电路分析基础

内容简介

本书共分章包括电路的基本概念和基本定律线性电路分析方法正弦交流电路及应用三相交流

8,、、、

电路及应用互感耦合电路线性电路的瞬态过程非正弦周期电流电路以及电路基础实验与实训等内容

、、、。

本书内容安排合理层次清晰循序渐进在内容的选取上对基本概念基本理论和基本分析方法以

,,。,、

必需和够用为原则将理论讲授与实际应用有机结合本书在每章内容之前配有学习目标素质目标每

“”,。、,

章中配有丰富的例题方便师生根据不同专业要求和差异选用每章中的应用实例突出知识的应用每章

,。,

的习题附有参考答案教材内容中包含与基本知识对应的基础实验和实训内容方便教师通过多种教学手

。,

段和教学方法传授知识融教学做于一体

,“、、”。

本书适合作为高职电子与信息大类和装备制造大类等相关专业的专业基础课教材也可作为自学进修

,

电路分析知识的各类人员的参考书

。

图书在版编目CIP数据

()

电路分析基础唐志珍张永格王淼主编版北京

/,,.—3.—:

中国铁道出版社有限公司

,2022.4

十三五职业教育国家规划教材

“”

ISBN978-7-113-28916-4

电唐张王电路分析高等

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…③…Ⅲ.①-

职业教育教材

-Ⅳ.①TM133

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2022)031405

书名:电路分析基础

作者:唐志珍张永格王淼

策划:王春霞编辑部电话:

(010)63551006

责任编辑:王春霞包宁

封面设计:付巍

封面制作:刘颖

责任校对:孙玫

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

http://www.tdpress.com/51eds/

印刷:三河市航远印刷有限公司

版次:年月第版年月第版年月第次印刷

201381202243202241

开本:印张:字数:千

850mm×1168mm1/1614.5337

书号:

ISBN978-7-113-28916-4

定价:元

45.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书如有印制质量问题请与本社教材图书营销部联系调换电话

,,。:(010)63550836

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本书结合高等职业教育的办学定位和相关专业的培养目标、就业岗位群的实际需

要,对电路分析基础课程内容进行整合,协调基础理论知识学习和职业技能培养之间的

关系,使学生通过课程的学习,既获得基本的电路理论知识,又具有实际操作技能。本书

还注重提高学生运用所学的电路知识解决电路问题的能力,在重要章节增加微课、动画、

视频等辅助学生学习,提高逻辑推理、思辨和推演等理性思维能力,为学生学习专业课程

奠定坚实的基础。

本书在内容的选取上,注重与学生已修课程的衔接,对基本概念、基本理论和基本分

析方法以“必需和够用”为原则,将理论讲授与实际应用有机结合。内容安排合理,层次

清晰,循序渐进。本书在每章内容之前配有学习目标、素质目标,每章中配有丰富的例

题,方便师生根据不同专业要求和差异选用。各章中的应用实例突出知识的应用,习题

附有参考答案。教材内容中包含与基本知识对应的实训内容,方便教师通过多种教学手

段和教学方法传授知识,融“教、学、做”于一体。

每个基础实验的实验准备中都配有思考题,引导学生做好完成基础实验的充分准

备。每个基础实验都设计有学生动手练习、训练或制作环节,通过十余个不同层次的基

础实验,使学生掌握常用电工工具和电子仪器仪表的使用、元器件识别、电路识图与分

析、电路焊接与调试等电路方面的基本技能,为后续的专业技能训练打下坚实的基础,也

为学生从事设备安装、调试与维护等工作养成良好的职业素养。基础实验后实验报告中

的问题推动学生分析总结实验内容,通过总结提升实验的效果。

本次再版,主要对上一版中的错漏之处进行了修改和补充,增加了部分习题和拓展

阅读。

本书由柳州铁道职业技术学院唐志珍、张永格、王淼任主编;伍志丹、张欣、王艳华、

Ⅰ

电路分析基础

杨华勋任副主编;李昕、于燕平、姚明阳、茹岩参与了编写。

由于编者水平有限,书中不妥之处在所难免,恳请广大读者在使用之后提出宝贵意

见和建议,以利于今后进一步完善本书内容。谨表谢忱!

