前言

电路仿真软件tina pro中的标示符号

第1章　电路的基本概念和基本定律

1.1电路和电路模型

电路diànlù，electric circuit 专指：由金属导线和电气以及电子部件组成的导电回路，称其为电路。直流电通过的电路称为“直流电路”;交流电通过的电路称为“交流电路”。

电路是电流所流经的路径。

电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络。负电荷可以在其中流动。

电路规模的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。

根据所处理信号的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。

电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电气设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。

1.2电流、电压及其参考方向

电流流过的回路叫做电路，又称导电回路。最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。电路导通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通叫做短路，这种情况是决不允许的。另有一种短路是指某个元件的两端直接接通，此时电流从直接接通处流经而不会经过该元件，这种情况叫做该元件短路。开路（或断路）是允许的，而第一种短路决不允许，因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏。

1.3电功率

物理学名词，电流在单位时间内做的功叫做电功率。是用来表示消耗电能的快慢的物理量，用P表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦，符号是W。功率单位　电功率(简称功率)所表示的物理意义是电路元件或设备在单位时间内吸收或发出的电能。两端电压为U、通过电流为I的任意二端元件(可推广到一般二端网络)的功率大小为P = UI功率的国际单位制单位为瓦特(W)，常用的单位还有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它们与W的换算关系是：1W= 1000 mW；1kw=1000W

吸收或发出：一个电路最终的目的是电源将一定的电功率传送给负载，负载将电能转换成工作所需要的一定形式的能量。即电路中存在发出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。习惯上，通常把耗能元件吸收的功率写成正数，把供能元件发出的功率写成负数，而储能元件(如理想电容、电感元件)既不吸收功率也不发出功率，即其功率P = 0。通常所说的功率P又叫做有功功率或平均功率。

1.4电阻元件与欧姆定律

在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R。欧姆定律由乔治·西蒙·欧姆提出，为了纪念他对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号Ω表示。

由欧姆定律I=U/R的推导式R=U/I或U=IR不能说导体的电阻与其两端的电压成正比，与通过其的电流成反比，因为导体的电阻是它本身的一种属性，取决于导体的长度、横截面积、材料和温度、湿度（初二阶段不涉及湿度），即使它两端没有电压，没有电流通过，它的阻值也是一个定值。（这个定值在一般情况下，可以看做是不变的，但是对于光敏电阻和热敏电阻来说，电阻值是不定的。对于有些导体来讲，在很低的温度时存在超导的现象，这些都会影响电阻的阻值。）

导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。（表达式：I=U:R)

1.5独立电源

1.6受控源

受控源又称为非独立源。一般来说，一条支路的电压或电流受本支路以外的其它因素控制时统称为受控源。受控源由两条支路组成，其第一条支路是控制支路，呈开路或短路状态；第二条支路是受控支路，它是一个电压源或电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。受控源可以分成四种类型。

电压或电流受电路中其它部分的电压或电流控制的电压源或电流源，称为受控源。

受控源是一种四端元件，它含有两条支路，一条是控制支路，另一条是受控支路。受控支路为一个电压源或为一个电流源，它的输出电压或输出电流（称为受控量），受另外一条支路的电压或电流（称为控制量）的控制，该电压源，电流源分别称为受控电压源和受控电流源，统称为受控源。

1.7基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是德国物理学家基尔霍夫提出的。基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一。它概括了电路中电流和电压分别遵循的基本规律。它包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。

练习题1

模拟自测题1

模拟自测题1答案

第2章　电路的等效变换

2.1单口网络等效变换的概念

2.2电阻串、并联电路的等效电路

电阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然

2.3电压源串联和电流源并联的等效变换

2.4实际电源的两种模型之间的等效变换

练习题2

模拟自测题2

模拟自测题2(部分)答案

第3章　电路的一般分析方法和基本定理

3.1节点分析法

节点分析法（node-analysis method）的基本指导思想是用未知的节点电压代替未知的支路电压来建立电路方程，以减少联立方程的元数。节点电压是指独立节点对非独立节点的电压。应用基尔霍夫电流定律建立节点电流方程，然后用节点电压去表示支路电流，最后求解节点电压的方法叫节点分析法。

