电路理论基础(第4版)

本书第1版于2000年出版，第2版于2007年出版，第3版于2015年出版，此次是第4版。编写本书的主要目标是适应新工科人才培养的需要，进一步加强工程实践教育。本书参照教育高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会制定的《“电路理论基础”课程教学基本要求》和《“电路分析基础”课程教学基本要求》，实现基础扎实、视野开阔、工程意识强、创新素质高的综合型人才的培养目标，展现“高等学校教学质量和教学改革工程”取得的成果。新版教材在保持重视电路基本概念、基本理论、基本分析方法特色的基础上，利用多媒体技术手段扩展工程实践实验的内容，加强了理论与实践的结合。为适应专业课程前移的需要，对课程体系进行了新的调整，使教材结构更顺畅更紧凑，突出“循序渐进、主线突出、脉络清晰、结构精练”的特色。补充了设计应用性的例题、习题，启发学生的创新思维； 增加了电工先驱人物介绍，激励学生科学探索精神； 拓展了学科前沿成果案例。更新了电路分析中的常用仿真软件，使学生更易上手，更能体会计算机技术在电路分析和设计中的应用。与本书配套的《电路学习指导与习题精解》《电路实验与实践》也做了配套修订，以方便广大学生学习和教师参考。新版教材共有11章，另有一个附录。内容主要分为四大部分，呈“三级跳”模式。第一部分为第1章电路的基本概念和基本定律，介绍电路元件及元件的电压电流关系，电路的拓扑约束关系，两类约束关系为电路分析奠定理论基础，即为“助跑”。第二部分为直流电路分析，包括第2章等效法分析和第3章系统法分析，这些分析方法掌握的好坏直接关系到正弦交流电路的分析，为“第一跳”。第三部分为正弦交流电路的分析，其中： 第4章一般正弦交流电路分析，强调相量的概念，理解阻抗和导纳的概念后，直流电路的分析方法就可直接应用了； 第5章特殊正弦交流电路（含互感、变压器、谐振、三相等），介绍这些电路中特有的概念，如反映阻抗、折合阻抗、串联谐振、并联谐振、相电压（流）与线电压（流）的概念； 第6章非正弦交流电路也纳入这部分，此为“第二跳”。第二部分和第三部分可统一为电路的稳态分析，为后续模拟电子技术课程打基础。二端口网络是局部电路，其功能随激励源的性质而变，将其独成一章为第7章。单独设一章为第8章非线性电路的分析。第四部分为动态电路的分析，即电路过渡过程的分析，包括暂态和稳态，第9章动态电路时域分析（一阶电路的三要素法和二阶电路不同响应模式）及状态方程，第10章动态电路复频域分析，此为“第三跳”。考虑学生前修课程的滞后，将动态元件（电容、电感）的伏安关系调整到正弦交流电路（第4章）中介绍。为满足电气工程专业“电机学”课程的需求，单设磁路和带铁芯线圈交流电路一章为第11章。附录电路计算机辅助分析与仿真删除了专业性较强的Saber软件介绍（如有需要可参考第3版），增加了入门容易的Multisim软件的介绍，附录以电子版（扫描二维码）形式呈现，供需要学习软件的读者使用。

本书力求从平面转换到立体，全方位涵盖丰富的课程内容。本书适合作为高等学校电气类、自动化类和电子信息类等专业电路相关课程的教材和参考书。本书参考学时为56～80学时（不含实验），书中加注“*”的章节内容为选学内容，可根据专业需求、学时要求和学生水平不同选择使用，个别章节如非线性电路、线性动态电路的复频域分析及磁路部分内容略去不影响授课的连续性。本书的修订在潘双来指导下，由邢丽冬主持完成，参加修订的还有方天治、谢捷如、王芸、刘剑、刘巧珏等，计算机仿真部分内容由王芸和刘剑完成，视频动画由刘巧珏完成。本书也凝聚了前辈们的智慧和心血，特别是艾燃、龚余才、周璧玉老师，在此表示深深的谢意。对本书参考的所有教材和文献的作者，对出版过程中给予帮助和支持的同志们一并表示衷心的感谢。

