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开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030175021丛书名: 高等院校教材
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可作为高等院校电子信息类专业的“电路分析”教材，相关专业、相关领域的研究人员
内容简介
《电路分析》是按照教育部本科生“电路分析”的课程要求编写而成。《电路分析》共分10章，主要介绍直流电路、动态电路、交流稳态电路的基本概念、基本理论、基本方法及应用，重点为集总、线性、时不变、动态、稳态电路的基本概念与基本方法，电路方程的建立、求解及应用。主要特点是从模型、端口、网络、等效电路等系统的基本概念出发，以典型系统举例说明系统的概念，再分析二极管、晶体管等效电路、运算放大器、回转器、负阻抗变换器电路等，逐步进入实际电路中，为后续专业课打下扎实的理论基础。
目 录
目录
前言
第1章 基本概念 1
1.1 电路及电路模型 1
1.2 电路分析中的物理量 2
1.3 基尔霍夫定律 8
1.4 电阻元件 10
1.5 独立电源 14
1.6 受控源 16
1.7 单口网络及等效 19
1.8 双口网络及等效 27
习题 32
第2章 电路的分析方法 40
2.1 KCL和KVL方程的独立性与完备性 40
2.2 电路的拓扑基础 41
2.3 支路电流法 45
2.4 节点电压法 47
2.5 网孔电流法和回路电流法 53
2.6 应用举例 59
习题 65
第3章 线性电路的性质 73
3.1 线性电路的比例性 73
3.2 叠加原理 74
3.3 戴维南定理和诺顿定理 80
3.4 电阻电路的**功率传递定理 86
3.5 互易定理 88
3.6 应用举例 92
习题 98
第4章 一阶动态电路分析 105
4.1 电容元件及其性质 105
4.2 电感元件及其性质 110
4.3 一阶动态电路 114
4.4 一阶电路零输入响应 118
4.5 一阶电路零状态响应及完全响应 123
4.6 三要素法求一阶电路响应 128
4.7 阶跃响应 134
4.8 应用举例 136
习题 140
第5章 二阶动态电路分析 148
5.1 RLC串联电路 148
5.2 零输入响应 149
5.3 零状态响应及完全响应 157
5.4 GLC并联电路分析及计算 161
5.5 一般二阶动态电路分析 163
习题 168
第6章 正弦稳态电路的分析 172
6.1 正弦交流电 172
6.2 正弦量的相量表示 177
6.3 元器件伏安特性的相量表示 182
6.4 基尔霍夫定律的相量表示 187
6.5 阻抗和导纳 189
6.6 正弦稳态电路的分析 194
6.7 单口网络的有功功率和无功功率 201
6.8 视在功率和功率因数 209
6.9 **功率传输定理 214
6.10 频率特性 217
6.11 叠加原理在正弦稳态电路分析中的应用 222
6.12 谐振 229
习题 238
第7章 三相电路 250
7.1 三相电源 250
7.2 负载星形连接的三相电路分析 254
7.3 负载三角形连接的三相电路分析 262
7.4 三相电路的功率测量 266
习题 272
第8章 耦合电路的分析 279
8.1 耦合电感的基本概念及其VAR 279
8.2 耦合电感的等效电路 283
8.3 耦合电路的动态分析 287
8.4 耦合电路的正弦稳态分析 290
8.5 理想变压器电路的分析 297
习题 301
第9章 含运算放大器电路的分析 309
9.1 运算放大器 309
9.2 含运算放大器电阻电路的计算 310
9.3 运算放大器电路的动态分析 315
9.4 运算放大器电路的正弦稳态分析 321
习题 324
第10章 双口网络 333
