电路原理（第2版）

第2版前言
本书是刘朝阳教授《电路原理导论》的修订再版。刘朝阳教授退休返聘任教期间组织弟子们编写了《电路原理导论》一书，目的是把教学经验传承给年轻一代，同时也期望写出一部别具风格和特色的教材。原书经历4年多次印刷使用，收到良好的效果，于2013年修订再版。本次修订采纳了多方的反馈意见，修正了第1版中出现的错误，对全书的文字、公式做了认真校对修饰，对全书的插图进行了美化重绘，预计更能受到广大师生们的欢迎和好评。
作者认为：教材是写给学生和教师看的，但归根结底是写给学生看的。所以编写教材要以学生为本，力求做到深入浅出，启发诱导，学生易懂，便于自学；教师好用，便于组织教学。
本教材以*颁发的电路课程教学基本要求为依据，同时注意到不同专业的需求，遵照因材施教的原则编写而成。
本教材的内容体系做了科学的调整，大框架分为“基础理论篇”、“工程电路分析篇”和“近代电路理论篇”。这样做使得各篇内容十分条理，层次分明，很适合不同层次的学生使用。
本教材坚持突出思想性、启发性和系统性，在编写中力求做到有导有论。“导”是为了培养学生的逻辑思维能力，这突出体现在章节的引言和正文中；“论”是把基本知识引深，让学生深刻领悟教学内容的精髓。根据第1版的使用反馈意见，有人认为教材写得有点深，其实不然。应该注意到三点：
(1)对各章节的引言，对初学者来说，没学内容先看引言有些地方是不易理解，因为那是总结提炼出的语言。当学过一遍以后，对内容有所了解，返回来再看这些引言，那就会体会到这些引言是指导性的语言，揭示出本章或本节内容的精髓，有助于学生掌握学习内容，应该反复琢磨，这样才能在泛泛学海中获得自由。
(2)教学层次的不同，有些内容是可以取舍的，也有利于不同水平的学生选读，本书特别注意到这方面的方便性。
(3)有些内容是“调味品”，目的是让学生了解一些常识，使教材不至于过于枯燥，不是学生必须掌握的内容。
本教材的内容体系注重了提炼经典内容，并且适当反映了现代内容，以及对传统的内容进行了科学的分析、综合和创新。本教材体系的建立，及内容的组织安排直观地体现在章节的命题、编排和引言中，力求做到把过去习惯采用的简洁命题，转变成能揭示事物本质、特性的命题。本教材在体系结构上有如下的特点。
（1）第1章的命题为《从物理学向电路理论过渡》，这是同类教材中没有出现过的命题。突出了基础理论课与技术基础课的衔接和任务的不同。目的是告诉学生电路理论与物理学是不同的两个学科，尽快让学生从学习物理学的思维方法转变为新的思维方法和学习方法。让学生明确知道学习电路理论要树立“工程观点”。
（2）在第2章《电路结构的等效变换》，本章不再出现“电源组合的等效变换”，不再把它作为一个专题突出讨论，因为这些内容算不上什么重点的分析方法。而是把它放在第1章电源的端口特性中，作为深刻理解电源特性的一个例子，这已经足够了。本章还增加一节《移源等效变换法》，以加深对基尔霍夫定律应用的理解，学时较少层次较低时可以不予讲授。
（3）第3章中只涉及结点法和回路法的介绍，不再出现“支路电流法”。处理方法是在第1章中加一节《基尔霍夫定律的重要意义》在此把支路电流法作为一个例子引出。这里不再就事论事地讲述分析方法，而是突出了理性思维：即当电路复杂而不能直接求解时，可用KCL、KVL列方程联立求解。把本章命名为《网路的基础分析法》是因为有第14章的《网路的矩阵分析》，将要把网路分析进一步深化。
（4）第5章《弦电路的稳态分析》。把“谐振”、“正弦传递函数”、“非正弦电路的谐波分析”“滤波”、等纳入第8章《电路的频域分析》一章。
（5）第9章命题为《电路的时域分析》，它与第8章相对应，形成两大分析范畴。这样处理十分系统条理。从电路理论发展的阶段性特征看，“电路的暂态过程”一般放在前面，而本书放得靠后。这样处理是为了体现出本书从基础理论到解决分析方法，再到网路特性分析的这样一个整体设计思想。这样将《电路的频域分析》、《电路的时域分析》和《电路的复频域分析》连贯起来。这种处理本身就是一个有机的整合，它是立足于工程的需要而编排的，更能体现出复频域分析的重要意义。
（6）第10章《非线性电路简介》，本章放在《近代电路理论篇》，这本身是它的地位确定的，但不能靠后，要赶在学生学习模拟电子技术课程之前。
（7）第11章《电路的复频域分析》是近代电路理论的重要内容，其意义在于：① 它体现出了线性网路代数方程解法的同一性。②它有适合于任何函数形式激励源的广泛适用性；③ 它有能解出适合初始条件的暂态解和稳态解的全面性；④它实现了时域分析和频域分析的统一性。接着讲第12章的《系统函数》；第13章的《双口网路》形成一个有机整体，步步展开，使电路理论上升到了高的层次。注意到第12章的《系统函数》在某些教材中称“网络函数”，因为“网络”一词用意太广，有人不主张在电路理论中引用此名。另外，该函数是在单输入、零状态条件下定义的响应与激励的象函数之比，而响应与激励是从系统理论中引入的名词，所以命名为“系统函数”是很恰当的。且这个命题也不是本书的独创。
（8）有关网路图论的概念集中在第14章介绍，免得整体的概念变得支离破碎。这样安排也有利于不同层次、不同专业的教学需求的取舍。在第3章也遇到了树支和连支的名词，但不是难点，一看就懂。
（9）本书对含受控源电路的结点矩阵分析提出了更一般化的新方法。这是本书的创新。
（10）单独设立《现代电路理论中的新器件》一章，其内容包括了运算放大器、回转器、负阻抗变换器等，初步体现了电路理论的新发展。把这一章放在后，其目的在于避免出现电路课替代模拟电子技术课的现象，以体现出电路课讲述内容的侧重点。
参加本书编写、修订工作的有：1到5章由中北大学严利芳副教授修订；6到10章及附录由中北大学郎文杰副教授修订；11到16章由山西大学张丽红副教授修订；终由中北大学刘朝阳教授定稿。书中难免还存在错误和缺点，敬请批评指正。
联系方式： zbdxlzy@163.com。

