绪论S时代。1958年发明了集成电路，它将构成电子电路的电阻、电容、二极管、晶体管和导线都制造在一块儿平方毫米的半导体芯片上，从而使体积大大缩小。现在集成电路已从含几十个晶体管的小规模集成电路发展到含上百万个晶体管的超大规模集成电路，电子技术进人了集成电路时代。与此同时，电子计算机和各类微处理机也历经数代变迁，1947年应用的电子计算机ENIAC，含18000个电子管，30t，功耗50kW。而今日用集成电路制成的同样功能的电子计算机，不到300g，功耗仅0.5W。前，计算机已广泛应用子生产、国防、科研、管理、教育和医疗卫生等领域。从20世纪30年代开始，电路理论已形成为一门独立的学科。建立了各种元器件的电路模型。成功地运用电阻、电容、电感、电压源、电流源等儿种理想元件，近似地表征成千上万种实际电气装置。到20世纪50年代未，电路理论在学术体系上基本完善，这一发展阶段称为经典电路理论阶段。在20世纪60年代以后，电路理论又经历了一次重大的变革，这一变革的主要起源是新型电路元件的出现和计算机的冲击，电路理论无论在深度和广度方面均得到巨大的发展。因此文称20世纪60年代以后的电路理论为近代电路理论。近代电路理论的主要特点之一是吉尔曼（Gmellemin）将图论引入电路理论之中。它为应用计算机进行电路分析和集成电路布线与板图设计等研究提供了有力的工具。特点之二是出现大量新的电路元件、有源器件，如使用低电压的MOS电路，摒弃电感元件的电路，进一步据弃电阻的开关电容电路等。当前，有源电路的综合设计正在迅速发展之中。特点之三是在电路分析和设计中应用计算机后，使得对电路的优化设计和故障诊断成为可能，大大地提高了电子产品的质量并降低了成本。三、电路理论的应用电路理论是高等学校电子与电气信息类专业的技术基础课，为该类专业的后续许多课程提供理论支持，例如模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、电机学、电力系统分析、集成电路设计、自动控制、电力电子技术等课程都用到电路理论。在科学技术发展中，电路理论与众多学科相互影响和相互促进。例如，电路理论在电力系统中应用，产生了电力系统分析这门学科，并为电力系统运行分析建立了理论体系。而当代电子技术从电子管、半导体晶体管、集成电路到超大规模集成电路，更离不开电路理论的支持和它的发展。当然，电子技术的发展也促进了电路理论的发展。例如新型电子元器件的出现，促使电路模型的多样化和建模理论的发展
绪论在工程技术实际和生活实际中，电路理论有非常广阔的应用。从简单的照明电路，到复杂的电力系统：从单个的手提电话、收音机、电视机，到卫屋通信网络、计算机互联网，都与电路理论有一定的关系。可以说，只要在涉及电能的产生、传输和使用的地方，就有电路理论的应用。而在信息产生、信息传递、信息处理的绝大多数场合，都可见到电路理论应用的例子。电路理论已经与我们的生活密不可分。四、电路理论和“电路”课程电路理论是电气工程和电子科学技术的主要理论基础，是门研究电路分析和网络综合与设计基本规律的基研工程掌科。所谓电路分析是在电路给定、参数已知的条件下，通过求解电路中的电压、电流而了解电网络具有的特性：而网络综合是在给定电路技术指标的情况下，设计出电路并确定元件参数，使电路的性能符合设计要求。因此电路分析是电路理论中最基本的部分，是学习电路理论的入门课程，被列为电类各专业共同需要的技术基础课。我国从20世纪50年代开始，高等工科学校的电类专业将电路理论与电磁场理论合为一门课程，称为“电工原理”，并列为技术基础课。其中电路理论部分的内容主要介绍线性电路的分析、磁路的计算以及均匀传输线。20世纪70年代末，电路理论单独设课，内容上也增加了电路方程的矩阵形式和计算机辅助分析等内容。由于“电路"课程为电子与电气信息类专业的技术基础课，因此在过去的20多年，其教学内容相对稳定。主要变化在教学内容优化，教过程组织，教学方法和手段改革，实验教学改革，与“信号与系统”、“自动控制”、“模拟电子技术”等课程的协调等方面
第一章电路模型和电路定律内客提要本章介幅电路模型，电路元件的原念，电压、电流参考方尚的机念，元件，电路吸收或发出功率的表达式和计算，还骨绍电阻，地立电源和受拉电源等电路充件电路中的电压，电流之间具有两种约桌，一种是由电路元件决定的无件的来：另一种是元件间连接面引人的元何的来重，后者由基乐难夫定律来表达，基示富天定律是果总参鼓电都的基本定律。S1-1电路和电路棋型人们在工作和生活中会遇到很多实际电路。实际电路是为完成某种镇期目的而设计、安装、运行（也可以是在非预期情况，例如矩路、漏电等），由电路部件（例如电阻器、蓄电池等）和电路器件（例如品体管集成电路等）相互连接面成的电流通路装置。实际电路常借助于电压，电流面完成传输电能或信号、处理信号、测量，控制、计算等功能。其中，电能或电信号的发生器称为电源，用电设备称为负载。由于电路中的电压，电流是在电源的作用下产生的，因此电源叉称为派励源或激励：由激励而在电路中产生的电压、电流称为响应。有时，根据激励与喇应之间的因果关系，把激励称为人，响应称为输出。有些实际电路十分复杂，例如，电能的产生、输送和分配是通过发电机，变压器，输电线等完成的，它们形成了一个庞大而复杂的电路或系统。当前，集成电路的应用已誉添到许多领域，集成电路芯片可能小到不大于指甲，但在上面有成千上万个品体管相互连接成为一个电路或系统。现在，集成电路的集成度越来文降贴扑约束