10.1 双口网络的流控型和压控型参数 334
10.2 双口网络的混合型和传输型参数 341
10.3 各组参数间的关系 347
10.4 有载双口网络的分析 350
10.5 双口网络的互连 355
习题 360
习题答案 369
参考文献 379
前言
第1章 基本概念 1
1.1 电路及电路模型 1
1.2 电路分析中的物理量 2
1.3 基尔霍夫定律 8
1.4 电阻元件 10
1.5 独立电源 14
1.6 受控源 16
1.7 单口网络及等效 19
1.8 双口网络及等效 27
习题 32
第2章 电路的分析方法 40
2.1 KCL和KVL方程的独立性与完备性 40
2.2 电路的拓扑基础 41
2.3 支路电流法 45
2.4 节点电压法 47
2.5 网孔电流法和回路电流法 53
2.6 应用举例 59
习题 65
第3章 线性电路的性质 73
3.1 线性电路的比例性 73
3.2 叠加原理 74
3.3 戴维南定理和诺顿定理 80
3.4 电阻电路的**功率传递定理 86
3.5 互易定理 88
3.6 应用举例 92
习题 98
第4章 一阶动态电路分析 105
4.1 电容元件及其性质 105
4.2 电感元件及其性质 110
4.3 一阶动态电路 114
4.4 一阶电路零输入响应 118
4.5 一阶电路零状态响应及完全响应 123
4.6 三要素法求一阶电路响应 128
4.7 阶跃响应 134
4.8 应用举例 136
习题 140
第5章 二阶动态电路分析 148
5.1 RLC串联电路 148
5.2 零输入响应 149
5.3 零状态响应及完全响应 157
5.4 GLC并联电路分析及计算 161
5.5 一般二阶动态电路分析 163
习题 168
第6章 正弦稳态电路的分析 172
6.1 正弦交流电 172
6.2 正弦量的相量表示 177
6.3 元器件伏安特性的相量表示 182
6.4 基尔霍夫定律的相量表示 187
6.5 阻抗和导纳 189
6.6 正弦稳态电路的分析 194
6.7 单口网络的有功功率和无功功率 201
6.8 视在功率和功率因数 209
6.9 **功率传输定理 214
6.10 频率特性 217
6.11 叠加原理在正弦稳态电路分析中的应用 222
6.12 谐振 229
习题 238
第7章 三相电路 250
7.1 三相电源 250
7.2 负载星形连接的三相电路分析 254
7.3 负载三角形连接的三相电路分析 262
7.4 三相电路的功率测量 266
习题 272
第8章 耦合电路的分析 279
8.1 耦合电感的基本概念及其VAR 279
8.2 耦合电感的等效电路 283
8.3 耦合电路的动态分析 287
8.4 耦合电路的正弦稳态分析 290
8.5 理想变压器电路的分析 297
习题 301
第9章 含运算放大器电路的分析 309
9.1 运算放大器 309
9.2 含运算放大器电阻电路的计算 310
9.3 运算放大器电路的动态分析 315
9.4 运算放大器电路的正弦稳态分析 321
习题 324
第10章 双口网络 333
10.1 双口网络的流控型和压控型参数 334
10.2 双口网络的混合型和传输型参数 341
10.3 各组参数间的关系 347
10.4 有载双口网络的分析 350
10.5 双口网络的互连 355
习题 360
习题答案 369
参考文献 379
前 言
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第1章 基本概念
电路分析是电类学科*基本的课程。本章的内容是整个电路理论学科的基础。
本章介绍电路中的基本物理量，包括电流、电压、功率的定义、作用、单位等，尤其是电压和电流的极性、方向及关联方向；阐明电路中的电压和电流受到的两类约束，一类是元件本身性质的约束（即伏安特性VAR），另一类是来自元件的相互连接的拓扑约束（即基尔霍夫定律）。