刘朝阳
2013年5月
于中北大学

　　本教材是以*颁发的电路课程教学基本要求为依据，综合考虑不同专业和不同教学层次的需求，并且遵照因材施教的原则编写而成的。本教材突出了以学生为本的原则，力求做到深入浅出，层层诱导，学生易懂，便于自学；教师好用，便于组织教学。
　　本教材在体系结构上分基础理论篇、工程电路分析篇、近代电路理论篇和附录。第1～4章为基础理论篇，第5～10章为工程电路分析篇，第11～16章为近代电路理论篇。附录包括磁路和铁芯线圈电路、PSpice软件简介。本教材配有一定数量的练习与思考题，并提供习题答案。

刘朝阳，男，中北大学老教授，原山西省电工学会理事长，曾任电工电子*实验教学示范中心主任，丰富的教学和写作经验，桃李满天下。

绪论

第1篇 基础理论篇

　第1章 从物理学向电路理论的过渡

　　1.1 电路、系统及其模型

　　1.1.1 电路与系统的概念

　　1.1.2 电路模型

　　1.2 电路分析中的若干规则

　　1.2.1 变量与参数的概念

　　1.2.2 电流、电压的参考方向

　　1.2.3 功率计算的规范化方法

　　1.3 电路中电位的计算

　　1.4 线性电阻的端口特性

　　1.5 线性电感的端口特性

　　1.5.1 电感中物理现象的回顾

　　1.5.2 电感上电压与电流的关系

　　1.5.3 电感中的储能

　　1.6 线性电容的端口特性

　　1.6.1 线性电容的端口特性

　　1.6.2 电容、电感特性的对偶性

　　1.7 电源

　　1.7.1 电源的工作状态

　　1.7.2 电压源

　　1.7.3 电流源

　　1.7.4 电源的工作点

　　1.7.5 电源与负载相匹配

　　1.7.6 电源的组合特性

　　1.8 基尔霍夫定律③

　　1.8.1 支路与结点的定义

　　1.8.2 基尔霍夫电流定律

　　1.8.3 将基尔霍夫电流定律推广到多端网路

　　1.8.4 基尔霍夫电压定律

　　1.8.5 将基尔霍夫电压定律推广到有开口的虚拟回路

　　1.8.6 导出电压与路径无关的概念

　　1.8.7 导出一段含源电路的欧姆定律

　　1.9 基尔霍夫定律的重要意义

　　1.9.1 求解复杂网路的基本思想

　　1.9.2 结点方程的独立性

　　1.9.3 回路方程的独立性

　　1.10 受控电源

　　1.10.1 四种理想的受控源模型

　　1.10.2 含受控源电路的分析计算特点

　　习题1

　第2章 电路结构的等效变换

　　2.1 无独立源单口网路的输入电阻和等效电阻

　　2.1.1 输入电阻和等效电阻的概念

　　2.1.2 电阻串联时的等效电阻和电压分配

　　2.1.3 电阻并联时的等效电阻及电流分配

　　2.1.4 含受控源的单口网路的输入电阻

　　2.2 星形网路与三角形网路的等效变换

　　2.2.1 问题的提出

　　2.2.2 等效变换的条件及公式推导

　　2.3 实际电源模型的等效变换

　　2.3.1 等效变换可能性的逻辑思维

　　2.3.2 电压源与电流源的等效变换关系

　　*2.4 移源等效变换法

　　2.4.1 电流源的重新配置

　　2.4.2 电压源的重新配置

　　习题2

　第3章 网路的基础分析法

　　3.1 回路分析法

　　3.1.1 回路法的基本概念

　　3.1.2 含电流源电路的回路选择

　　3.1.3 含受控电压源电路的回路方程

　　3.2 结点分析法

　　3.2.1 结点方程的导出

　　3.2.2 弥尔曼定理——结点法的特例

　　3.2.3 列结点方程会遇到的两种特殊情况

　　3.2.4 含受控源电路的结点方程

　　习题3

　第4章 电路定理

　　4.1 叠加定理

　　4.1.1 叠加定理的表述

　　4.1.2 叠加定理的证明

　　4.1.3 齐性定理

　　4.2 替代定理

　　4.2.1 定理表述