本书虽为修订教材，但不足和错误之处在所难免，恳请广大读者批评指正。意见请寄南京航空航天大学自动化学院(邮编210016)或发电子邮件至tupwenyi@163.com。

编者
于南京航空航天大学
2022年12月

本书内容符合教育*高等学校电工电子基础课程教指委制定的“电路理论基础”“电路分析基础”

课程教学基本要求,满足后续开设“信号与线性系统”“自动控制原理”等课程的电类专业的课程设置。

全书共 11 章,主要内容有:

电路基本概念和基本定律,电阻电路等效法分析,电阻电路系统法分

析,正弦交流电路相量法分析,特殊正弦交流电路稳态分析,非正弦周期交流电路的谐波法分析,二端

口网络,非线性电路,动态电路过渡过程的时域分析,动态电路过渡过程的复频域分析,磁路和带铁芯

线圈的交流电路。另有电路计算机辅助分析与仿真的附录,以电子版(扫描二维码)形式呈现。每章附

有习题,书末有部分习题答案,以电子版(扫描二维码)形式提供。

本书适合高等学校电类专业使用,也可供工程科技人员参考。

邢丽冬，先后于重庆大学、西安交通大学、南京航空航天大学获学士、硕士和博士学位。现为南京航空航天大学教授，硕士生导师。曾任南航自动化学院电工教学中心主任。主编《电路理论基础》（第3版）、《电路学习指导与习题精解》（第3版）、《信号与线性系统》（第3版）、《信号与线性系统学习指导与习题精解》等教材；发表教学研究论文多篇。曾获南京航空航天大学教学优秀一等奖，江苏省一类优秀课程“电路”、江苏省优秀课程群“信号、系统与控制”、江苏省教学优秀成果一等奖、2014年国家教学优秀成果一等奖。《电路理论基础（第2版）》于2009年获江苏省高等学校评优精品教材。

潘双来，1970年毕业于南京航空学院（现为南京航空航天大学）。曾任国家工科南航电工电子基础课程教学基地电工中心主任。主持电工教学基地的规划和建设，主编《电路理论基础》《电路学习指导与习题精解》《信号与线性系统》等教材，参编《信号与线性系统学习指导与习题精解》《电路与模拟电子技术》等多部教材；发表教学研究论文多篇，先后获得省级教学成果二等奖3项。主持电路等课程建设，为江苏省一类优秀课程“电路”、江苏省优秀课程群“信号、系统与控制”的主要贡献者。《电路理论基础》（第2版）于2009年获江苏省高等学校评优精品教材。

