电路基础

第1章 电路的基本规律 1 1.1 引言 1 1.1.1 电路模型 1 1.1.2 集中参数电路 1 1.1.3 电路理论与本书的任务 2 1.1.4 电路基础与后续课程的关联 3 1.2 电流、电压、功率及能量 4 1.2.1 电流 5 1.2.2 电压 5 1.2.3 功率和能量 6 1.3 基尔霍夫定律 9 1.3.1 电路图 9 1.3.2 基尔霍夫电流定律 10 1.3.3 基尔霍夫电压定律 11 1.4 电阻元件 12 1.4.1 二端电阻 13 1.4.2 分立电阻与集成电阻 14 1.5 电源 16 1.5.1 电压源 17 1.5.2 电流源 17 1.5.3 电路中的参考点 19 1.5.4 受控源 21 1.6 电路等效 24 1.6.1 电路等效的概念 24 1.6.2 电阻的串联和并联等效 25 1.6.3 电阻Y形电路与△形电路的等效变换 27 1.6.4 等效电阻 29 1.6.5 器件电路模型的建立 31 1.7 含独立源电路的等效 33 1.7.1 独立源的串联和并联 33 1.7.2 实际电源的两种模型及其等效变换 35 1.7.3 电源的等效转移 37 1.8 应用实例 40 1.8.1 用电安全与人体电路模型 40 1.8.2 热电导率气体分析器电路——电桥平衡 41 1.8.3 电压表电流表量程扩展 42 1.8.4 MOSFET实现数字系统的门电路 45 1.8.5 节日灯 45 1.8.6 微波炉 47 1.9 电路设计与故障诊断 48 1.9.1 电路设计 48 1.9.2 电路的故障诊断 49 习题1 51 第2章 电阻电路分析 59 2.1 图与电路方程 59 2.1.1 图 59 2.1.2 回路、割集、树 60 2.1.3 KCL和KVL的独立方程 62 2.2 2b法和支路法 64 2.2.1 2b法 64 2.2.2 支路法 65 2.3 回路法和网孔法 68 2.4 节点法 73 2.5 齐次定理和叠加定理 78 2.5.1 齐次定理 78 2.5.2 叠加定理 79 2.6 替代定理 82 2.7 等效电源定理 85 2.7.1 等效电源定理 85 2.7.2 *大功率传输条件 92 2.8 特勒根定理和互易定理 93 2.8.1 特勒根定理 93 2.8.2 互易定理 95 2.9 电路的对偶性 97 2.10 应用实例 98 2.10.1 D/A转换电路 98 2.10.2 惠斯通电桥烟雾探测器 100 2.10.3 实际电压表的负载效应 101 2.10.4 灵敏度电路与伴随电路 102 2.11 电路设计与故障诊断 106 2.11.1 电路设计实例 106 2.11.2 复杂电路的故障诊断 109 习题2 110 第3章 动态电路 119 3.1 动态元件 119 3.1.1 电容 119 3.1.2 电感 123 3.1.3 电容、电感的串联和并联 125 3.1.4 分立电容器、集成MOS电容器与电感器 127 3.2 动态电路方程及其解 129 3.2.1 动态电路方程 129 3.2.2 固有响应和强迫响应、暂态响应和稳态响应 131 3.3 电路的初始值 134 3.3.1 独立初始值 134 3.3.2 非独立初始值 135 3.4 动态电路的响应 138 3.4.1 零输入响应 139 3.4.2 零状态响应 141 3.4.3 全响应 144 3.5 一阶电路的三要素分析 145 3.5.1 三要素公式 145 3.5.2 三要素的计算 147 3.6 阶跃函数和阶跃响应 155 3.6.1 单位阶跃函数 155 3.6.2 阶跃响应 156 3.7 二阶电路分析 158 3.7.1 rLC串联电路的零输入响应 159 3.7.2 rLC串联电路的阶跃响应 164 3.7.3 GCL并联电路分析 164 3.8 正弦激励下一阶电路的响应 167 3.9 应用实例 168 3.9.1 电梯接近开关 168 3.9.2 闪光灯电路 169 3.9.3 汽车自动点火电路分析 170 3.9.4 继电器电路 171 3.9.5 数字集成电路中的频率限制 172 3.9.6 示波器探头RC补偿电路 173 3.9.7 电磁轨道炮 174 3.10 电路设计与故障诊断 176 3.10.1 延时电路设计 176 3.10.2 一阶动态电路设计 177 3.10.3 电容器和电感器的主要故障现象 177 习题3 178 第4章 正弦稳态分析 187 4.1 正弦量 187 4.1.1 正弦量的三要素 187 4.1.2 相位差 188 4.1.3 正弦量的有效值 189 4.2 相量法的基本概念 191 4.2.1 