编者

年月

202112

Ⅱ

二端网络等效的概念……………

第1章电路的基本概念和基本定律…………2.1.134

1电阻的串联及等效………………

2.1.235

电路和电路模型…………电阻的并联及等效………………

1.122.1.337

电路的组成及作用…电阻的混联及等效………………

1.1.122.1.438

理想元件和电路模型………………星形电阻网络与三角形电阻网络等效

1.1.232.2

电路的工作状态……变换……

1.1.3439

电路的主要物理量………电阻的星形连接接与三角形

1.252.2.1()

电流及参考方向……连接接………

1.2.15(△)39

电位电压及电动势………………等效变换方法……

1.2.2、62.2.240

电功率及电能………直流电路基本分析方法………………

1.2.392.341

电阻元件………………支路电流法………

1.3112.3.141

电阻元件及伏安特性……………网孔电流法………

1.3.1112.3.242

电阻元件的功率…节点电压法………

1.3.2122.3.344

电压源与电流源………弥尔曼定理………

1.4122.3.446

理想电压源与实际电压源………叠加定理………………

1.4.1122.447

理想电流源与实际电流源………戴维南定理……………

1.4.2142.548

实际电源模型的等效变换………小结…………

1.4.31650

基尔霍夫定律…………拓展阅读……

1.51852

电路的几个常用名词……………习题…………

1.5.119253

基尔霍夫电流定律………………

1.5.219第3章正弦交流电路及应用………………

基尔霍夫电压定律………………59

1.5.321

电路中电位的计算……正弦交流电的基本概念………………

1.6243.159

小结…………正弦交流电的相量表示法……………

263.265

拓展阅读……复数………………

273.2.165

习题…………正弦量的相量表示法……………

1283.2.268

单一元件的正弦交流电路……………

第2章线性电路分析方法…3.369

34纯电阻元件的正弦交流电路……

3.3.170

电阻电路等效变换……纯电感元件的正弦交流电路……

2.1343.3.272

Ⅰ

电路分析基础

纯电容元件的正弦交流电路……自感与自感电压…

3.3.3745.1.1123

交流电路的分析…互感与互感电压…

3.4RLC765.1.2124

串联交流电路的分析………同名端……………

3.4.1RLC765.1.3126

并联交流电路的分析………互感耦合电路的分析…

3.4.2RLC795.2128

谐振电路的分析…互感线圈的串联…

3.5RLC805.2.1128

串联电路的谐振…互感线圈的并联…

3.5.1815.2.2129

并联电路的谐振…互感线圈的型等效……………

3.5.2835.2.3T130

正弦交流电路中的功率及功率因数…空芯变压器……………

3.6855.3130

正弦交流电路的功率因数………理想变压器……………

3.6.1855.4133

无功功率视在功率和功率理想变压器的条件………………

3.6.2、5.4.1133

三角形……………理想变压器的主要性能…………

865.4.2133

功率因数的提高…小结…………

3.6.387135

小结…………拓展阅读……

89136

拓展阅读……习题………

925137

习题…………

393第6章线性电路的瞬态过程………………

141

第4章三相交流电路及应用………………

100瞬态过程及换路定律…

6.1141

三相电源………………瞬态过程的基本概念……………

4.11006.1.1142

三相交流电的产生………………换路定律…………

4.1.11006.1.2142

三相电源的连接…电压电流初始值的计算………

4.1.21016.1.3、143

三相负载………………电路的瞬态过程…

4.21056.2RC144

负载的星形连接…电路的充电过程……………

4.2.11056.2.1RC144

负载的三角形连接………………电路的放电过程……………

4.2.21076.2.2RC146

三相电路的功率………电路的瞬态过程…

4.31096.3RL147

不对称三相电路的计算………………电路接通直流电源…………

4.41116.3.1RL147

星形连接的不对称三相电路……电路短接……

4.4.11116.3.2RL149

三角形连接的不对称三相一阶电路的三要素法…

4.4.26.4150

