电路及模拟电子技术

2010年上海交通大学出版社出版的图书
《电路及模拟电子技术》是2010年上海交通大学出版社出版的图书，作者是贾学堂。
内容简介
《电路及模拟电子技术（上册）》上册内容包括电路的基本概念、电路的基本定律、正弦交流电路、三相交流电路、电路的暂态分析、非正弦周期电路；下册内容包括电子器件放大电路基础、集成运算放大电路、信号处理电路、信号发生电路、直流稳压电源和电力电子技术基础共13章。每章附有小结、习题，书后附有大部分习题的参考答案。
《电路及模拟电子技术（上册）》可以作为高职高专电子信息工程技术、应用电子技术、机械制造与自动化、计算机应用技术、生产过程自动化等相关专业和电类专升本专业的教材；也可以作为一般本科少学时的电类专业和机械制造与自动化、机电一体化等相关专业的教材；还可以供相关工程技术人员参考。
图书目录
上 册
第1章 电路的基本概念
1.1 电路和电路模型
电流流过的回路叫做电路，又称导电回路。最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。电路导通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通叫做短路，这种情况是决不允许的。另有一种短路是指某个元件的两端直接接通，此时电流从直接接通处流经而不会经过该元件，这种情况叫做该元件短路。开路（或断路）是允许的，而第一种短路决不允许，因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏。
电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。
电阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。
电感（inductance of an ideal inductor）是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H）”。
电容（Capacitance）亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容。因电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，所以广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面。
电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连接而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连接就构成不同特性的电路。
电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。
这种抽象的电路模型中的元件均为理想元件。
1.2 电流和电压的方向
1.3 电路元件及性能方程
1.3.1 理想电路元件
1.3.2 电阻元件的性能方程
1.3.3 电感元件及性能方程
电感元件是一种储能元件，电感元件的原始模型为导线绕成圆柱线圈。当线圈中通以电流i，在线圈中就会产生磁通量Φ，并储存能量。表征电感元件（简称电感）产生磁通，存储磁场的能力的参数，也叫电感，用L表示，它在数值上等于单位电流产生的磁链。电感元件是指电感器（电感线圈）和各种变压器。
“电感元件”是“电路分析”学科中电路模型中除了电阻元件R，电容元件C以外的一个电路基本元件。在线性电路中，电感元件以电感量L表示。元件的“伏安关系”是线性电路分析中除了基尔霍夫定律以外的必要的约束条件。电感元件的伏安关系是 v=L(di/dt),也就是说，电感元件两端的电压，除了电感量L以外，与电阻元件R不同，它不是取决于电流i本身，而是取决于电流对时间的变化率（di/dt）.电流变化愈快，电感两端的电压愈大，反之则愈小。据此，在“稳态”情况下，当电流为直流时，电感两端的电压为零；当电流为正弦波时，电感两端的电压也是正弦波，但在相位上要超前电流（π/2）;当电流为周期性等腰三角形波时，电压为矩形波，如此等等。总的来说，电感两端的电压波形比电流变化得更快，含有更多的高频成分。
通俗地说，穿过一个闭合导体回路的磁感线条数称为磁通量。由于穿过闭合载流导体（很多情况是线圈）的磁场在其内部形成的磁通量变化，根据法拉第电磁感应定律，闭合导体将产生一个电动势以“反抗”这种变化，即电磁感应现象。电感元件的电磁感应分为自感应和互感应，自身磁场在线圈内产生磁通量变化导致的电磁感应现象，称为“自感应”现象；外部磁场在线圈里磁通量变化产生的电磁感应现象，称为“互感应”现象。
比如，当电流以1安培/秒的变化速率穿过一个1亨利的电感元件，则引起1伏特的感应电动势。当缠绕导体的导线匝数增多，导体的电感也会变大，不仅匝数，每匝（环路）面积，连缠绕材料都会影响电感大小。此外，用高渗透性材料缠绕导体也会令磁通量增加。
