電路基礎與應用
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《電路基礎與應用》參照教育部最新頒發的《中等職業學校電子、電工教學大綱》、國家勞動和社會保障部及信息產業部共同頒布的《電子行業特有工種國家職業標準（電子設備裝接工）》、勞動和社會保障部頒布的《職業技能鑑定規範（維修電工考核大綱）》，以及初級、中級工人技術等級標準編寫而成。全書分5個項目，17個任務，完成《電路基礎與應用》的學習後可以進行電子初、中級工和電工初、中級工的考核。每個項目後備有一定的習題，用於對理論教學的補充和研習。 《電路基礎與應用》介紹了電工電路和電子的基本知識和技能，突出以任務為引領、能力為本位、實踐為主線、學生為主體的理念和實施過程。《電路基礎與應用》可以作為中等職業教育機電、電子、電工及數控專業類學生的理論與實踐一體化教材，也可供技術工人參加職業培訓、技能鑑定使用。
目錄
圖書信息
內容簡介
電路的基本概念及其基本定律、電路的基本分析方法、單相交流電路、三相交流電路、電路的暫態過程、非正弦周期電流電路、互感耦合電路、磁路與鐵心線圈電路以及安全用電。每章都有要點和難點提示，章後有精選實訓和習題，書末附有習題答案。
《電路基礎與應用》概念清晰、重點突出、通俗易懂、內容精簡。《電路基礎與應用》可作為高職高專院校的通信工程、電子信息、應用電子、電氣控制以及機電、計算機應用等專業的教材，也可作為職工大學、函授大學相關專業學生的教材，還可供相關工程技術人員參考。
圖書目錄
前言
第1章 電路的基本概念及其基本定律
1.1 電路及其組成
電流流過的迴路叫做電路，又稱導電迴路。最簡單的電路，是由電源、負載、導線、開關等元器件組成。電路導通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過。電路某一處斷開叫做斷路或者開路。如果電路中電源正負極間沒有負載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的。另有一種短路是指某個元件的兩端直接接通，此時電流從直接接通處流經而不會經過該元件，這種情況叫做該元件短路。開路（或斷路）是允許的，而第一種短路決不允許，因為電源的短路會導致電源、用電器、電流表被燒壞。
電路（英語：Electrical circuit）或稱電子迴路，是由電器設備和元器件, 按一定方式連接起來，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣迴路，簡稱網絡或迴路。如電源、電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管、IC和電鍵等，構成的網絡、硬件。負電荷可以在其中流動。
1.1.1 電路及其組成
電路由電源、負載、連接導線和輔助設備四大部分組成。實際應用的電路都比較複雜，因此，為了便於分析電路的實質，通常用符號表示組成電路實際原件及其連接線，即畫成所謂電路圖。其中導線和輔助設備合稱為中間環節。
電源
電源是提供電能的設備。電源的功能是把非電能轉變成電能。例如，電池是把化學能轉變成電能；發電機是把機械能轉變成電能。由於非電能的種類很多，轉變成電能的方式也很多，所以，目前實用的電源類型也很多，最常用的電源是固態電池、蓄電池和發電機等。電源分為電壓源與電流源兩種，只允許同等大小的電壓源並聯，同樣也只允許同等大小的電流源串聯，電壓源不能短路，電流源不能斷路。
負載