本章还介绍构成电路的基本元件，包括电阻、理想和实际电源、受控源等；介绍单口网络的特性、等效及双口网络的概念。
1.1 电路及电路模型
电路是电流的通路，人们为达到某种目的，实现某种功能，将若干电气设备或元器件按一定的方式连接而构成了各种电路。
常用的手电筒是由干电池、开关、灯泡和手电筒壳（充当连接导线）组成，以实现照明功能。图1.1-1是手电筒的电气图。
各种具体电路有其具体功能。总体而言，电路的功能分为两大类：一是实现电能的产生、传输、控制和转换；二是电信号的产生、传输和处理。
电路是由元件组成的，元件在电路中呈现一定的电磁现象。只显现单一电磁现象，且不计元件的几何尺寸，并视其电的参数集总于一点的电路元件，称为理想电路元件，叉称集总参数元件。由集总参数元件组成的电路称为集总参数电路。
图1.1-1 手电筒电气图
电路是有尺寸的，电路中有电流在流动。电流是有频率的，对应着波长，集总参数电路的尺寸远小于使用时其**工作频率所对应的波长。如我国的交流电的频率为50Hz，对应的波长为。c是光速，即。家用电路显然是集总参数电路，而输电线路不是。
电路是用电路模型来描述的，每个元件用电路符号（模型）来表示，电路模型只注重电的特性，而不管其使用功能。图1.1-2是手电筒的电路图，图中的干电池用电压源符号，灯泡用电阻的符号，手电筒壳用导线表示。
由此可见，电路模型是实际电路的科学抽象，采用电路模型分析电路可使计算过程大为简化，而且能更清晰地反映该电路的物理本质。
一个电路中有些元件起到提供电能的作用（称为电源），有些吸收电能（称为负载），有些起到传输和控制作用。图1.1-2中，电压源提供电能，电压源内阻Rs和灯泡RL吸收电能，开关和连接导线起到控制和传输的作用。因此，电路是由电源、负载和中间环节组成的。
图1.1-2 手电筒电路图
1.2 电路分析中的物理量
电路分析中涉及的物理量主要有电荷、电流、电压、功率、能量、磁通等。电路分析的主要任务是分析和计算有关的电流、电压、功率、能量等。
1.2.1 电流
电流是带电粒子的定向运动而产生的。在电子电路中，电流主要是带负电荷的电子的定向运动而产生的。电荷在定向运动过程中，需要电场对电荷做功。
图1.2-1中，通过截面S的正电荷量为q（t），则截面s上有电流i（t）。如果只有电荷但不运动，电流为零。
定义：单位时间内通过某截面的电荷量为该点的电流，用/（t）表示，即（1.2-1）式（1，2-1）中，q（t）是正电荷的电荷量且移动方向与的方向相同，否则有（1.2-2）
图1.2-1 电流i（t）的定义
规定：正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向作为电流的正方向。
如果是常数（可正可负），称为恒定电流，简称为直流，用表示（大写的斜体字母）。如果是时间的函数，称为时变电流，简写为i（小写的斜体字母），如按正弦规律变化的正弦电流。
在国际单位制（SI）中，电荷的单位是库（C）（6.24×1018个电子的电荷量是1C），时间的单位是秒（s），则电流的单位是安（A），有（1.2-3）
此外，常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（p/A）。安（A）是电流的基本单位，换算关系为
由于电流是矢量，没有方向只有数值是没有意义的。电流的方向常用箭头表示，也可用双下标表示。图1.2-2中的电流方向用箭头表示，也可用iab表示，表示电流的方向由a流向b，显然有（1.2-4）
图1.2-2 电流的表示
在对电路进行分析时，一般预先无法知道电流的实际方向，先设定一个方向，称为人为方向或参考方向，再计算其数值，其值有正和负两种，正值表示实际方向和参考方向相同，负值表示实际方向和参考方向相反，如图1.2-3所示。
图1.2-3 电流的实际方向和参考方向与数值的关系
由式（1.2-1），得（1.2-5）由式（1.2-2），得（1.2-6）
