《電路分析基礎(chǔ)》注重電路的基本理論和基本分析方法的系統(tǒng)講述,在保證基礎(chǔ)知識的前提下,突出理論在實(shí)踐中的應(yīng)用,使學(xué)生在電路分析方面獲得基本知識和基本技能,并為以后學(xué)習(xí)各專業(yè)課程、科學(xué)研究和接受更高層次的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
《電路分析基捶共11章,其主要內(nèi)容包括:電路的基本概念與定律、電阻電路的等效變換、電路的基本分析方法、正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析、三相交流電路、非正弦周期電流電路的分析、互感耦合電路與變壓器、動態(tài)電路的時(shí)域分析、線性動態(tài)電路的復(fù)頻域分析、二端口網(wǎng)絡(luò)、磁路與鐵芯線圈。為了使讀者更好地掌握和理解課程內(nèi)容,書中配有較多的貼近實(shí)際的例題、習(xí)題;《電路分析基礎(chǔ)/普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材》的最后附有部分習(xí)題的參考答案,還有與《電路分析基礎(chǔ)/普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材》配套的電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。
《電路分析基捶內(nèi)容簡明、語言流暢、通俗易懂,可作為高等工科院校電氣、電子信息類和部分非電類專業(yè)本科生、?粕慕滩幕騾⒖紩,也可供相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用。
于寶琦,女,50歲,遼寧科技學(xué)院電信學(xué)院副教授,電工電子教研室主任;遼寧科技學(xué)院教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀教師。從事電工技術(shù)、電子技術(shù)本科教學(xué)。教育背景:1983.9—1987.7 遼寧師范大學(xué)物理系本科,獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位。業(yè)務(wù)成果:主持科研課題2項(xiàng),在全國性刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇,主編著作4部,副主編1部,參編著作3部。
第1章 電路的基本概念與定律
1.1 電路及電路模型
1.1.1 電路的組成與功能
1.1.2 電路模型
1.2 電路的主要物理量
1.2.1 電流及其參考方向
1.2.2 電壓及其參考方向
1.2.3 電功率和電能
1.3 電路的基本定律
1.3.1 歐姆定律
1.3.2 基爾霍夫電流定律
1.3.3 基爾霍夫電壓定律
1.4 基本電路元件
1.4.1 電阻元件
1.4.2 電感元件
1.4.3 電容元件
1.4.4 獨(dú)立電源
1.4.5 受控電源
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章 電阻電路的等效變換
2.1 電路等效變換的基本概念
2.1.1 一端口網(wǎng)絡(luò)
2.1.2 等效電路與等效變換
2.2 電阻的等效變換
2.2.1 電阻的串、并聯(lián)
2.2.2 平衡電橋的特點(diǎn)及分析方法
2.2.3 電阻Y連接和△連接的等效變換
2.3 電源網(wǎng)絡(luò)的等效變換
2.3.1 理想電源網(wǎng)絡(luò)的等效變換
2.3.2 實(shí)際電源的兩種模型及其等效變換
2.3.3 受控源的等效變換
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章 電路的基本分析方法
3.1 支路電流法
3.2 網(wǎng)孔電流法
3.3 節(jié)點(diǎn)電壓法
3.4 疊加定理和齊次定理
3.4.1 疊加定理
3.4.2 齊次定理
3.5 戴維南定理和諾頓定理
3.6 最大功率傳輸定理
*3.7 互易定理
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析
4.1 正弦交流電的基本概念
4.1.1 正弦交流電的“三要素”
4.1.2 周期、頻率和角頻率
4.1.3 瞬時(shí)值、最大值、有效值
4.1.4 相位、初相位、相位差
4.2 正弦量的相量表示法
4.2.1 復(fù)數(shù)
4.2.2 正弦量的相量表示法
4.3 單一參數(shù)電路元件的交流電路
4.3.1 純電阻正弦交流電路
4.3.2 純電感正弦交流電路
4.3.3 純電容電路
4.4 基爾霍夫定律的相量形式
4.5 阻抗和導(dǎo)納
4.5.1 阻抗
4.5.2 導(dǎo)納
4.5.3 阻抗和導(dǎo)納的串聯(lián)與并聯(lián)
4.6 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析
4.7 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率
4.7.1 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率
4.7.2 功率因數(shù)的提高
4.8 電路的諧振
4.8.1 串聯(lián)諧振
4.8.2 并聯(lián)諧振
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章 三相交流電路