　　4.2.2 定理证明

　　4.3 等效电源定理

　　4.3.1 用逻辑推理得到等效电源定理

　　4.3.2 戴维南定理

　　4.3.3 戴维南定理的证明

　　4.3.4 应用戴维南定理应注意的问题

　　4.3.5 诺顿定理——戴维南定理的推论

　　4.4 特勒根定理

　　4.4.1 特勒根定理

　　4.4.2 特勒根第二定理

　　4.4.3 特勒根第二定理的证明

　　4.5 互易定理

　　4.5.1 互易定理一

　　4.5.2 互易定理二

　　4.5.3 互易定理三

　　4.5.4 应用互易定理时应注意的几个问题

　　习题4

第2篇 工程电路分析篇

　第5章 正弦交流电路的稳态分析

　　5.1 正弦交流电路的基本概念

　　5.1.1 周期、频率、角频率

　　5.1.2 瞬时值、幅值、有效值

　　5.1.3 相位、初相位、相位差

　　5.2 正弦量的相量表示法

　　5.2.1 用逻辑思维引出相量法

　　5.2.2 相量的定义

　　5.2.3 基尔霍夫定律的相量形式

　　5.2.4 正弦量的相量图

　　5.2.5 正弦量的一阶导数的相量

　　5.3 不同性质元件上的正弦稳态响应

　　5.3.1 电阻元件在正弦激励下的端口特性

　　5.3.2 理想电感元件上正弦响应的特殊性

　　5.3.3 理想电容元件上正弦响应的特殊性

　　5.4 RLC串、并联组合时的端口特性

　　5.4.1 KVL的相量形式在RLC串联电路中的体现

　　5.4.2 RLC串联组合时端口上电压与电流的关系

　　5.4.3 KCL的相量形式在RLC并联电路中的体现

　　5.4.4 RLC并联组合时端口上电压与电流的关系

　　5.5 复阻抗运算

　　5.5.1 复阻抗的串联

　　5.5.2 复阻抗的并联

　　5.5.3 复阻抗与复导纳的转换

　　5.6 无源单口网路中的功率

　　5.6.1 瞬时功率

　　5.6.2 视在功率、有功功率、无功功率之间的关系

　　5.6.3 功率因数的提高

　　5.7 复功率

　　5.7.1 复功率的定义

　　5.7.2 复功率的其他关系式

　　5.7.3 单口网路的复功率

　　5.8 复杂交流网路的代数方程求解

　　5.9 相量图在电路分析中的应用

　　5.10 正弦交流电路中的共轭匹配

　　习题5

　第6章 三相正弦交流电路

　　6.1 三相正弦交流电的基本概念

　　6.1.1 三相电源

　　6.1.2 三相绕组的连接和供电方式

　　6.1.3 三相四线制供电时相电压与线电压的关系

　　6.2 三相负载的星形连接运行

　　6.2.1 各电流的计算

　　6.2.2 对称负载运行时的特殊情况

　　6.2.3 三相星形不对称负载的运行

　　6.2.4 三相四线制终端不接地系统的中性点位移

　　6.3 三相负载的三角形连接运行

　　6.3.1 各电流的计算

　　6.3.2 对称负载运行时的特殊情况

　　6.4 三相负载的总功率

　　6.4.1 有功功率和无功功率

　　6.4.2 瞬时功率

　　6.4.3 三相负载功率的测量

　　习题6

　第7章 互感电路

　　7.1 互感的基本概念

　　7.1.1 互感现象的基本关系

　　7.1.2 互感的电磁关系和互感系数的定义

　　7.1.3 两线圈同时存在电流时的电磁关系

　　7.1.4 耦合系数

　　7.1.5 同极性端

　　7.2 互感线圈串、并联耦合时的计算

　　7.2.1 互感线圈的串联

　　7.2.2 互感线圈的并联

　　7.3 互感电路的去耦等效变换

　　7.3.1 星结互感电路的去耦变换

　　7.3.2 互感电路的受控源等效电路

　　7.4 单纯磁耦合电路的计算

　　7.4.1 电流的求解

　　7.4.2 输入阻抗及原边的等效电路

　　7.4.3 副边的等效电路及输出阻抗