电感元件即利用这种感应的原理，在电路中发挥了许多作用。
1.3.4 电容元件及性能方程
1.4 电功率和能量
物理学名词，电流在单位时间内做的功叫做电功率。是用来表示消耗电能的快慢的物理量，用P表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦，符号是W。
作为表示电流做功快慢的物理量，一个用电器功率的大小数值上等于它在1秒内所消耗的电能。如果在"t"（SI单位为s）这么长的时间内消耗的电能“W”（SI单位为J），那么这个用电器的电功率就是P=W/t（定义式）电功率等于导体两端电压与通过导体电流的乘积。
（P=U·I）。对于纯电阻电路，计算电功率还可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R。
每个用电器都有一个正常工作的电压值叫额定电压，用电器在额定电压
下正常工作的功率叫做额定功率，用电器在实际电压下工作的功率叫做实际功率。
1瓦特（1W）=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(V·A)
① W—电能—焦耳（J） ② 1kw·h=3.6×10^6J
t—时间—秒(s) t=1小时（h）=3600秒(s)
P—用电器的功率—瓦特（W） P=1kw=1000w
(两套单位，根据不同需要，选择合适的单位进行计算)
W—能量表示符号。
W—瓦，功率单位电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能。两端电压为U、通过电流为I的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小为P = UI功率的国际单位制单位为瓦特(W)，常用的单位还有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它们与W的换算关系是：1W= 1000 mW；1kw=1000W
吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率，即其功率P = 0。通常所说的功率P又叫做有功功率或平均功率。
实际电路的性质
⑴串联电路
P（电功率）U（电压）I（电流）W（电功）R（电阻）t（时间）
电流处处相等 I1=I2=I总(电流处处相等且等于总电流)
总电压等于各用电器两端电压之和 U总=U1+U2 (总电压等于各部分电压之和）
总电阻等于各电阻之和 R总=R1+R2
分压原理 U1：U2=R1：R2 =P1：P2
总电功等于各电功之和 W总=W1+W2
W1：W2=R1：R2=U1：U2 =P1：P2=Q1:Q2
总功率等于各功率之和 P总=P1+P2 或U^2/R1+R2
电流与电功率和电压之间的关系：I=P/U
额定功率比实际功率等于额定电压比实际电压的平方 Pe/Ps=(Ue/Us)的平方
⑵并联电路
总电流等于各支路电流之和 I总=I1+I2
各处电压相等 U1=U2=U总
总电阻等=各电阻之积 ：各电阻之和 R总=（R1*R2）/（R1+R2） 1/R=1/R1+1/R2
总电功等于各电功之和 W总=W1+W2
分流原理 I1：I2=R2：R1=W1：W2=P1：P2
总功率等于各功率之和 P总=P1+P2 或U^2/R总
并联电路比例关系
I1：I2=P1：P2=R2：R1
电流的求法：I=P/U
⑶同一用电器的电功率
W1：W2=R2：R1=I1：I2 =P1：P2=Q1:Q2
①额定功率比实际功率等于额定电压比实际电压的平方 Pe/Ps=(Ue/Us)的平方
注：^代表次方
电压相同时，越串联总功率越小，越并联总功率越大
推导：①当电路中只有一个电阻时，总功率为　P总=U^2/R
②当电路中有两电阻并联或串联时，设电阻相等。则两电路总功率分别为
并联时　P总=U^2（R1+R2）/R1*R2
串联时　P总=U^2/R总（串联R总=各电阻阻值之和）
③当电路中电压相同时，
因为　R1+R2(串联总电阻）>R（单个电阻）>R总（并联总电阻）
所以　P并>P单个电阻>P串这时，还有另一个结论。电压相同，串联时功率小的灯泡亮，并联时功率大的灯泡亮
电学的计算
⑴电阻 R
①电阻等于材料密度乘以电阻率（长度除以横截面积） R=ρ×（L/S）
②电阻等于电压除以电流 R=U/I
③电阻等于电压平方除以电功率 R=U^2;/P
电阻：R=U^2/P
⑵电功是 W
电功等于电流乘电压乘时间 W=UIt（普通公式）
电功等于电功率乘以时间 W=Pt
电功等于电荷乘电压 W=UQ
电功等于电流平方乘电阻乘时间 W=I^2Rt（纯电阻电路）
电功等于电压平方除以电阻再乘以时间 W=(U^2/R)×t（同上）
⑶电功率 P
①电功率等于电压乘以电流 P=UI