5.1 三相電源
5.2 對稱三相電路的計(jì)算
5.2.1 負(fù)載星形連接
5.2.2 負(fù)載三角形連接
5.3 不對稱三相電路的計(jì)算
5.4 三相電路的功率
5.4.1 三相功率的計(jì)算
5.4.2 三相功率的測量
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章 非正弦周期電流電路的分析
6.1 非正弦周期信號的諧波分析
6.1.1 非正弦周期量的傅里葉級數(shù)分解
6.1.2 非正弦周期信號的頻譜
6.2 非正弦周期信號的平均值、有效值及其電路的平均功率
6.2.1 非正弦周期信號的平均值
6.2.2 非正弦周期信號的有效值
6.2.3 非正弦周期信號電路的平均功率
6.3 非正弦周期信號電路的諧波分析法
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章 互感耦合電路與變壓器
7.1 互感及互感電壓
7.1.1 互感現(xiàn)象
7.1.2 互感電壓
7.1.3 互感線圈的電壓、電流關(guān)系
7.1.4 互感線圈的同名端
7.2 含有耦合電感電路的分析
7.2.1 耦合電感的連接方式及去耦等效電路
7.2.2 含有耦合電感電路的分析
7.3 空心變壓器
7.4 理想變壓器
本章小結(jié)
習(xí)題
第8章 動態(tài)電路的時(shí)域分析
8.1 電路的過渡過程和換路定律
8.1.1 過渡過程的產(chǎn)生
8.1.2 換路定律
8.2 一階電路的零輸入響應(yīng)
8.2.1 RC電路的零輸入響應(yīng)
8.2.2 RL電路的零輸入響應(yīng)
8.3 一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)
8.3.1 RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)
8.3.2 RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)
8.4 一階電路的全響應(yīng)和三要素法
8.4.1 一階電路的全響應(yīng)
8.4.2 三要素法
8.5 一階電路的階躍響應(yīng)
8.5.1 階躍函數(shù)
8.5.2 一階電路的階躍響應(yīng)
8.6 二階電路的時(shí)域分析
本章小結(jié)
習(xí)題
第9章 線性動態(tài)電路的復(fù)頻域分析
9.1 拉普拉斯變換的定義
9.2 拉普拉斯變換的基本性質(zhì)
9.3 拉普拉斯反變換
9.3.1 拉普拉斯反變換
9.3.2 部分分式展開法
9.4 復(fù)頻域中的電路定律和電路模型
9.4.1 基爾霍夫定律的復(fù)頻域形式
9.4.2 電路元件的復(fù)頻域分析
9.5 線性動態(tài)電路的復(fù)頻域分析
本章小結(jié)
習(xí)題
第10章 二端口網(wǎng)絡(luò)
10.1 二端口網(wǎng)絡(luò)基本概念
10.2 二端口網(wǎng)絡(luò)的方程和參數(shù)
10.2.1 Y參數(shù)
10.2.2 Z參數(shù)
10.2.3 T參數(shù)
10.2.4 H參數(shù)
10.2.5 二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)間的關(guān)系
10.3 二端口網(wǎng)絡(luò)的連接和等效電路
10.3.1 二端口網(wǎng)絡(luò)的連接
10.3.2 二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路
10.4 二端口網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出阻抗
10.4.1 輸入阻抗
10.4.2 輸出阻抗
本章小結(jié)
習(xí)題
第11章 磁路與鐵芯線圈
11.1 磁路及基本物理量
11.1.1 磁路概念
11.1.2 磁路的主要物理量
11.1.3 鐵磁材料的磁性能
11.1.4 簡單磁路的分析
11.2 交流鐵芯線圈
11.3 電磁鐵
本章小結(jié)
習(xí)題
部分習(xí)題答案
參考文獻(xiàn)
《電路分析基礎(chǔ)/普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材》:
第3章 電路的基本分析方法
【內(nèi)容提要】本章以線性電阻電路為對象,介紹電路分析的基本方法。首先介紹一些系統(tǒng)化的分析法,如:支路電流法、網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法。這類方法的主要特點(diǎn)是求解一組變量,且一般不改變電路的結(jié)構(gòu)。其基本思路是:選取適當(dāng)?shù)囊唤M變量,依據(jù)KCL、KVL和元件的VAR建立電路方程,求得這組變量后再確定所求的電流或電壓。系統(tǒng)化方法不僅適用于手工計(jì)算,更被廣泛應(yīng)用于電路的計(jì)算機(jī)輔助分析。
其次介紹由電路的特性總結(jié)歸納出的一些電路定理,如:疊加定理、齊次定理、等效電源定理(戴維南定理和諾頓定理)、最大功率傳輸定理、互易定理等。這些定理是電路分析的重要組成部分,對進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及在今后工作中都將起到重要的作用,也為求解電路問題提供了另一類分析方法。