第1章电路基本概念和基本定律

1.1实际电路和电路模型

1.2电路中的基本电气量

1.2.1电流、电压及其参考方向

1.2.2电功率和电能量

1.3电路中的基本元件

1.3.1电阻元件

1.3.2电压源和电流源

1.3.3受控源

1.4电路基本定律

1.4.1基尔霍夫电流定律

1.4.2基尔霍夫电压定律

习题

第2章电阻电路等效法分析

2.1电路等效变换

2.2一端口电阻网络

2.2.1电阻的串联、并联和串并联

2.2.2电阻的Y△等效变换

2.2.3平衡电桥

2.3电源等效变换

2.3.1无伴电源等效

2.3.2有伴电源等效

2.4含受控源无源一端口网络等效

2.5替代定理

2.6戴维南定理和诺顿定理

2.6.1戴维南定理

2.6.2诺顿定理

2.7最大功率传输定理

习题

第3章电阻电路系统法分析

3.1支路电流法

3.2回路(网孔)电流法

3.3节点电压法

3.4含运算放大器的电阻电路

3.4.1运算放大器

3.4.2含运算放大器电路的节点法分析

3.5齐性定理和叠加定理

3.5.1齐性定理

3.5.2叠加定理

3.6系统法的一端口等效

*3.7对偶原理

习题

第4章正弦交流电路相量法分析

4.1电容元件和电感元件

4.1.1电容元件

4.1.2电感元件

4.2正弦量及其相量表示

4.2.1正弦量的时域表示

4.2.2正弦量的频域(相量)表示

4.3相量形式的电阻、电感和电容元件伏安关系

4.4相量形式电路定律、欧姆定律

4.5正弦稳态电路分析

4.6正弦稳态功率

4.7最大功率传输

习题

第5章特殊正弦交流电路稳态分析

5.1耦合电感电路的分析

5.1.1耦合电感元件

5.1.2具有耦合的两线圈串联

5.1.3具有耦合的两线圈并联

5.1.4耦合电感的三端接法

5.1.5具有耦合电感电路分析

5.2空心变压器电路

5.3全耦合变压器和理想变压器

5.3.1全耦合变压器

5.3.2理想变压器

5.3.3全耦合变压器的电路分析

5.4实际变压器的电路模型

5.5谐振电路

5.5.1RLC串联谐振

5.5.2GCL并联谐振

5.6三相电路

5.6.1电能配送

5.6.2三相电源及其联接

5.6.3三相负载及其联接

5.6.4对称三相电路的计算

5.6.5不对称三相电路的概念

5.6.6三相电路的功率

*5.7人体电阻电路模型及触电事故

习题

第6章非正弦周期交流电路的谐波法分析

6.1非正弦周期函数的傅里叶级数展开式

6.2非正弦周期量的有效值和平均值及平均功率

6.2.1非正弦周期电流或电压的有效值和平均值

6.2.2非正弦周期激励电路的平均功率

6.3非正弦周期交流电路的稳态分析

*6.4对称三相电路中的高次谐波

*6.5谐波污染与谐波治理

6.5.1谐波污染及危害

6.5.2谐波治理

习题

第7章二端口网络

7.1二端口网络概述

7.2二端口网络的方程和参数

7.2.1Z参数方程

7.2.2Y参数方程

7.2.3T参数方程

7.2.4H参数方程

7.2.5二端口网络各参数之间的关系

7.3二端口网络的等效电路及联接

7.3.1T形等效电路

7.3.2Π形等效电路

7.3.3非互易网络的等效电路

7.3.4二端口网络的联接

7.4有载二端口网络

7.5二端口电阻网络的互易定理

7.5.1特勒根定理

7.5.2互易定理

7.6二端口元件

7.6.1回转器和负阻抗变换器

7.6.2RC有源滤波器

习题

第8章非线性电路

8.1非线性元件

8.1.1非线性电阻元件

8.1.2非线性电容元件

8.1.3非线性电感元件

8.1.4开关器件

8.2非线性电阻的串联和并联

8.3非线性电阻电路的解析法和图解法

8.3.1解析法

8.3.2图解法

8.4分段线性化法

8.5小信号分析法

*8.6非线性电路方程的列写

8.6.1非线性电阻电路的节点方程

8.6.2非线性动态电路的状态方程

*8.7牛顿拉夫逊法

习题

第9章动态电路过渡过程的时域分析

9.1动态电路方程

9.2初始条件和初始状态

9.3一阶电路的零输入响应

9.3.1RC电路的零输入响应

9.3.2RL电路的零输入响应

9.4一阶电路的零状态响应

9.4.1RC电路在直流输入时的零状态响应

9.4.2RL电路在直流输入时的零状态响应

9.4.3RL电路接入正弦激励的零状态响应

9.5一阶电路的全响应——三要素法

*9.6脉冲序列作用下的RC电路

*9.7直流斩波电路

9.8单位阶跃函数和单位冲激函数

9.8.1单位阶跃函数

9.8.2单位冲激函数

9.8.3单位冲激函数与单位阶跃函数之间的关系

9.9一阶电路的阶跃响应和冲激响应

9.9.1 阶跃响应

9.9.2冲激响应

9.10二阶电路的零输入响应

9.11二阶电路的零状态响应和全响应

9.11.1激励为阶跃函数的零状态响应

9.11.2激励为冲激函数的零状态响应

9.11.3二阶电路的全响应

*9.12电容电压和电感电流的跃变

*9.13任意激励下的零状态响应——卷积积分

9.13.1卷积积分

9.13.2卷积积分的图解

9.14状态方程

9.14.1状态和状态变量

9.14.2状态方程和输出方程

9.14.3状态方程的列写

习题

第10章动态电路过渡过程的复频域分析

10.1拉普拉斯变换的定义

10.2拉普拉斯变换的基本性质

10.2.1线性性质

10.2.2时域微分

10.2.3时域积分

10.2.4时域平移(时域延时)