正弦量与相量 191 4.2.2 正弦量的相量运算 193 4.3 电路定律的相量形式 194 4.3.1 KCL和KVL的相量形式 194 4.3.2 基本元件VAR的相量形式 195 4.4 阻抗与导纳 200 4.4.1 阻抗 200 4.4.2 导纳 201 4.4.3 阻抗与导纳的关系 203 4.4.4 正弦稳态电路的计算 205 4.5 正弦稳态电路的功率 212 4.5.1 一端口电路的功率 212 4.5.2 平均功率、无功功率和视在功率 213 4.5.3 复功率 214 4.5.4 *大功率传输条件 216 4.5.5 多频电路的平均功率和有效值 220 4.6 互感耦合电路 222 4.6.1 耦合电感 222 4.6.2 耦合电感的伏安关系 223 4.6.3 T型去耦等效电路 226 4.6.4 互感电路的正弦稳态计算 228 4.7 变压器 234 4.7.1 全耦合变压器 234 4.7.2 理想变压器 236 4.7.3 实际变压器的模型 240 4.8 应用实例 241 4.8.1 移相器电路 241 4.8.2 功率因数(pf)校正及用电费用 242 4.8.3 日光灯电路分析 244 4.8.4 功率表和三表法测线圈参数 246 4.8.5 电气设备开断产生的过压现象 247 4.8.6 对120 V、60 Hz与220 V、50 Hz的讨论 248 4.8.7 关注用电安全 249 4.9 电路设计与故障诊断 250 4.9.1 电路设计 250 4.9.2 变压器的常见故障现象 252 习题4 253 第5章 电路的频率响应和谐振现象 263 5.1 频率响应与网络函数 263 5.2 一阶电路和二阶电路的频率响应 266 5.2.1 一阶电路 266 5.2.2 二阶电路 267 5.3 串联谐振电路 272 5.3.1 RLC串联谐振 272 5.3.2 品质因数 274 5.3.3 频率响应 276 5.4 并联谐振电路 278 5.4.1 GCL并联谐振 278 5.4.2 实用的简单并联谐振电路 280 5.4.3 复杂并联谐振电路 282 5.5 应用实例 288 5.5.1 低音音量控制电路 288 5.5.2 信号分离电路 289 5.5.3 无线电接收机的调谐电路 291 5.5.4 扬声器系统 292 5.5.5 杂散参数谐振 294 5.6 电路设计 295 习题5 296 第6章 二端口电路 301 6.1 二端口电路的方程和参数 302 6.1.1 开路和短路参数 302 6.1.2 传输参数 308 6.1.3 混合参数 309 6.1.4 实际应用——晶体管特性 313 6.2 二端口电路的等效 314 6.2.1 二端口电路(含独立源)表示定理 315 6.2.2 二端口电路(不含独立源)的等效 317 6.3 二端口电路的连接 319 6.3.1 级联 319 6.3.2 串联和并联 320 6.3.3 二端口电路连接的相容性 322 6.4 二端口电路的网络函数 323 6.4.1 策动点函数 323 6.4.2 转移函数 325 6.4.3 特性阻抗 329 6.5 应用实例和电路设计 330 6.5.1 阻抗匹配电路设计 330 6.5.2 衰减器电路设计 330 6.5.3 回转器及其应用 332 习题6 334 *第7章 非线性电路 340 7.1 非线性元件 340 7.1.1 非线性电阻 340 7.1.2 非线性电容 343 7.1.3 非线性电感 344 7.2 非线性电阻的串联和并联 345 7.2.1 非线性电阻的串联 345 7.2.2 非线性电阻的并联 347 7.3 非线性电阻电路分析 348 7.3.1 电路方程 348 7.3.2 图解法 349 7.3.3 分段线性化法 351 7.3.4 小信号分析法 353 7.4 非线性动态电路 355 7.4.1 电路方程 355 7.4.2 平衡点 358 7.4.3 分段线性化法 360 7.5 应用实例 362 7.5.1 全波整流滤波电路 363 7.5.2 限幅电路 363 7.5.3 稳压二极管和稳压电路 364 7.5.4 电压比较器实现过压报警电路 364 7.5.5 非线性电路中的混沌现象 366 习题7 369 附录 374 附录一 复数及其运算 374 附录二 OrCAD/PSpice工具使用简介 378 附录三 MATLAB工具使用简介 389 附录四 运算放大器 399 附录五 正弦稳态电路*大功率的MATLAB分析 405 附录六 三相电路 407 部分习题答案 414 索引(汉语拼音顺序) 424 参考文献 430