作者：俎云霄,李巍海,等
出版社：电子工业出版社
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电路分析基础(第2版)试读：
前言
电路课程是电气信息类专业学生必修的学科基础课，也是学生接触的第一门学科基础课。通过本课程的学习，可使学生掌握电路的基本概念、基本理论、基本分析方法和基本的仿真方法，培养科学思维能力、分析计算能力和理论联系实际的工程观念，为后续课程的学习准备必要的电路知识。
基于以上理念和目标，本书在编写过程中注重以下几方面的问题：（1）教学内容上符合教育部电工电子基础课程教学指导委员会制定的“电路分析基础”基本教学要求。在内容安排上，从符合普遍认知规律考虑，先介绍直流电阻电路，然后介绍直流动态电路，最后介绍正弦稳态电路。（2）注意为后续课程——“模拟电子技术”和“数字电子技术”打好基础，在内容上适当介绍有关晶体管、MOS管的知识，以及电路知识在电子电路中的运用。（3）注意理论知识与工程实际的结合。在每章的开始都简单介绍与本章内容相关的工程背景或知识背景，在每章的最后一节都介绍本章知识在实际工程中的应用，由此激发学生的学习兴趣，并让学生了解电路知识在各工程领域中的应用概况。（4）引入计算机仿真。计算机仿真已经成为实验教学和科学研究有用且必要的手段，在教学中引入仿真不仅可以加强学生对问题的理解，而且还可激发学习兴趣，培养创新意识。本书在最后一章专门介绍了目前最常用的一种电路仿真软件——Multisim，除介绍其部分功能和基本仿真方法外，还给出了覆盖课程基本内容的仿真示例。（5）注意学科新知识的引入。在介绍了常规的电阻、电容、电感3种基本电路元件后，介绍了第4种基本电路元件——忆阻器。忆阻器的概念首先由美国的华裔科学家蔡少棠在1971年提出，但直到2008年5月才由惠普实验室宣布找到了这种元件。
本书第1版是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，并于2011年被评为北京市精品教材。通过几年来的教学使用情况及其他院校使用者的使用情况，并听取了使用者的意见和建议，同时根据高等教育应注重理论与实践相结合的发展理念，我们进行了修订再版工作。本书在第1版的基础上，进一步加强了工程应用部分，主要体现在部分章节内容和习题中；补充了一些有难度的习题；同时，对忆阻元件进行了更为深入的介绍，包括其结构、电路模型和数学模型。
本书的编写工作由俎云霄、李巍海和吕玉琴完成，侯宾参与了此次再版补充内容的编写和修订资料的整理工作。其中，俎云霄编写了第2～7、10章和附录A，李巍海编写了第1、8、9、12、13章和附录B、C，吕玉琴编写了第11章，并对全书进行了审阅。
北京邮电大学电子工程学院电路与系统教研中心多年坚持的教学研讨对本书的内容结构形成起到了重要的作用。俎云霄在2006年秋赴英国伦敦帝国理工学院电气电子工程系进行的半年教学访问，也对本书的内容构成具有非常重要的帮助。
本书第1版承北京邮电大学解月珍教授审阅。解月珍教授和清华大学的郑君里教授都对本书提出了许多宝贵意见和建议，在此向他们表示衷心的感谢！
在本书编写过程中，我们听取了使用者的建议和意见，在此向他们表示衷心的感谢！同时参阅了许多专家的教材、著作和论文，在此表示衷心的感谢！
本书提供配套的电子课件，可登录华信教育资源网：www.hxedu.com.cn，注册后免费下载。
由于作者水平所限，难免存在错漏之处，恳切希望同行专家、学者及读者提出宝贵意见，以便今后改进、提高。作者联系方式如下：
俎云霄：北京邮电大学94信箱，100876，zuyx＠bupt.edu.cn
李巍海：北京邮电大学94信箱，100876，liweihai＠bupt.edu.cn
吕玉琴：北京邮电大学94信箱，100876，lvyq＠263.net
作 者
2013年12月
第1章 电路模型和电路元件
随着社会的发展，时代的进步，电在工农业生产、教学科研和人们的日常生活中的作用越来越重要。现今，无论人类生活、科学技术活动及物质生产活动都已离不开电。想象一下，如果没有了电，现代人们的生活将回到什么样的境地！本章就先从电路理论中最基本的知识开始讨论。
1.1 电路和电路模型
电的传输是通过电路进行的，而根据不同的用途和作用，电路的组成又有很大的差别，有的很复杂，有的很简单。电路的几何尺寸也相差很大，有的很大，有的很小。例如，传输电能的庞大且复杂的电力系统的几何尺寸很大，绵延几千米甚至几十、几百千米；而无线电收音机就是一个几何尺寸很小的电子设备，只有几十厘米甚至几厘米；集成电路芯片更小，只有几厘米或几毫米甚至更小，但其电路并不简单；手电筒电路则是一个非常简单的电路。无论电路简单与否、电路的几何尺寸大小如何，它们都由一些基本的元器件组成并完成一定的功能。实际电路是由电阻器、电感器、电容器、电源等部件（component）和晶体管等器件（device）相互连接而成的，具有传输、分配、控制、转换电能、处理信号等功能。例如，电力系统的作用就是完成电能的传输、分配，收音机就是进行信号的处理，手电筒则完成了能量转换的功能。
按照电路各部分的功能分，实际电路主要由电源、负载和连接设备组成。电源是提供能量的部件，如电池、发电机等。负载是消耗能量的部件，如电灯、喇叭、电炉等。连接设备起传输、分配和控制电能的作用，如导线、开关等。