例1.2-1 图1.2-4中，（1）若正电荷，求；（2）若波形如图1.2-4（b）所示，求货电荷q（t）并画出波形。
图1.2-4 电荷的运动方向和电流的波形
解（1）由于与正电荷q（t）方向相同，由式（1.2-1）求得
（2）电流的实际方向是负电荷运动的反方向，因此如与q（t）满足式（1.2-5），即
q（t）的波形如图1.2-4（c）所示。可见，一般情况下电荷的变化是连续的。
1.2.2 电压和电位
电荷在电场力的作用下，由a点运动到b点电场力对电荷作了功，同时电荷的能量发生了变化。
定义：电场力对单位电荷所做的功为a、b两点的电压，即（1.2-7）
电压反映了单位正电荷由a点运动到b点所获取或失去的能量。如正电荷由a点运动到b点时失去能量，即a点能量高，b点能量低，则a 为正极，b为负极。
电压也有参考极性、方向。电压的极性用+、-表示，也可用箭头来表示电压方向，还可以用双下标来表示，如图1.2-5所示。Uab表示a为正、b为负；Uba正好相反，并且有（1.2-8）
图1.2-5 电压的方向
电荷在a点的能量为W。，在b点的能量为Wb，电荷量为q，则有（1.2-9）正电荷的q为正值，Uab的值为正，表明正电荷在a点能量高、b点能量低，即正电荷由a点运动到b点时失去能量。负电荷的q为负值，的值为正，表明负电荷在a点能量低、b点能量高，即负电荷由a点运动到b点时得到能量。
如果电压是常数，可用大写的斜体字母U表示，称为直流电压。如果电压是时间的函数，称为时变电压，用小写的斜体字母表示，如交流正弦电压
在国际单位制（SI）中，能量的单位是焦（J），电荷的单位是库（C），电压的单位是伏（V），（1.2-10）此外，电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV），且有
任选电路中一点o为参考点，用“”来表示，其余点与参考点之间的电压称为该点的电位。规定参考点为负极性，其余点为正极性，电位用V表示，如a点电位表示为Va，有（1.2-11）（1.2-12）即a、b间的电压为a点电位减去b点电位。又由于所以（1.2-13）以此类推，有
例1.2-2 图1.2-6所示电路中，选d为参考点，已知。若选c为参点，求和
图1.2-6 例1.2-2图
解 选d是参考点，所以当选c为参考点时，有
可见，选择不同的参考点，电位会发生变化。
一般情况下，电路中的元件既有电流又有电压，而电压和电流都有各自的参考方向，这样就有关联参考方向（简称关联方向）和非关联参考方向（简称非关联方向）两种。图1.2-7（a）是电流和电压的关联参考方向，图1.2-7（b）是非关联参考方向。关联方向是电流从电压的正端流入，或电压的正极性端是在电流的流入端，非关联方向正好相反。在电路分析时尽可能选用关联参考方向。
图1.2-7 关联和非关联参考方向
1.2.3 功率和能量
电功率（简称功率）是用来反映单位时间内电能转换的量的快慢。定义为：单位时间内吸收（或产生）的电能量，即（1.2-14）由于所以（1.2-15）
在国际单位制（SI）中，能量的单位是焦（J），时间的单位是秒（s），功率的单位是瓦（W），有此外，功率的常用单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW）和兆瓦（MW），且有
在直流电路中，功率是常数，用大写的P表示，即P=UI。在交流电路中，功率是时间的函数，用户表示瞬时功率，P表示平均功率。
由于u（t）和均是矢量，其值有正负之分，由式（1.2-15）求得的功率也有正负，功率的正负表明了元件在电路中提供能量（或称产生）还是吸收能量（或称消耗）。由于电压和电流有关联和非关联参考方向，以图1.2-8的手电筒电路加以说明，电池的电压为E且不计内阻，灯泡的电阻为R。
图1.2-8 功率数值正负的涵义
电路分析是电类学科*基本的课程。本章的内容是整个电路理论学科的基础。