在電路中使用電能的各種設備統稱為負載。負載的功能是把電能轉變為其他形式能。例如，電爐把電能轉變為內能；電動機把電能轉變為機械能，等等。通常使用的照明器具、家用電器、機床等都可稱為負載。
導線
連接導線用來把電源、負載和其他輔助設備連接成一個閉合迴路，起着傳輸電能的作用。
輔助設備 輔助設備是用來實現對電路的控制、分配、保護及測量等作用的。輔助設備包括各種開關、熔斷器、電流表、電壓表及測量儀表等。
1.1.2 電路的功能
1.2 電路的基本物理量和參考方向
1.2.1 電路的基本物理量和參考方向
1.2.2 元件的伏安關係
1.3 電氣設備的額定值及電路的工作狀態
1.3.1 電氣設備的額定值
1.3.2 電路的3種工作狀態
1.4 電路的基本定律
1.4.1 歐姆定律
在同一電路中，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻阻值成反比，這就是歐姆定律，基本公式是I=U/R。歐姆定律由喬治·西蒙·歐姆提出，為了紀念他對電磁學的貢獻，物理學界將電阻的單位命名為歐姆，以符號Ω表示。
由歐姆定律I=U/R的推導式R=U/I或U=IR不能說導體的電阻與其兩端的電壓成正比，與通過其的電流成反比，因為導體的電阻是它本身的一種屬性，取決於導體的長度、橫截面積、材料和溫度、濕度（初二階段不涉及濕度），即使它兩端沒有電壓，沒有電流通過，它的阻值也是一個定值。（這個定值在一般情況下，可以看做是不變的，但是對於光敏電阻和熱敏電阻來說，電阻值是不定的。對於有些導體來講，在很低的溫度時存在超導的現象，這些都會影響電阻的阻值。）
導體中的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比。（表達式：I=U:R)
1.4.2 基爾霍夫定律
基爾霍夫定律是德國物理學家基爾霍夫提出的。基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一。它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規律。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。基爾霍夫定律Kirchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規律，是分析和計算較為複雜電路的基礎，1845年由德國物理學家G.R.基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用於直流電路的分析，也可以用於交流電路的分析，還可以用於含有電子元件的非線性電路的分析。運用基爾霍夫定律進行電路分析時，僅與電路的連接方式有關，而與構成該電路的元器件具有什麼樣的性質無關。基爾霍夫定律包括電流定律（KCL)和電壓定律(KVL)，前者應用於電路中的節點而後者應用於電路中的迴路。
1.5 電路中電位的計算
1.6 電源
1.6.1 獨立源
1.6.2 實際電源模型及等效變換
1.6.3 受控電壓源和電流源
1.7 實訓一電路中電位的測量和基爾霍夫定律的驗證
1.7.1 電路中電位的測量
1.7.2 基爾霍夫定律的驗證
習題一
第2章 電路的基本分析方法
2.1 電阻電路的等效
2.1.1 等效及等效化簡
2.1.2 星形和三角形電阻網絡的等效變換
2.2 支路電流法
支路電流法是在計算複雜電路的各種方法中的一種最基本的方法。它通過應用基爾霍夫電流定律和電壓定律分別對結點和迴路列出所需要的方程組，而後解出各未知支路電流。
它是計算複雜電路的方法中,最直接最直觀的方法.前提是,選擇好電流的參考方向.
