И目绿SB-1电路的计算机辅助分析524B-2PSpice527附录CMATLAB简介536$C-1 MATLAB概述536C-2MATLAB在电路分析中的应用举例538部分习题答案544-索引562参考书目569
论绪、课程定位“电路”课程是高等学校电子与电气信息类专业的重要的基础课，是所有强电专业和弱电专业的必修课。学习本课程要求学生具备必要的电磁学和数学基础知识。“电路”课程以分析电路中的电磁现象，研究电路的基本规律及电路的分析方法为主要内容。“电路”课程理论严密、逻辑性强，有广阔的工程背景。通过本课程的学习，对树立学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，培养学生的科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论知识、电路的基本分析方法1和初步的实验技能，为进步学习电路理论打下初步的基础，为学习电子与电气信息类专业的后续课程准备必要的电路知识。因此，“电路课程在整个电子与1电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。1将“电路课程作为必修技术基础课程的普通高等学校的专业（标记者为引导性专业)如下：1（1）电气工程及其自动化。1（2）自动化。（3）计算机科学与技术。（4）电子科学与技术。（5）通信工程。1（6）电子信息工程。（7）生物医学工程。1（8）电气工程与自动化。1（9）信息工程“。7二、电路理论及相关科学技术的发展简史1电路理论是当代电气工程与电子科学技术的重要理论基础之一。电路理论111
绪论2与电磁学、电子科学与技术、通信、电气工程、自动控制、计算机科学技术等学科相互促进、相互影响。经历了一个多世纪的漫长道路以后，电路理论已经发展成为一门体系完整、逻辑严密、具有强大生命力的学科领域。人类对电磁现象的认识始于对静电，静磁现象的观察。1729年，英国人S.格雷将材料分为两类一一导体和绝缘体。美国科学家富兰克林（B.Frank-lin，1706一1790在电的研究方面作了大量实验，并于1749年提出了正电和负电的概念。1785一1789年，法国人库仑（C，A.Coulomb）定量地研究了两个带电体间的相互作用，得出了历史上最早的静电学定律一库仑定律。这是人类在电磁现象认识上的一次飞跃。19世纪以前，电与磁的应用尚属风毛麟角。1800年，意大利物理学家伏特(A.Vlota，1745一1827)发明了伏打电池，它能够把化学能不断地转变为电能，维持单一方向的持续电流。这一发明具有划时代的意义，它为人们深人研究电化学、电磁学以及它们的应用打下了物质基础。以后很快发现了电流的化学效应、热效应以及利用电来照明等。1820年，丹麦物理学家奥斯特（H.C.Oersted,1777一1851）通过实验发现了电流的磁效应，在电与磁之间架起了一座桥梁，打开了近代电磁学的突破口。1825年，法国科学家安培（A.M.Ampere，1775-1836）提出了著名的安培环路定律。他从1820年开始在测量电流的磁效应中，发现两个载流导线可以互相吸引，又可以相互排斥。这一发现成为研究电学的基本定律，为电动机的发明作了理论上的准备。1826年，德国人欧姆（G.S.Ohm，1787-1854）在多年实验基础上，提出了著名的欧姆定律：在恒定温度下，导线回路中的电流等于回路中的电动势与电阻之比。欧姆又将这一定律推广于任意一段导线上，并得出导线中的电流等于这一段导线上的电压与电阻之比。1831年，英国物理学家法拉第（M.Faraday，1791一1867）发现了电磁感应现象。当他继续奥斯特的实验时，他坚信，既然电能产生磁，那么磁也能产生电。他终于发现在磁场中运动的导体会产生感生电动势，并能在闭合导体回路中产生电流。这一发现成为发电机和变压器的基本原理，从而使机械能变为电能成为可能。1832年，亨利提出了表征线圈中自感应作用的自感系数L。1834年国人榜次提出感应电流方向的定律，即著名的楞次定律。1838年，画家出身的美国人莫尔斯（S.F，Morse，1791一1872）发明了电报。1844年，他用电报机从华盛顿向40英里外的巴尔的摩发出电文。电报的出现，增加了对电路分析和计算的需要。1845年，德国科学家基尔霍夫（G，R：Kirchhoff，1824一1887)在深人研究了欧姆的工作成果之后，提出了电路的两个基本定律基尔霍夫电流定律（简称KCL)和基尔霍夫电压定律