　　7.5 理想变压器

　　7.5.1 理想变压器的定义条件

　　7.5.2 理想变压器的相量运算

　　7.5.3 理想变压器的受控源模型

　　7.5.4 理想变压器的阻抗变换作用

　　习题7

　第8章 电路的频域分析

　　8.1 正弦传递函数

　　8.2 滤波器

　　8.2.1 RC低通滤波器

　　8.2.2 RC高通滤波器

　　8.2.3 RC带通滤波器

　　8.3 电路中的串联谐振——电压谐振

　　8.3.1 串联谐振条件

　　8.3.2 谐振及失谐状态下的频域分析

　　8.3.3 标准的谐振曲线及其方程式

　　8.3.4 通频带

　　8.4 电路中的并联谐振——电流谐振

　　8.4.1 并联谐振条件

　　8.4.2 并联谐振电路的频域分析

　　8.4.3 电流源激励下的并联谐振

　　8.5 非正弦电路的谐波分析法

　　8.5.1 非正弦量的谐波分析

　　8.5.2 傅里叶级数展开式与原函数类型的关系

　　8.5.3 频谱线图

　　8.5.4 线性电路在非正弦激励下的计算

　　8.5.5 非正弦电流、电压的有效值

　　8.6 电路在非周期性激励下的频谱分析

　　8.6.1 傅里叶级数的指数形式

　　8.6.2 傅里叶积分变换的初步概念

　　8.6.3 非周期激励下的频谱分析

　　8.7 对称三相电路中的高次谐波

　　习题8

　第9章 电路的时域分析

　　9.1 时域分析的基础知识

　　9.1.1 电路的动态方程

　　9.1.2 电路中的过渡过程与换路定律

　　9.2 一阶电路的零输入响应

　　9.2.1 一阶RC电路的零输入响应

　　9.2.2 一阶RL电路的零输入响应

　　9.3 一阶电路的全响应和零状态响应

　　9.3.1 一阶RC电路的全响应

　　9.3.2 一阶RC电路的零状态响应

　　9.3.3 多电阻一阶电路的时间常数

　　9.4 一阶电路求解方法的再讨论

　　9.4.1 一阶电路求解方法的归纳

　　9.4.2 三要素表达式的证明

　　9.4.3 一阶电路在非直流激励下的求解

　　9.5 一阶电路的阶跃响应

　　9.5.1 单位阶跃函数的定义

　　9.5.2 阶跃函数的性质

　　9.5.3 阶跃响应

　　9.6 一阶电路的矩形脉冲响应

　　9.6.1 寄生参数对矩形脉冲激励下响应的影响

　　9.6.2 RC微分电路

　　9.6.3 RC积分电路

　　9.7 一阶电路的冲激响应

　　9.7.1 冲击函数

　　9.7.2 求解冲激响应的方法

　　9.7.3 冲激响应与阶跃响应的关系

　　9.8 一阶电路的正弦响应

　　9.9 二阶电路的零输入响应

　　9.9.1 约束方程及其通解

　　9.9.2 二阶电路的过阻尼响应分析

　　9.9.3 二阶电路的欠阻尼响应分析

　　9.9.4 二阶电路的临界阻尼响应分析

　　9.10 用卷积积分求任意激励下的时域响应

　　9.10.1 方法导出

　　9.10.2 进一步认识卷积

　　习题9

第3篇 近代电路理论篇

　第10章 非线性电路简介

　　10.1 非线性电路分析的特殊性

　　10.1.1 非线性元件的特性表示法

　　10.1.2 非线性电路分析计算的特殊性

　　10.2 非线性电路的图解分析

　　10.2.1 非线性电路的静态图解分析

　　10.2.2 非线性电路的动态图解分析

　　10.3 非线性电路的小信号模型

　　10.4 非线性特性的分段线性化处理

　　习题10

　第11章 电路的复频域分析

　　11.1 拉普拉斯变换法的概述

　　11.2 拉普拉斯变换的定义及其主要性质

　　11.2.1 拉普拉斯变换的定义

　　11.2.2 拉普拉斯变换的主要性质

　　11.3 拉普拉斯反变换

　　11.4 电路的复频域模型

　　11.4.1 R