由于实际电路的几何尺寸相差很大，实际元器件的性能也呈现多样性，并受周围环境的影响，所以，要对电路进行研究，必须抽象出其理想化的电路模型。当实际电路的几何尺寸远小于使用时其最高工作频率所对应的波长时（波长λ、电磁波的速度v和频率f三者之间的8关系为：λ=v／f，真空中电磁波的速度与光速相同，即为3×10m/s），电磁波通过电路的时间是非常短暂的，这种情况下可以忽略电场与磁场之间的相互作用，此时，可以由实际元件抽象出能反映其主要电磁特性的理想化模型，称为集总参数元件（lumped parameter element）或理想元件（ideal element）。二端集总参数元件用图1-1所示的符号表示。电路分析中常用的集总参数元件主要有电阻元件（R）、电感元件（L）、电容元件（C）、电压源（u）和电流源（i），其符号如ss图1-2所示。对理想元件来说，电阻元件只反映消耗电能的性质，电容元件只反映储存电场能量的性质，电感元件只反映储存磁场能量的性质，电压源和电流源则只反映提供能量的性质。图1-1 二端元件符号图1-2 常用元件符号
实际的电路元件可用理想元件组成的模型表示。根据其应用场合不同，同一种电路元件有不同的表示模型。例如，一个用导线绕成的线圈，如果不考虑导线的电阻，则就用一个电感元件表示，如图1-3（a）所示；在直流和低频情况下，可以用电阻元件和电感元件的串联组合表示，如图1-3（b）所示；在高频情况下，还要考虑电容效应，用电阻元件、电感元件和电容元件的组合模型表示，如图1-3（c）所示。图1-3 实际线圈的几种理想元件模型
由集总参数元件组成的电路称为集总参数电路。图1-4（a）是实际手电筒电路的示意图，图1-4（b）就是由此抽象出的电路模型。今后本书讨论的电路都是这种经过抽象的电路模型。图1-4 实际手电筒示意图和电路模型
与集总参数电路相对应的另一种电路是分布参数电路（distributed parameter circuit）。当实际电路的几何尺寸大于其最高工作频率所对应的波长或两者属于同一数量级时，就不能忽略电场与磁场之间的相互作用，这时就需要用分布参数的概念去分析。本书只讨论集总参数电路。
电路理论是一门研究网络（network）分析和网络综合的学科。网络分析是根据已知的电路结构、元件参数和电源（在系统理论中称为激励）求解电路中的某些物理量（在系统理论中称为响应），而网络综合是一个相反的过程，要求设计在给定激励下满足响应要求的电路。本书只讨论网络分析的基本内容。
1.2 电路变量
描述电路性能的物理量有电流、电压、电荷、磁通（或磁链）及电功率和电能量。本节主要介绍电路分析中最常用的电流、电压和功率3个物理量。
1.电流及其参考方向
现实世界中存在两种带电粒子，一种是带有正电荷的质子（proton），另一种是带有负电荷的电子（electron）。带电粒子所带电荷的多少称为电量（quantity of charge），用符号q或Q表示（小写字母代表随时间变化的量，大写字母代表不随时间变化的量，以后出现的其他字母具有同样的意义，不再说明）。电量的单位是库仑，符号为C。带电粒子的流动就形成了电流。
将单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度，简称电流（current），并用符号i或I表示。即
电流的单位是安培，符号为A。除此之外，还有毫安（mA）和微安（μA）。
习惯上将正电荷流动的方向规定为电流的真实方向。电流方向的表示方法有两种，一种是箭头表示法，箭头所指的方向即为电流的方向，如图1-5所示；另一种是双下标表示法，对应图1-5所示的电流方向又可表示为i，表明电流由A端流向B端，即由第一个下标所示点AB流向第二个下标所示点。图1-5 电流方向的表示
实际进行电路分析时，有时事先并不能确定电流的真实方向，而要对电路进行分析，必须已知电流的方向才能列方程进行求解，为此，引入参考方向的概念。参考方向（reference direction）是任意选定的方向，也称为正方向。根据计算结果可以判定电流的真实方向。
如果电流为正值，即i＞0，表明参考方向与真实方向一致；否则，如果电流为负值，即i＜0，则表明参考方向与真实方向相反。今后电路中所给定的方向如无特别说明，都表示参考方向。
如果电流的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流（direct current），简称直流或简写为DC，可用符号I表示，否则称为时变电流（time varying current）。如果电流的大小和方向都随时间做周期性变化，则称为交变电流（alternating current），简称交流或简写为AC。
2.电压及其参考方向
由物理学知，电荷在电场中移动需要电场力对其做功，电荷由此获得或失去能量。为了衡量电荷获得或失去的能量，引入电压（或电位差）的概念。定义单位正电荷在电场中由a点移动到b点所获得或失去的能量为a、b两点间的电压（voltage）或电位差，并用符号u或U表示。即
电压的单位是伏特，符号为V。除此之外，还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV）。式（1-2）中的w是能量的符号，单位为焦耳（J）。
电压的真实方向（或真实极性）定义为由高电位点到低电位点的方向，即电位降的方向。电压方向的表示方法有3种，分别是箭头、正负号和双下标。若用箭头表示，则箭头所指的方向就是电位降的方向；若用正负号表示，则正号表示高电位端，负号表示低电位端；双下标表示法则表明第一个下标所示点是高电位点，第二个下标所示点是低电位点。u与如图1-6所示的两种表示法是一致的。AB图1-6 电压方向的表示
与电流类似，实际进行电路分析时，有时事先并不能确定电压的真实方向，而要对电路进行分析，必须已知电压的方向才能列方程进行求解，为此，引入参考方向的概念。参考方向是任意选定的方向，也称为正方向。根据计算结果可以判定电压的真实方向。
如果电压为正值，即u＞0，表明参考方向与真实方向一致；否
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]