10.2.5复频域平移

10.2.6卷积定理

10.3拉普拉斯反变换

10.3.1部分分式展开法

10.3.2留数法(围线积分法)

10.4电路定律的复频域形式

10.4.1电路的s域模型

10.4.2复频域阻抗与复频域导纳

10.5应用拉普拉斯变换分析线性动态电路

10.6网络函数

10.6.1网络函数的定义与分类

10.6.2网络函数的物理意义与求法

10.7网络函数的应用

10.7.1H（s）的零点和极点

10.7.2H(s)的极点、零点与冲激响应

10.7.3H(s)与频率特性

10.7.4复频域二端口网络

10.7.5对给定激励f（t）求系统的零状态响应yf（t）

10.7.6根据H（s）写出微分方程

*10.8用拉普拉斯变换解微积分方程

习题

第11章磁路和带铁芯线圈的交流电路

11.1磁路的概念和铁磁材料的磁特性

11.1.1磁路概念

11.1.2铁磁材料的主要特性及磁滞回线

11.2磁路基本定律

11.2.1磁路欧姆定律

11.2.2基尔霍夫磁通定律

11.2.3基尔霍夫磁位差(磁压)定律

11.3恒定磁通磁路计算

11.3.1无分支磁路计算

11.3.2分支磁路计算

11.4磁饱和与磁滞对电压、电流及磁通波形的影响

11.4.1磁饱和对电压电流及磁通波形的影响

11.4.2磁滞对电压电流及磁通波形的影响

11.5铁芯中的功率损耗

11.5.1涡流和涡流损耗

11.5.2磁滞损耗

11.5.3磁损耗(铁损)

11.6带铁芯线圈的交流电路

11.7铁芯变压器

*11.8小功率变压器的设计

11.8.1铁芯尺寸的计算和铁芯的选用

11.8.2初、次级各绕组匝数的计算

11.8.3初、次级绕组线径的计算和选用

11.8.4绕组层数和绝缘层厚度的计算

11.8.5漆包尺寸的计算和校核

习题

附录电路计算机辅助分析与仿真

附录APSpice软件

A.1OrCAD/PSpice简介

A.2OrCAD/PSpice功能

A.3OrCAD/PSpice运用

附录BMATLAB软件

B.1MATLAB简介

B.2Simulink运用

附录CMultisim软件

C.1Multisim简介

C.2Multisim应用实例

部分习题答案

参考文献

（1）适应新工科人才培养的需要，进一步加强工程实践教育，实现基础扎实、视野开阔、工程意识强、创新素质高的综合型人才的培养目标。
（2）参照课程教学基本要求，重视电路基本概念、基本理论、基本分析方法。
（3）教材结构顺畅紧凑，做到“循序渐进、主线突出、脉络清晰、结构精练”。
（4）利用多媒体技术手段扩展工程实践实验的内容，加强理论与实践的结合。
（5）补充设计应用性的例题、习题，启发学生的创新思维。
（6）增加电工先驱人物介绍，拓展学科前沿成果案例，激励学生科学探索精神。
（7）更新电路分析中的常用仿真软件，使学生更易上手，更能体会计算机技术在电路分析和设计中的应用。
（8）新形态教材，配套资源丰富，包括教学大纲、PPT 课件、视频动画、习题解答等，可扫描书中二维码下载或观看，便于翻转课堂和自主学习。
（9）配套的《电路学习指导与习题精解》（第4版）也做了修订，方便广大学生学习和教师参考。