绪论3（简称KVL）。它是集总参数电路中电压、电流必须服从的规律。1853年，汤姆逊（WThomson.1824一1907，即开尔文勋爵）采用电阻，电感和电容的电路模型，分析了莱额瓶的放电过程，得出电振荡的频率。同年，亥姆兹提出电路中的等效发电机定理。由于国际通信需求的增加，1850-1855年，欧洲建成了英国、法国、意大利、土耳其之间的海底电报电缆。电报信号经过远距离的电缆传送，产生了信号的衰减、延迟、失真等现象。1854年汤姆逊发表了电缆传输理论，分析了这些现象。1857年基尔霍夫考患到架空传输线与电缆不同，得出了包括自感系数在内的完整的传輪线上电压及电流方程式，称之为电报员方程或基尔霍夫方程。至此，包括传输线在内的电路理论就基本建立起来了。1866年，德国工程师西门子（K。W，Siemens，1823-1883）发现了电动机原理并用在了发电机的改进上。由于电在各方面的应用日益广泛，如照明、电解、电镀、电力拖动等，迫切需要更方便地获取电能，以提高效率，降低成本。1881年，直流高压输电试验成功。但由于直流高压不便子用户直接使用，同年在发明变压器的基础土又实现了远距离交流高压输电。从此，电气化时代开始了。1869年英国物理学家麦克斯韦（J.C.Maxwell1831一1879）总结了当时所发现的种种电磁现象的规律，将它表达为麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在，为电路理论莫定了坚实的基础。1889年，德国物理学家赫兹（H.R.Hertz，1857一1894）经过艰苦的反复实验，证明麦克斯韦所预言的电磁波确实存在。1876年，美国科学家贝尔（A，G.Bell,1847一1922）发明了电话。贝尔当时仅是一个聋哑人学校的教师，但凭借对电流作用敏感的认识和不懈的努力，达到了通过导线互相通话的目的。经过不断改进，到1878年，他实现了从波士顿到纽约之间200英里的首次长途通话。1879年，美国人爱迪生（T.A.Edison，1847--1931)发明了碳丝灯泡。1912年美国人W.D.库利奇发明了钨丝灯泡，成为最普及的照明用真。电灯的广泛使用，是电能应用的一次大普及，并改变了人们的生活。1880年，英国人J.霍普金森提出了形式上与欧姆定律相似的计算磁路用的定律。19世纪末，交流电技术的迅速发展，促进交流电路理论的建立。1893年，C.P，施泰因梅茨提出分析交流电路的复数符号法（相量法），采用复数表示正弦式的交流电，简化了交流电路的计算。瑞士数学家」.R，阿尔甘提出的失量图，也成为分析交流电路的有力工具。这些理论和方法，为此后电路理论的发展奠定了基础。1894年，意大利人马可尼（G，Marconi，1874一1937）和俄国的波波夫分别发明了无线电。没有受过正规大学教育的20岁的马可尼利用赫兹的火振荡器作为发射器，通过电键的开、闭产生断续的电磁波信号。1895年，他发射的信
绪论4号传送距离为1km以上，1897年发射的信号可在20km之外接收到，从此开始了无线电通信的时代。电真空器件的发明使电子工程的发展推进了一大步。英国科学家汤姆逊（J.J.Thomson，1856-—1940）在1895-1897年间反复测试，证明了电子确实存在。随后，英国科学家弗莱明（J.A.Fleming）在爱迪生发明的热二极管的基础土发明了实用的真空二极管。它具有单向导电特性，能用来整流或检波。1907年，美国人福斯特（L.D.Forest）发明了真空三极管，它对微弱电信号有放大作用。1914年，福斯特用真空三极管又构成了振荡电路，使无线电通信系统更加先进。应用的需要导致了大规模发电及输配电的出现和发展。在19世纪未还发生过一场“交，直流之争”。以爱迪生为代表的一方主张应用直流电，而另一方以养治·西屋为代表，主张应用交流电。直到交流发电机、感应电动机、变压器等发明之后，充分显示了交流制的优点，交流制才得到广泛的应用。到20世纪30年代，电力传输线的电压已达到22×10*V，供电范围达几百公里，形成比较复杂的电力网。进人20世纪，1911年英国工程师O.亥维赛提出阻抗的概念，还提出了求解电路瞬态过程的运算法。1918年福台克提出的对称分量法，简化了不对称三相电路的分析。这一方法至今仍为分析三相交流电机、电力系统不对称运行的常用方法。1920年，G.A.坎贝尔、K，瓦格纳研究了梯形结构的滤波电路。1924年，R.M.福斯特提出电感电容二端网络的电抗定理。此后便建立了由给定频率特性设计电路的网络综合理论。1925年，英国人贝尔德（J.L.Baird)首先发明电视。几乎在同时，美国无线电公司（R.C.A）的工程师诺基（V.K.Zworykin）发明了电视显像管。1933年，他利用真空二极管、真空三极管和显像管，最早发明了电视机。1936年，黑白电视机正式间世了。在电子管被发明后，电子电路的技术迅速发展。1932年瑞典人H，奈奎斯特提出了由反馈电路的开环传递函数的频率特性判断闭环系统稳定性的判据。1945年美国人H.W.伯德出版了《网络分析和反馈放大器》一书，总结了负反馈放大器的原理，由此形成了分析线性电路和控制系统的频域分析方法，并得到广泛的应用。第二次世界大战中雷达和近代控制技术的出现，对电路理论的发展起到了推进作用。1947年12月24日，贝尔实验室的布拉丁（WalterBrattain）、巴丁（JohnBardeen）和肖克利（WilliamShockley）发明了种点接触晶体管。这是一种全新的半导体器件，它的体积小，电性能稳定，功耗低。这项发明自从1948年公布于世起，很快就应用于通信、电视、计算机等领域，电子技术进人了半导体