高等院校电类专业“电路分析”双语课的教材，以更清晰、生动、易于理解的方式来阐述电路分析的方法。

国外电子电气经典教材系列：应用电路分析作者简介

作者：（美国）萨迪库（Matthew N.O.Sadiku） （美国）Sarhan M.Musa （美国）Charles K.Alexander

Matthew N. O. Sadiku，博士，美国Prairie View A&M大学教授，兼任IEEE Transactions on Education杂志副主编。他曾在朗讯、波音等公司从事研发工作，发表过170余篇学术论文，出版过近30部著作。

Sarhan M.Musa，博士，美国Prairie View A&M University大学工程技术系副教授，IEEE高级会员，同时也是2010年度Boeing Welliver Fellow。

Charles K.Alexander，分别于1967年和1971年获得俄亥俄大学的电气工程学硕士学位和博士学位，目前为俄亥俄州立大学克利夫兰分校Fenn工学院电气与计算机工程系教授以及电子学与航空航天技术研究中心的主任。他是IEEE的会士，曾任IEEE主席和CEO。他于1984年获得IEEE百年纪念奖章，还先后荣获英国工程委员会颁发的杰出工程教育成就奖和杰出工程教育领导奖。

《高职高专系列教材·建筑概论》可作为建设行业建筑设备类专业的高职、中职教材，也可作为上述专业技术人员的参考用书。

《21世纪高等学校本科电子电气专业系列实用教材：电路分析教程》可作为电子信息、计算机、电气控制、自动化等应用型高校本科专业的电路及电路基础课程的教材，也可供高职高专学校的相关专业选用。