第一章电路模型和电路定律8越高，就是说在同样大小的芯片上可容纳的部件、器件数目越来越多，可达数百方或更多。前面所述电路，都是比较复杂的，但有些电路非常简单，例如手电简的电路就是一个十分简单的电路。本书的主要内容是介绍电路理论的人门知识并为后续课程的学习备必要的基础。电路理论研究电路中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷、磁通等物理量来描述其中的过程。电路理论主要是计算电路中各部件、器件的端子电流和端子间的电压，一般不涉及内部发生的物理过程。本书讨论的对象不是实际电路而是实际电路的电路模型。实际电路的电路模型由理想电路元件相互连接而成，理想元件是组成电路模型的最小单元，是具有某种确定电磁性质并有精确数学定义的基本结构。在一定的工作条件下，理想电路元件及它们的组合足以模拟实际电路中部件、器件中发生的物理过程。在电路模型中各理想元件的端子是用“理想导线”连接起来的。根据元件对外端子的数目，理想电路元件可分为二端、三端、四端元件等。图1-1（a）所示为一个简单的实际电路，这是一个由干电池和小灯泡用两根连接导线组成的照明电路。其电路模型如图1-1(b）所示。图中的电阻元件R作IRS为小灯泡的电路模型，反映了将电能转换JU为热能和光能这一物理现象：干电池用电压源Us和电阻元件Rs的串联组合作为(a)(b)模型，分别反映了电池内储化学能转换为接图11实际电路与电路檬型示例电能以及电池本身耗能的物理过程。连接导线用理想导线（其电阻设为零）即线段表示。用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件就是建立其模型，简称建模。建模时必须考虑工作条件，并按不同准确度的要求把给定工作情况下的主要物理现象和功能反映出来。例如，一个线圈的建模：在直流情况下它在电路中仅反映为导线内电流引起的能量消耗，因此，它的模型就是一个电阻元件；在电流变化的情况下（包括交变电流），线圈电流产生的磁场会引起感应电压，故电路模型除电阻元件还应包含一个与之串联的电感元件：当电流变化甚快时（包括高频交流），则还应计及线圈导体表面的电荷作用，即电容效应。所以其模型中还需要包含电容元件。可见，在不同的工作条件下，同一实际器件可能采用不同的模型。模型取得恰当，对电路进行分析计算的结果就与实际情况接近模型取得不恰当，则会造成很大误差甚至导致错误的结果。如果模型取得太复杂则会造成分析困难，取得太简单则可能无法反映真实的物理现象。建模问题需要专门进①理想导线的电阻为零，且假设当导线中有电流时，导线内、外均无电场和磁场
多1一2电流和电压的参考方向9行研究，本书不作介绍。今后本书所涉及电路均指由理想电路元件构成的电路模型。同时将把理想电路元件简称为电路元件①。通常，电路又称网络，本书中将不加区分地引用。电路理论（或电网络理论)是一门研究网络分析和网络综合或设计③的基础工程学科，它与近代系统理论有密切的关系。本书的主要内容是电路分析，探讨电路的基本定律和定理，并讨论各种分析方法，为学习电气工程技术、电子和信息工程技术等建立必要的理论基础。81一2电流和电压的参考方向电路理论中涉及的物理量主要有电流、电压、电荷和磁通，通常用I、U、Q和@分别表示。磁通链用亚表示。另外，电功率和电能也是重要的物理量，它们的符号分别为P和W。在电路分析中，当涉及某个元件或部分电路的电流或电压时，有必要指定电流或电压的参考方向。这是因为电流或电压的实际方向可能是未知的，也可能是随时间变动的。图1-2表示一个电路的一部分，其中的矩形框表示一个二端元件。流过这个元件的电流为i，其实际方向可以是由A到B，或是由B到A。图1一2中在导线上标示的箭头表示电流的参考方向，它不一定就是电流的实际方向。指定参考方向的用意是在于把电流看成代数量。如果电流的实际方向是由A到B，如图1一2（a）中虚线箭头所示，它与参考方向一致，则电流为正值，即i>0。在图1-2(b)中，指定的电流参考方向自B到A，如果电流的实际方向是由A到B（见虚线箭头），两者不一致，故电流为负值，即i<0。这样，在指定的电流参考方向下，电流值的正和负就可以反映出电流的实际方向。另一方面，只有规定了参考方向以后，才能写出随时间变化的电流的函数式。电流的参考方向可以任意指定，一般用箭头表示，也可以用双下标表示，例如，表示参考方向是由A到B。同理，对电路两点之间的电压也可指定参考方向或参考极性。在表达两点①有时把实际电路器件也称为“电路元件"。但本书中凡涉及“电路元伴”均指理想化模型。②网络（Network)的含义较为广泛，可引申至非电情况。例如"神经网络”，“计算机网络"等。③网络分析（Analysis）问题，指给定电路结构、参数求解电路性能；网络综合（Synthesia）问题，指给定电路性能要求，求电路结构、参数，是网络分析的逆间题；如果在综合过程中还考忠其他诸如灵敏度、优化、成本L艺等因素则成为电路设计。④当电路中的电流、电压、电荷等变量睡时间变化时、一般用小写字母i、、Q等表示，用大写字母1、U.Q时则裘示对应的变量是恒定量。但本书有时也采用小写字母表示恒定的变量；可根据上，下文判断