本章介绍电路中的基本物理量，包括电流、电压、功率的定义、作用、单位等，尤其是电压和电流的极性、方向及关联方向；阐明电路中的电压和电流受到的两类约束，一类是元件本身性质的约束（即伏安特性VAR），另一类是来自元件的相互连接的拓扑约束（即基尔霍夫定律）。
本章还介绍构成电路的基本元件，包括电阻、理想和实际电源、受控源等；介绍单口网络的特性、等效及双口网络的概念。
1.1 电路及电路模型
电路是电流的通路，人们为达到某种目的，实现某种功能，将若干电气设备或元器件按一定的方式连接而构成了各种电路。
常用的手电筒是由干电池、开关、灯泡和手电筒壳（充当连接导线）组成，以实现照明功能。图1.1-1是手电筒的电气图。
各种具体电路有其具体功能。总体而言，电路的功能分为两大类：一是实现电能的产生、传输、控制和转换；二是电信号的产生、传输和处理。
电路是由元件组成的，元件在电路中呈现一定的电磁现象。只显现单一电磁现象，且不计元件的几何尺寸，并视其电的参数集总于一点的电路元件，称为理想电路元件，叉称集总参数元件。由集总参数元件组成的电路称为集总参数电路。
图1.1-1 手电筒电气图
电路是有尺寸的，电路中有电流在流动。电流是有频率的，对应着波长，集总参数电路的尺寸远小于使用时其**工作频率所对应的波长。如我国的交流电的频率为50Hz，对应的波长为。c是光速，即。家用电路显然是集总参数电路，而输电线路不是。
电路是用电路模型来描述的，每个元件用电路符号（模型）来表示，电路模型只注重电的特性，而不管其使用功能。图1.1-2是手电筒的电路图，图中的干电池用电压源符号，灯泡用电阻的符号，手电筒壳用导线表示。
由此可见，电路模型是实际电路的科学抽象，采用电路模型分析电路可使计算过程大为简化，而且能更清晰地反映该电路的物理本质。
一个电路中有些元件起到提供电能的作用（称为电源），有些吸收电能（称为负载），有些起到传输和控制作用。图1.1-2中，电压源提供电能，电压源内阻Rs和灯泡RL吸收电能，开关和连接导线起到控制和传输的作用。因此，电路是由电源、负载和中间环节组成的。
图1.1-2 手电筒电路图
1.2 电路分析中的物理量
电路分析中涉及的物理量主要有电荷、电流、电压、功率、能量、磁通等。电路分析的主要任务是分析和计算有关的电流、电压、功率、能量等。
1.2.1 电流
电流是带电粒子的定向运动而产生的。在电子电路中，电流主要是带负电荷的电子的定向运动而产生的。电荷在定向运动过程中，需要电场对电荷做功。
图1.2-1中，通过截面S的正电荷量为q（t），则截面s上有电流i（t）。如果只有电荷但不运动，电流为零。
定义：单位时间内通过某截面的电荷量为该点的电流，用/（t）表示，即（1.2-1）式（1，2-1）中，q（t）是正电荷的电荷量且移动方向与的方向相同，否则有（1.2-2）
图1.2-1 电流i（t）的定义
规定：正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向作为电流的正方向。
如果是常数（可正可负），称为恒定电流，简称为直流，用表示（大写的斜体字母）。如果是时间的函数，称为时变电流，简写为i（小写的斜体字母），如按正弦规律变化的正弦电流。
在国际单位制（SI）中，电荷的单位是库（C）（6.24×1018个电子的电荷量是1C），时间的单位是秒（s），则电流的单位是安（A），有（1.2-3）
此外，常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）、微安（p/A）。安（A）是电流的基本单位，换算关系为
由于电流是矢量，没有方向只有数值是没有意义的。电流的方向常用箭头表示，也可用双下标表示。图1.2-2中的电流方向用箭头表示，也可用iab表示，表示电流的方向由a流向b，显然有（1.2-4）
图1.2-2 电流的表示
在对电路进行分析时，一般预先无法知道电流的实际方向，先设定一个方向，称为人为方向或参考方向，再计算其数值，其值有正和负两种，正值表示实际方向和参考方向相同，负值表示实际方向和参考方向相反，如图1.2-3所示。