②电功率等于电流平方乘以电阻 P=I^2*R（纯电阻电路）
③电功率等于电压平方除以电阻 P=U^2/R(同上)
④电功率等于电功除以时间 P=W/t
5.电功率P=UI
注：当相同的电阻在同一电路中时，功率会变成之前的四分之一。
⑷电热Q
电热等于电流平方乘电阻乘时间 Q=I^2Rt（普通公式）
电热等于电流乘以电压乘时间 Q=UIt=W（纯电阻电路）
电热等于电压平方除以电阻再乘以时间Q=(U^2/R)t（纯电阻电路）
电热在一般情况下是等于消耗的电能的，前提条件是在纯电阻的用电器中。
(5)计算公式
1. P=W/t 主要适用于已知电能和时间求功率
2. P=UI 主要适用于已知电压和电流求功率
3. P=U^2/R =I^2R主要适用于纯电阻电路
一般用于并联电路或电压和电阻中有一个变量求解电功率
4.P=I^2R 主要用于纯电阻电路
一般用于串联电路或电流和电阻中有一个变量求解电功率
5.P=n/Nt 主要适用于有电能表和钟表求解电功率
t-----用电器单独工作的时间，单位为小时
n----用电器单独工作 t 时间内电能表转盘转过的转数
N----电能表铭牌上每消耗 1 千瓦时电能表转盘转过的转数
6.功率的比例关系
串联电路：P/P'=R/R' P总=P'*P''/P'+P"并联电路：P/P'=R'/R P总=P'+P"
1.5 电源
1.5.1 实际电压源和实际电流源及其等效变换
1.5.2理想电压源和理想电流源
1.5.3 含独立电源电路的等效化简
1.5.4受控电源
所谓受控电源，是指电压源的电压和电流源的电流，是受电路中其它部分的电流或电压控制的，这种电源称为受控电源。分为电压控制电压源（VCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电压源（CCVS）、和电流控制电流源（CCCS）。
受控电源又成为“非独立”源。受控电压源的激励电压或受控电流源的激励电流与独立电压源的激励电压或独立电流源的激励电流有所不同，后者是独立量，前者则受电路中某部分电压或电流控制。
双极晶体管的集电极电流受基极电流控制，运算放大器的输出电压受输入电压控制，所以这类器件的电路模型中要用到受控电源。
受控电压源或受控电流源视控制量是电压或电流可分为电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电压源(CCVS)和电流控制电流源(CCCS)。
1.6 电路的三种状态
本章小结
习题
第2章 电路的基本定律和分析方法
2.1 基尔霍夫定律
2.2 无源二端网络的等效变换
2.2.1 电阻的串联和并联
2.2.2 电阻的星形(Y)联接和三角形(△)联接的等效变换
2.2.3 电感、电容的串并联
2.3支路电流法
2.4回路电流法
2.5 结点电压法
2.6 叠加定理
2.7等效电源定理
2.7.1戴维宁定理
2.7.2 诺顿定理
2.7.3 最大功率传输定理
2.8 电路中电位的计算
2.9 米勒定理
习题
第3章正弦交流电路
3.1 正弦电压与正弦电流
3.1.1 周期、频率与角频率
3.1.2 幅值与有效值
3.1.3 初相位与相位差
3.2 复数及其基本运算
3.2.1 复数及其表示形式
3.2.2 复数的运算
3.3 正弦量的相量表示法
3.4 简单的正弦交流电路的稳态分析
3.4.1 纯电阻元件的交流电路
3.4.2 纯电感元件的交流电路
3.4.3 纯电容元件的交流电路
3.5 复杂正弦交流电路的稳态分析
3.5.1 阻抗和导纳
3.5.2 电路定律的相量形式
3.5.3 阻抗的连接
3.5.4 正弦稳态电路分析的一般方法
3.5.5 功率及功率因数的提高
3.5.6 最大功率传输定理
3.6 交流电路的频率特性
3.6.1 RC串联电路的频率特性
3.6.2 电路的谐振
3.7 互感电路及变压器
3.7.1 互感
3.7.2 互感线圈的串并联
3.7.3 变压器
本章小结
习题
第4章三相交流电路
4.1三相电源
4.1.1 三相交流电动势的产生
4.1.2 三相电源的连接方法
4.2对称三相电路的分析
4.2.1 Y—Y连接的对称三相电路
4.2.2 Y—△连接的三相电路
4.3不对称三相电路的分析
4.4 三相电路的功率
4.5 安全用电
本章小结
习题
第5章 电路的暂态分析
5.1 暂态分析的基本概念
5.1.1 电路的稳态与暂态
5.1.2 换路定则
5.1.3 初始值的计算
5.2 一阶电路
5.2.1 RC和RL电路的零输入响应
5.2.2 RC和RL电路的零状态响应
5.2.3 一阶电路全响应
5.2.4 一阶电路的三要素法
5.3 二阶电路分析的一般方法
本章小结
习题
第6章非正弦周期电流电路
6.1 非正弦周期信号
6.2 周期函数分解为傅里叶级数
6.3 非正弦周期量有效值、平均值和平均功率
6.4 非正弦周期电流电路的稳态分析
本章小结
习题
部分习题答案
参考文献
……