作　者：（美）尼尔森，（美）里德尔　着，周玉坤　等译

版　次：1字　数：1288000印刷时间：2008-6-1开　本：16开纸　张：胶版纸印　次：1I S B N：9787121066221包　装：平装

本书被IEEE Spectrum杂誌称为“电路领域的经典之作”，是欧美“电路”课程採用最为广泛的教材全书共分18章，系统地讲述了电路的基本概念、基本理论、基本分析和计算方法。主要内容有电路基本元件、简单电阻电路分析、电路常见分析法、运算放大器基本套用电路、一阶和二阶动态电路的分析、正弦稳态分析及其功率计算、平衡三相电路、拉普拉斯变换及其套用、选频电路、有源滤波器、傅立叶级数及傅立叶变换、双连线埠网路等。书中结合生活中的实际套用展开，给出了大量的例题、习题和详尽的图表资料，内容新颖，讲解透彻，是一本电路分析的优秀教材。

本书是电气、电子、计算机与自动化等本科专业电路课程的教材，也可供相关学科的科技人员自学或参考。

第1章 电路变数

1.1 电气工程概述

1.2 国际单位制

1.3 电路分析概述

1.4 电压和电流

电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。其大小等于单位 正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念与水位高低所造成的“水压”相似。需要指出的是，“电压”一词一般只用于电路当中，“电势差”和“电位差”则普遍套用于一切电现象当中。

1.5 理想基本电路元件

1.6 功率和能量

功率是指物体在单位时间内所做的功，即功率是描述做功快慢的物理量。功的数量一定，时间越短，功率值就越大。求功率的公式为功率=功/时间 。

物理意义：表示物体做功快慢的物理量。

物理定义：单位时间内所做的功叫功率。

功率可分为电功率，力的功率等。故计算公式也有所不同。

在动力学中：功率计算公式：P=W/t（平均功率）；P=Fvcosa（瞬时功率）

因为W=F（f 力）×S（s位移）（功的定义式），所以求功率的公式也可推导出P=F·v（当v表示平均速度时求出的功率为相应过程的平均功率，当v表示瞬时速度时求出的功率为相应状态的瞬时功率）。

P表示功率，单位是“瓦特”，简称“瓦”，符号是“W”。W表示功，单位是“焦耳”，简称“焦”，符号是“J”。“t”表示时间，单位是“秒”，符号是“s”。

功率越大转速越高，汽车的最高速度也越高，常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用马力（PS）或千瓦（kW）来表示，1马力等于0.735千瓦。1W=1J/s

功率就是表示物体做功快慢的物理量，物理学里功率P=功W/时间t，单位是瓦w，我们在媒体上常常看见的功率单位有kw、ps、hp、bhp、whpmw等，还有义大利以前用的cv，在这里边千瓦kW是国际标準单位，1kW=1000W，用1秒做完1000焦耳的功，其功率就是1kw。日常生活中，我们常常把功率俗称为马力，单位是匹，就像将扭矩称为扭力一样。

在汽车上边，最大的做功机器就是引擎，引擎的功率是由扭矩计算出来的，而计算的公式相当简单：功率(w)=2π×扭矩(Nm)×转速(rpm)/60，简化计算后成为：功率（W）=扭矩（Nm）×转速（rpm）/9.549。

由于英制与公制的不同，对马力的定义基本上就不一样。英制的马力(hp)定义为：一匹马于一分钟内将200磅(lb)重的物体拉动165英尺(ft)，相乘之后等于33，000lb-ft/min；而公制的马力（PS）定义则为一匹马于一分钟内将75kg的物体拉动60米，相乘之后等于4500kg.g.m/min。经过单位换算，(1lb=0.454kg；1ft=0.3048m)竟然发现1hp=4566kgm/min，与公制的1PS=4500kg.g.m/min有些许差异，而如果以瓦作单位（1W=1Nm/sec=1/9.8kg.g.m/sec）来换算的话，可得1hp=746W；1ps=735W，两项不一样的结果，相差1.5%左右。

德国的DIN与欧洲共同体的新标準EEC与日本的JIS是以公制的PS为马力单位，而SAE使用的是英制的hp为单位，但由于世界一体化经济的来临和为了避免複杂换算，越来越多的原厂数据已改提供毫无争议的国际标準单位千瓦kW作为引擎输出的功率数值。

电功率的计算公式，用电压乘以电流，这个公式是电功率的定义式，永远正确，适用于任何情况。

对于纯电阻电路，如电阻丝、灯泡等，可以用“电流的平方乘以电阻”“电压的平方除以电阻”的公式计算，这是由欧姆定律推导出来的。

但对于非纯电阻电路，如电动机等，只能用“电压乘以电流”这一公式，因为对于电动机等，欧姆定律并不适用，也就是说，电压和电流不成正比。这是因为电动机在运转时会产生“反电动势”。

例如，外电压为8伏，电阻为2欧，反电动势为6伏，此时的电流是（8－6）/2=1（安），而不是4安。因此功率是8×1=8（瓦）。

另外说一句焦耳定律，就是电阻发热的那个公式，发热功率为“电流平方乘以电阻”，这也是永远正确的。

还拿上面的例子来说，电动机发热的功率是1×1×2=2（瓦），也就是说，电动机的总功率为8瓦，发热功率为2瓦，剩下的6瓦用于做机械功了。此电动机的效率就是有用的6瓦除以总功率8瓦得百分之75的效率。