以支路電流為求解對象的電路計算方法。用此法計算一個具個節點和條支路的電路時，因待求的支路電流數為，故需列出個含支路電流的獨立方程。根據電路內的支路電流在節點上必須服從基爾霍夫電流定律(KCL)的約束,支路電壓沿迴路必須服從基爾霍夫電壓定律(KVL)的約束（見基爾霍夫定律）,而支路電流和支路電壓在每條支路上又必須滿足該支路的特性方程（即支路的電壓-電流關係，VCR）,可以導出這個方程。首先，對除參考節點外的所有節點,利用KCL寫方程,可得(-1)個只含支路電流的獨立方程；對所選定的基本迴路，利用KVL寫方程，可得（-+1）個只含支路電壓的獨立方程。再根據各支路的連接形式和所含元件的類型寫出個既含支路電流又含支路電壓的支路方程。最後利用支路方程消去(-+1)個方程中的支路電壓,便得到總數為(-1)+(-+1)=個只含支路電流的方程。有了這些方程，就可用適當的數字方法求解。
2.3 結點電壓法
2.4 疊加定理
疊加定理陳述為：由全部獨立電源在線性電阻電路中產生的任一電壓或電流，等於每一個獨立電源單獨作用所產生的相應電壓或電流的代數和。
在線性電路中，任一支路的電流（或電壓）可以看成是電路中每一個獨立電源單獨作用於電路時，在該支路產生的電流（或電壓）的代數和（疊加）。
線性電路的這種疊加性稱為疊加定理。
也就是說，只要電路存在惟一解，線性電阻電路中的任一結點電壓、支路電壓或支路電流均可表示為以下形式：
y=H1us1+H2us2+…Hmusm+K1is1+K2is2+…+Knisn
式中uSk(k=1,2,…,m)表示電路中獨立電壓源的電壓；
iSk(k=1,2,…,n)表示電路中獨立電流源的電流。
Hk(k=1,2,…,m)和Kk(k=1,2,…,n)是常量，它們取決於電路的參數和輸出變量的選擇，而與獨立電源無關
疊加定理本質是基爾霍夫定律的應用，可以由基爾霍夫定律推導出來。
設電路中有n個未知電流，有m個節點，則可以列出m-1個電流方程，矩陣表示為：
AI=i...................(1)
其中,A為(m-1)*n矩陣，n維矢量I表示未知電流，m-1維矢量i表示理想電流源的電流，其分量為i1，i2,...,im-1.
可以列出n-m+1個迴路方程，矩陣表示為:
BI=E....................(2)
其中B為(n-m+1)*n維矩陣,(n-m+1)維矢量E表示理想電壓源的電動勢,分量為Em,Em+1,...En.
記當j=m時,記Yj=(0,0,...,Ej,0,...,0)其中ij是Yj第j個分量.
方程(1),(2)可以寫成一個方程組:CI=Y............(3)
其中,n*n矩陣C由A和B生成,Y=Y1+Y2+...+Yn.
記方程
CI=Yj.....................(4)
的解為Ii
由線性代數知識容易證明，方程(3)的解
I=I1+I2+...+In
而方程(4)的解Ii正是電源i單獨作用時的狀態,這就由基爾霍夫定律證明了疊加定理.
2.5 等效電源定理
等效電源定理包括電壓源等效（戴維南定理），和電流源等效（諾頓定理）兩個定理。其中，電壓源等效定理在電路故障診斷中應用較多，其內容是：任何一個線性的有源二端網絡對外電路而言，可以用一個電壓源來等效代替。其中：等效電壓源的電動勢E（或源電壓Vo）的數值，等於該有源二端網絡的「開路電壓」；等效電壓源的內阻Ro等於該有源二端網絡「除源」後的等效電阻值。
等效電源定理
所謂的「開路電壓」是指：將負載RL從電路上斷開後，a、b間的電壓；
所謂「除源」是指：假設將有源二端網絡中的電源去除（衡壓源短路、衡流源開路）。
1． 等效電源的概念
在電路分析計算中，往往只研究一個支路的電壓、電流及功率。對所研究的支路而言，電路的其餘部分便成為--個有源二端網絡。為了計算所研究支路的電壓、電流及功率，可以把有源二端網絡等效為一個電源，即等效電源。
等效電源分為等效電壓源和等效電流源。用電壓源來等效代替有源二端網絡的分析方法稱戴維南(代文寧)定理；用電流源來等效代替有源二端網絡的分析方法稱諾頓定理。