电路………………一阶电路过渡过程的一般规律…

1136.4.1150

三相交流电的典型应用………………一阶电路三要素法的应用………

4.51146.4.2150

小结…………小结…………

115153

拓展阅读……拓展阅读……

116154

习题………习题………

41186155

第5章互感耦合电路………第7章非正弦周期电流电路………………

123159

自感与互感……………非正弦周期量的产生合成与分解…

5.11237.1、159

Ⅱ

目录

非正弦周期量的产生……………直流电路的认知实验……………

7.1.11598.2.1180

非正弦周期量的合成与分解……基尔霍夫定律的验证实验………

7.1.21608.2.2182

非正弦周期量的最大值有效值戴维南定理的验证………………

7.2、、8.2.3184

平均值和平均功率……叠加定理的验证…

1658.2.4186

非正弦周期量的最大值…………正弦交流电路的认识……………

7.2.11658.2.5187

非正弦周期量的有效值…………串联电路和串联电路的

7.2.21658.2.6RLRC

非正弦周期量的平均值…………电压与电流关系研究……………

7.2.3166189

非正弦周期量的平均功率………荧光灯电路的安装及功率因数

7.2.41668.2.7

非正弦周期性电流电路的分析计算…的提高……………

7.3168192

小结…………串联谐振电路的研究………

1708.2.8RLC194

拓展阅读……三相负载星形连接和三角形连接

1728.2.9

习题………电路的测量………

7173196

互感耦合线圈的测试实验……

第8章电路基础实验与实训………………8.2.10199

178一阶电路的响应测试………

8.2.11RC201

电路基础实验综述……实训………………

8.11788.3204

电路基础实验的目的……………

8.1.1178习题参考答案………………

电路基础实验的要求……………213

8.1.2179

电路基础实验的注意事项………

8.1.3180参考文献………………

基础实验………………222

8.2180

Ⅲ

第1章电路的基本概念和基本定律

电路的基本概念和基本定律

电能之所以获得广泛应用,是因为其具有转换方便、便于传输和控制等特点。

电能可以从水能、热能、原子能、化学能(电池)、光能(光电池)及风能(风力发电)

等转换而得;同时电能也可以转换为其他所需的能量形态(如热能、光能、机械能等)。

电能能够以近的速度快速地输送到远方,而且输电设备简单,输电效率

300000km/s

高。只要断开或闭合开关即可完成操作,控制方便,利用电能可以达到高度自动化。电

能污染少,有利于环境保护。

电能在现代生产、日常生活、国防技术和科学研究等各个方面得到了广泛应用。电

能的应用离不开电路,实际电路的功能各异,繁简不一,结构形式多样,但有其内在的规

律。读者通过学习并掌握电路的基本理论、基本规律和基本技能,学会分析电路的基本

方法,能够为进一步学习后续专业课程和将来从事实际工程技术工作奠定坚实的基础。

学习目标

()了解电路的组成及作用;理解电路元件、电路模型、电路的三种状态;了解电路

1

故障危害及防范措施。

()认识常用电路元件符号,能绘制简单的电气原理图。

2

()理解电流、电压、电位、电动势、电能的概念及相互关系;掌握电路中电流的参考

3

方向、电压的参考极性及其关联参考方向。

()了解电阻参数、电阻元件的定义,线性电阻和非线性电阻;掌握电阻元件电压与

4

电流的关系,即伏安关系。

()掌握电压源和电流源的电压与电流关系,实际电压源和实际电流源模型的等效

5

变换。

()了解支路、节点、回路、网孔的定义;理解基尔霍夫电流定律和电压定律;掌握应

6

用列写电路的节点方程和应用列写回路的电压方程。

KCLKVL

()掌握电路中各点电位的计算方法。

7

素质目标

()了解人类对电的认识过程,培养观察细微事物的能力,有辩证地看待事物发展

1

的能力。

()掌握安全用电知识,了解不安全用电造成的严重后果,尊重生命。

2

1

电路分析基础

1.1电路和电路模型

1.1.1电路的组成及作用

1.电路的组成

电路是由用电设备或元器件负载与供电设备电源通过导线按一定方式连接起

()()

来而构成的提供给电荷流动的通路简而言之电路就是电流流经的路径一般把结构

;,。

复杂的电路称为网络电路和网络这两个术语是通用的

。。

一般来说不管电路组成如何都可分为三部分电源消耗或转换电能的负载连接和

,,:;;