匀功率运动指功率P不变的运动

基本关係（无阻力）：

则：

s^3=（16pt^3）/（27m）

v^2=（2Pt）/m

a^2=P/（2mt）

由于自然情况下大多数机械或生物的功率是大致不变的，匀功率运动有它的实际意义。

度量物质运动的一种物理量。相应于不同形式的运动，能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等。亦简称能。

能量这个词是T.杨 1801 年在伦敦国王学院讲自然哲学时引入的，他针对当时把质量与速度二次方之积称为活力或上升力的观点，提出用能量这个词表示上述乘积是妥当的，并和物体所作的功相联繫。但并未引起重视，人们仍认为不同的运动中蕴藏着不同的力。直到能量守恆定律被确认后 ，才认识能量概念的重要意义。

能量是物质运动的量化转换，简称“能”。 世界万物是不断运动着的，在物质的一切属性中，运动是最基本的属性，其他属性都是运动属性的具体表现。例如：空间属性是物质运动的广延性体现；时间属性是物质运动的持续性体现；引力属性是物质在运动过程由于质量分布不均所引起的相互作用的体现；电磁属性是带电粒子在运动和变化过程中的外部表现；等等。物质的运动形式是多种多样的，对于每一个具体的物质运动形式存在相应的能量形式，例如：与巨观物体的机械运动对应的能量形式是动能；与分子运动对应的能量形式是热能；与原子运动对应的能量形式是化学能；与带电粒子的定向运动对应的能量形式是电能；与光子运动对应的能量形式是光能除了这些，还有风能潮汐能等当运动形式相同时，两个物体的运动特性可以採用某些物理量或化学量来描述和比较。例如，两个作机械运动的物体可以用速度、加速度、动量等物理量来描述和比较；两股作定向运动的电流可以用电流强度、电压、功率等物理量来描述和比较。但是，当运动形式不相同时，两个物质的运动特性唯一可以相互描述和比较的物理量就是能量，即能量特性是一切运动着的物质的共同特性，能量尺度是衡量一切运动形式的通用尺度。因此，可以对能量做出全新的哲学定义。

在物理学中，能量（古希腊语中 νργεια energeia 意指“活动、操作”[1]）是一个间接观察到的物理量。它往往被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。由于功被定义为力作用一段距离，因此能量总是等同于沿着一定的长度阻挡大自然基本力量的能力。

一个物体所含的总能量奠基于其质量，能量如同质量一般不会无中生有或无原因的消失。能量就像质量一样，是一个标量。在国际单位制（SI）中，能量的单位是焦耳，但是在有些领域中会习惯使用其他单位如千瓦·时和千卡，这些也是功的单位。

A系统可以藉由简单的物质转移将能量传输到B系统（因为物质的质量同等于能量）。然而，如果能量不是藉由物质转移而传输能量，而是由其他方法转移能量，这会使B系统产生变化，因为A系统对B系统作了功。这功表现的效果如同于一个力以一定的距离作用在接收能量的系统里。举例来说，A系统可以藉由转移（辐射）电磁能量到B系统，而这会在吸收辐射能量的粒子上产生力。同样的，一个系统可能藉由碰撞转移能量，而这种情况下被碰撞的物体会在一段距离内受力并获得运动的能量，称为动能。热能的转移则可以藉由以上两个方法：热可以藉由辐射能转移，或者直接藉由系统间粒子的碰撞而转移动能。

能量可以不用表现为物质、动能或是电磁能的方式而储存在一个系统中。当粒子在与其有相互作用的一个场中移动一段距离（需藉由一个外力来移动），此粒子移动到这个场的新的位置所需的能量便如此的被储存了。当然粒子必须藉由外力才能保持在新位置上，否则其所处在的场会藉由推或者是拉的方式让粒子回到原来的状态。这种藉由粒子在力场中改变位置而储存的能量就称为位能。一个简单的例子就是在重力场中往上提升一个物体到某一高度所需要做的功就是位能。

任何形式的能量可以转换成另一种形式。举例来说，当物体在力场中自由移动到不同的位置时，位能可以转化成动能。当能量是属于非热能的形式时，它转化成其他种类的能量的效率可以很高甚至是完美的转换，包括电力或者新的物质粒子的产生。然而如果是热能的话，则在转换成另一种型态时，就如同热力学第二定律所描述的，总会有转换效率的限制。

在所有能量转换的过程中，总能量保持不变，原因在于总系统的能量是在各系统间做能量的转移，当从某个系统间损失能量，必定会有另一个系统得到这损失的能量，导致失去和获得达成平衡，所以总能量不改变。

小结

习题

第2章 电路元件

实例套用：用电安全（一）

2.1 电压源和电流源

2.2 电阻（欧姆定律）

2.3 电路模型结构

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线而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连线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。

2.4 基尔霍夫定律

基尔霍夫定律Kirchhoff laws是电路中电压和电流所遵循的基本规律，是分析和计算较为複杂电路的基础，1845年由德国物理学家G.R.基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流电路的分析，也可以用于交流电路的分析，还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。运用基尔霍夫定律进行电路分析时，仅与电路的连线方式有关，而与构成该电路的元器件具有什幺样的性质无关。基尔霍夫定律包括电流定律（KCL)和电压定律(KVL)，前者套用于电路中的节点而后者套用于电路中的迴路。