2． 戴維南定理（等效電壓源定理）
戴維南定理：任何一個線性含源二端網絡N，就其兩個端鈕a、b來看，總可以用一個電壓源--串聯電阻支路來代替。電壓源的電壓等於該網絡N的開路電壓U0，其串聯電阻R0等於該網絡中所有獨立源為零值時（恆壓源短路，恆流源開路）所得網絡N0得等效電阻Rab。
由U0和R0串聯而成的等效電壓源稱為戴維南等效電路，其中的串聯電阻，在電子電路中常稱為"輸出電阻"，故用R0表示。
應用戴維南定理求解某一支路電流的步驟如下：
① 將電路分為待求支路和有源二端網絡。
② 計算有源二端網絡的開路電壓Uo。
③ 將有源二端網絡內獨立源零值處理(電壓源短路，電流源開路)，而保留其內阻，求等效電源的內阻R0 (即兩開路端的等效電阻)。
④ 求出待求支路的電流
應用戴維南定理必須注意：
① 戴維南定理只對外電路等效，對內電路不等效。也就是說，不可應用該定理求出等效電源電動勢和內阻之後，又返回來求原電路(即有源二端網絡內部電路)的電流和功率。
② 應用戴維南定理進行分析和計算時，如果待求支路後的有源二端網絡仍為複雜電路，可再次運用戴維南定理，直至成為簡單電路。
③ 戴維南定理只適用於線性的有源二端網絡。如果有源二端網絡中含有非線性元件時，則不能應用戴維南定理求解。
3．等效電流源定理--諾頓定理
諾頓定理：任何一個線性有源二端網絡，對其負載來說，都可等效為一個恆流源Is和電阻Rs並聯的電路來等效代替。Is等於有源二端網絡的短路電流，並聯電阻Rs為該網絡中所有的獨立源置零時，以二端鈕處看該網絡的等效電阻。
2.5.1 戴維寧定理
2.5.2 諾頓定理
2.6 最大功率傳輸定理
2.7 實訓二戴維寧定理的驗證
習題二
第3章 單相交流電路
3.1 正弦交流電的基本概念
3.1.1 正弦量的三要素
3.1.2 複數的相關知識
3.1.3 正弦量的相量表示法
3.2 單一元件的交流電路
3.2.1 電阻元件的交流電路
3.2.2 電感元件的交流電路
3.2.3 電容元件的交流電路
3.3 簡單正弦交流電路的分析
3.3.1 RLC串聯交流電路和串聯諧振
3.3.2 RLC並聯交流電路和並聯諧振
3.3.3 功率因數及其提高的方法
3.4 實訓三日光燈電路的聯接及功率因數的提高
習題三
第4章 三相交流電路
4.1 三相正弦交流電源
4.1.1 三相正弦交流電動勢的產生
4.1.2 三相電源的聯接
4.2 三相電路的計算
4.2.1 負載星形聯接三相電路的計算
4.2.2 負載三角形聯接三相電路的計算
4.3 三相電路的功率
4.4 實訓四三相電路及其仿真研究
4.4.1 三相電路的研究
4.4.2 三相電路的仿真研究
……
第5章 電路的暫態過程
第6章 非正弦周期電流電路
第7章 磁路與鐵心線圈電路
第8章 安全用電
推薦
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序言
世界職業教育發展的經驗和我國職業教育發展的歷程都表明，職業教育是提高國家核心競爭力的要素。職業教育這一重要作用和地位，主要體現在兩個方面。其一，職業教育承載着滿足社會需求的重任，是培養為社會直接創造價值的高素質勞動者和專門人才的教育。職業教育既是經濟發展的需要，又是促進就業的需要。其二，職業教育還承載着滿足個性需求的重任，是促進以形象思維為主的具有另類智力特點的青少年成才的教育。職業教育既是保證教育公平的需要，又是教育協調發展的需要。
這意味着，職業教育不僅有着自己的特定目標——滿足社會經濟發展的人才需求以及與之相關的就業需求，而且有着自己的特殊規律——促進不同智力群體的個性發展以及與之相關的智力開發。
長期以來，由於我們對職業教育作為一種類型教育的規律缺乏深刻的認識，加之學校職業教育又占據絕對主體地位，因此職業教育與經濟、與企業聯繫不緊，導致職業教育的辦學未能衝破「供給驅動」的束縛；由於與職業實踐結合不緊密。[1]
參考文獻
- ↑ 第一章電路與電路應用基礎豆丁網，2018-06-05