上一章中介紹了分析電阻電路的等效變換法,通過逐步化簡電路來求出待求的電壓和電流,這種方法適用于不太復(fù)雜的電路。對于復(fù)雜電路來說,我們需要采用另一種分析方法,它不要求改變電路的結(jié)構(gòu),而是選擇電路變量(電流或電壓),根據(jù)基爾霍夫定律,列出電路方程聯(lián)立求解。由于這種方法的計(jì)算步驟有規(guī)律,且對任何線性電路都適用,故稱為系統(tǒng)化方法。其中最基本的方法是支路電流法。
3.1 支路電流法
在第1章中我們知道基爾霍夫定律是分析電路問題的基本定律。但是,盲目的列寫KCL、KVL方程不一定能完善的解決問題,這里涉及KCL、KVL方程獨(dú)立性的問題。下面先研究這個(gè)問題。
1)KCL和KVL的獨(dú)立方程數(shù)
在圖3-1所示電路中,為了簡便,這里把電壓源us1與電阻R1的串聯(lián)、電壓源us2與電阻R2的串聯(lián)、電阻R3與電阻R4的串聯(lián)分別視為一條支路,則該電路有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(a、b)和3條支路。對于這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可列出兩個(gè)電流方程
節(jié)點(diǎn)a
節(jié)點(diǎn)b
以上兩個(gè)方程中,每一支路電流都出現(xiàn)兩次,一次為正,一次為負(fù)。因此這兩個(gè)方程只有一個(gè)是獨(dú)立的。這個(gè)結(jié)果可推廣到一般情形:在含有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的電路中,按KCL可列寫()個(gè)獨(dú)立的方程,或者說,電路的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)為()個(gè)。
觀察圖3-1中的兩個(gè)回路l1和l2,按照所設(shè)定的回路繞行方向,可列KVL方程為
回路l1 (3-1)
回路l2 (3-2)
該電路還有一個(gè)回路,即us1、R1、R3與R4構(gòu)成的大回路,它的KVL方程為
(3-3)
觀察可知,方程(3-3)可由方程(3-1)和方程(3-2)相加得到,所以方程(3-3)不是獨(dú)立的,而方程(3-1)和方程(3-2)是互相獨(dú)立的,也就是說,該電路的兩個(gè)網(wǎng)孔所對應(yīng)的KVL方程是互相獨(dú)立的。
一般而言,如果電路有b條支路、n個(gè)節(jié)點(diǎn),則獨(dú)立的KVL方程數(shù)為個(gè)。這()個(gè)回路稱為獨(dú)立回路。在平面電路中(即可以畫在平面上而沒有任何支路相互交叉的電路),網(wǎng)孔數(shù)恰等于()個(gè),這些網(wǎng)孔也稱為獨(dú)立網(wǎng)孔。
歸納起來,對于有n個(gè)節(jié)點(diǎn)和b條支路的電路一定有()個(gè)獨(dú)立的KCL方程,()個(gè)獨(dú)立的KVL方程。聯(lián)立求解這些方程,可得各支路電流和電壓。
2)支路電流法
以支路電流作為電路變量,根據(jù)KCL、KVL建立電路方程,聯(lián)合求解電路方程從而解出各支路電流的電路分析方法,稱為支路電流法。現(xiàn)以圖3-2所示電路為例說明具體方法。
若把流過同一電流的串聯(lián)元件作為一條支路,在圖3-2中共有三條支路和兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。若選節(jié)點(diǎn)b為參考點(diǎn),則對節(jié)點(diǎn) a 有一個(gè)獨(dú)立的KCL方程,即
選網(wǎng)孔為獨(dú)立回路,并按m1和m2的繞行方向可列兩個(gè)獨(dú)立的KVL方程。注意,電阻上電壓與其電流取關(guān)聯(lián)參考方向,當(dāng)元件電壓與繞行方向一致時(shí)取正,反之取負(fù)。從而有
與電流方程聯(lián)立,得方程組
。3-4)
式(3-4)即為以支路電流i1、i2和i3為求解變量的一組獨(dú)立方程,其中電阻上電壓按歐姆定律代入。通常電源和電阻參數(shù)為已知量,從而可解得各支路電流。各支路電流求解出來后,各支路對應(yīng)的電壓、功率也就迎刃而解了。
由此可得出支路電流法的一般步驟:
(1)選定各支路電流的參考方向和回路的繞行方向。
。2)根據(jù)KCL,對()個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)列出節(jié)點(diǎn)電流方程。
。3)選。ǎ﹤(gè)獨(dú)立回路,根據(jù)KVL,對所選定的獨(dú)立回路列出回路電壓方程。
。4)聯(lián)立求解上述b個(gè)獨(dú)立方程,得待求的支路電流,進(jìn)而求出其它所需量。
【例3-1 】 如圖3-2所示,若設(shè)us1=130V ,us2=117V,R1=1,R2=0.6,R3=24,求各支路電流。
解:此電路有三條支路,兩個(gè)節(jié)點(diǎn),即n=2,b=3
解得:
【例3-2 】 在圖3-3中,is=8 A,us=4 V,R1=R2=2,求i1、i2和u。
解:此電路有三條支路,兩個(gè)節(jié)點(diǎn),即n=2,b=3
節(jié)點(diǎn)a
回路l1
解方程,得
由歐姆定律得
由此題可以看出,當(dāng)電路中某一支路僅含有電流源時(shí),可少列寫一個(gè)KVL方程,且在列寫KVL方程時(shí)要避開電流源。
用支路電流法求解電路時(shí),必須解多元方程,求出每條支路的電流,因此多用于支路數(shù)較少,求解全部支路電流的電路。對于支路數(shù)較多的電路,若只需求出某一條支路的電流時(shí),支路電流法就顯的比較繁瑣,這時(shí)可選用其它方法。
……