图1.2-3 电流的实际方向和参考方向与数值的关系
由式（1.2-1），得（1.2-5）由式（1.2-2），得（1.2-6）
例1.2-1 图1.2-4中，（1）若正电荷，求；（2）若波形如图1.2-4（b）所示，求货电荷q（t）并画出波形。
图1.2-4 电荷的运动方向和电流的波形
解（1）由于与正电荷q（t）方向相同，由式（1.2-1）求得
（2）电流的实际方向是负电荷运动的反方向，因此如与q（t）满足式（1.2-5），即
q（t）的波形如图1.2-4（c）所示。可见，一般情况下电荷的变化是连续的。
1.2.2 电压和电位
电荷在电场力的作用下，由a点运动到b点电场力对电荷作了功，同时电荷的能量发生了变化。
定义：电场力对单位电荷所做的功为a、b两点的电压，即（1.2-7）
电压反映了单位正电荷由a点运动到b点所获取或失去的能量。如正电荷由a点运动到b点时失去能量，即a点能量高，b点能量低，则a 为正极，b为负极。
电压也有参考极性、方向。电压的极性用+、-表示，也可用箭头来表示电压方向，还可以用双下标来表示，如图1.2-5所示。Uab表示a为正、b为负；Uba正好相反，并且有（1.2-8）
图1.2-5 电压的方向
电荷在a点的能量为W。，在b点的能量为Wb，电荷量为q，则有（1.2-9）正电荷的q为正值，Uab的值为正，表明正电荷在a点能量高、b点能量低，即正电荷由a点运动到b点时失去能量。负电荷的q为负值，的值为正，表明负电荷在a点能量低、b点能量高，即负电荷由a点运动到b点时得到能量。
如果电压是常数，可用大写的斜体字母U表示，称为直流电压。如果电压是时间的函数，称为时变电压，用小写的斜体字母表示，如交流正弦电压
在国际单位制（SI）中，能量的单位是焦（J），电荷的单位是库（C），电压的单位是伏（V），（1.2-10）此外，电压的常用单位还有千伏（kV）和毫伏（mV），且有
任选电路中一点o为参考点，用“”来表示，其余点与参考点之间的电压称为该点的电位。规定参考点为负极性，其余点为正极性，电位用V表示，如a点电位表示为Va，有（1.2-11）（1.2-12）即a、b间的电压为a点电位减去b点电位。又由于所以（1.2-13）以此类推，有
例1.2-2 图1.2-6所示电路中，选d为参考点，已知。若选c为参点，求和
图1.2-6 例1.2-2图
解 选d是参考点，所以当选c为参考点时，有
可见，选择不同的参考点，电位会发生变化。
一般情况下，电路中的元件既有电流又有电压，而电压和电流都有各自的参考方向，这样就有关联参考方向（简称关联方向）和非关联参考方向（简称非关联方向）两种。图1.2-7（a）是电流和电压的关联参考方向，图1.2-7（b）是非关联参考方向。关联方向是电流从电压的正端流入，或电压的正极性端是在电流的流入端，非关联方向正好相反。在电路分析时尽可能选用关联参考方向。
图1.2-7 关联和非关联参考方向
1.2.3 功率和能量
电功率（简称功率）是用来反映单位时间内电能转换的量的快慢。定义为：单位时间内吸收（或产生）的电能量，即（1.2-14）由于所以（1.2-15）
在国际单位制（SI）中，能量的单位是焦（J），时间的单位是秒（s），功率的单位是瓦（W），有此外，功率的常用单位还有毫瓦（mW）、千瓦（kW）和兆瓦（MW），且有
在直流电路中，功率是常数，用大写的P表示，即P=UI。在交流电路中，功率是时间的函数，用户表示瞬时功率，P表示平均功率。
由于u（t）和均是矢量，其值有正负之分，由式（1.2-15）求得的功率也有正负，功率的正负表明了元件在电路中提供能量（或称产生）还是吸收能量（或称消耗）。由于电压和电流有关联和非关联参考方向，以图1.2-8的手电筒电路加以说明，电池的电压为E且不计内阻，灯泡的电阻为R。
图1.2-8 功率数值正负的涵义
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