控制电源与负载的导线开关等中间环节这三个部分在任何电路中都是不可缺少的

、。。

电路提供了电荷流动的通路电荷携带着电能在电路中流动从电源带走电能而

,,,

在负载中又消耗或转换电能因此电路的工作伴随着能量的传输和转换

,。

2.电路的作用

电路的基本作用有两个一是实现电能的产生输送分配和转换二是实现信号的

,、、;

传递处理和保护如扩音机电路计算机电路等

、,、。

进行电能的转换传输和分配强电系统的电路作用是实现电能的产生传输

(1)、。、

和转换它主要由发电设备输电设备及用电设备组成如图所示发电机是发电

。、,1.1。

设备电源是产生电能的设备输电线及变压器是输电设备它起传输和分配电能的

(),。,

作用电灯电动机及其他用电器等是用电设备负载是取用电能的设备各种用电

。、(),,

负载将电能转换为其他形式的能量强电系统的各种电路通常电压较高电流较大

。,。

对这类电路的主要要求是传送功率大效率高

、。

图1.1强电系统的电路示意图

进行信号的传递和处理弱电系统的电路作用是传输和处理信号它主要由

(2)。。

信号源中间环节及负载组成如图所示传声器是输出电信号的设备称为信号

、,1.2。,

源扬声器是接收和转换信号的设备称为负载输入级中间级功放级是处理信号

。,。、、

的设备称为中间环节弱电系统的各种电路一般电压较低电流较小是精密的信号

,。,,

传输系统对这类电路的主要要求是抗干扰能力强电信号在传输过程中不失真

。、。

电路的分类方法有很多种如上所述按照电路的用途将电路分为电力电路和信号

,,

电路按电流的性质将电路分为直流电路和交流电路按电压的高低将电路分为高压电

;;

路和低压电路按电路的结构将电路分为有分支电路和无分支电路按电路的范围将电

;;

路分为内电路和外电路

。

2

第1章电路的基本概念和基本定律

图1.2弱电系统的电路示意图(以扩音机电路为例)

1.1.2理想元件和电路模型

在对电路进行研究分析和计算时并不注重电路中电气设备和元器件的具体结构

,,

而是对它们的物理特性进行分析抽象使其理想化或模型化将其主要性能用一些具

、(),

有特定化理想化的元件称为理想电路元件即理想元件重构出来

、(,)。

1.理想元件

理想元件是实际电气器件主要电磁特性的科学抽象在一定条件下突出实际电

。,

路元件的主要电磁性质忽略其次要因素近似地用一个足以表征其主要电磁性能的理

,,

想电路元件表示该实际电路元件例如电阻器在频率不太高的时候所产生的感抗比

。,

电阻小得多分析计算电路时可以突出其电阻性质忽略其电感性质近似地用理想电

,,,

阻元件来表示电阻器的电磁性质

。

基本理想元件有两大类不产生能量的无源元件为电路提供能量的有源元件无

:;。

源元件包括表示实际电路中消耗电能特性的理想电阻元件表示实际电路中建立磁场

R、

特性的理想电感元件和表示实际电路中建立电场特性的理想电容元件有源元件包

LC;

括理想电压源和理想电流源理想电路元件用规定的文字符号与图形符号来表示如

。,

图所示理想导线是阻值为零的电阻元件用线段表示

1.3。,。

图1.3理想电路元件的文字符号与图形符号

2.电路模型

利用理想元件重构出来的电路称为原电路的电路模型即用理想电路元件及其

,。

组合代替实际电路元件用特定符号代表理想元件用特定符号绘制的电路图代替实际

,,

电路图的连接关系及功能就构成实际电路的电路模型电路模型反映了原电路工作

,。

的主要特性电路模型中构成电路的不是千差万别的各种实际元件而是数量有限的

。,

理想元件有利于研究设计和交流构成电路模型的理想元件数量应尽可能少否则

,、。,,

电路模型将失去其存在的价值

。

以手电筒电路为例其实际电路和电路模型分别如图所示干电池由电压

,1.4(a)、(b)。

3

电路分析基础

源U及内阻的组合表示电路中的开关用开关模型表示照明灯用电阻元件表示

sR0,S,R。

图1.4手电筒电路

根据对电路模型的分析所得出的结论有着广泛的实际指导意义若无特别说明