1、选定参考节点（节点③）和各支路电流的参考方向，

并对独立节点（节点①和节点②）分别应用基尔霍夫电流定律列出电流方程。

2、根据基尔霍夫电压定律和欧姆定律，建立用节点电压和已知的支路电阻来表

示支路电流的支路方程。

3、将支路方程和节点方程相结合，消去节点方程中的支路电流变量，代之以节点电压变量，经移项整理后，获得以两节点电压为变量的节点方程。

3.2网孔分析法

3.3叠加定理

叠加定理陈述为：由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。

在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和（叠加）。

线性电路的这种叠加性称为叠加定理。

也就是说，只要电路存在惟一解，线性电阻电路中的任一结点电压、支路电压或支路电流均可表示为以下形式：

y=H1us1 H2us2 …Hmusm K1is1 K2is2 … Knisn

式中uSk(k=1,2,…,m)表示电路中独立电压源的电压；

iSk(k=1,2,…,n)表示电路中独立电流源的电流。

Hk(k=1,2,…,m)和Kk(k=1,2,…,n)是常量，它们取决于电路的参数和输出变量的选择，而与独立电源无关

3.4戴维南定理

戴维南定理（Thevenin's theorem）：含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。

戴维南定理（又译为戴维宁定理）又称等效电压源定律，是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。其内容是：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。

对于含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络（二端网络），都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络（二端网络）来等效，这个电压源的电压，就是此单口网络（二端网络）的开路电压，这个串联电阻就是从此单口网络（二端网络）两端看进去，当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。

uoc 称为开路电压。Ro称为戴维南等效电阻。在电子电路中，当单口网络视为电源时，常称此电阻为输出电阻，常用Ro表示；当单口网络视为负载时，则称之为输入电阻，并常用Ri表示。电压源uoc和电阻Ro的串联单口网络，常称为戴维南等效电路。

当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时，其端口电压电流关系方程可表为：U=R0i uoc

3.5最大功率传输定理

练习题3

模拟白测题3

模拟自测题3(部分)答案

第4章　正弦稳态电路分析

4.1正弦电压和电流

4.2正弦量的相量表示法

4.3基尔霍夫定律的相量形式

4.4正弦稳态电路的相量模型

4.5电路的一般分析方法在正弦电路中的应用

4.6正弦稳态电路的功率和能量

4.7磁场与变压器

4.8三相交流电路

练习题4

模拟自测题4

模拟自测题4答案

第5章　正弦稳态电路的频率响应及谐振

5.1网络函数及频率响应

5.2rc电路的频率响应、高通及低通电路

5.3rlc串联电路的频率响应及谐振

练习题5

模拟自测题5

模拟自测题5答案

第6章　非正弦交流电路

6.1周期函数的傅里叶级数

6.2非正弦交流电路的计算

6.3谐波电压及电流条件下有功功率的计算

6.4指数形式的傅里叶级数

6.5傅里叶变换

练习题6

模拟自测题6

模拟自测题6答案

第7章　动态电路的过渡过程分析

7.1rc电路过渡过程产生的原因

7.2一阶电路过渡过程分析的三要素法

7.3电路的稳态、暂态响应及零输入、零状态响应

7.4rlc串联电路的过渡过程

7.5rlc串联电路的零输入响应

练习题7

模拟自测题7

模拟白测题7答案

第8章　虚拟仿真实验

实验1电路元器件的伏安特性

实验2电路定理仿真实验

实验3电压源与电流源的等效变换

实验4电阻式温度计的设计与实现

实验5正弦交流电路

实验6正弦交流电路功率及功率因数的测量

实验7三相正弦交流电路

实验8负阻抗变换器的设计

实验9谐振电路的仿真

实验10一阶电路动态响应分析

实验11二阶电路动态响应分析

参考文献

本书从高等职业教育的实际需求出发，内容编排力求突出工程应用，首次引入具有中文界面的电路仿真软件(tina pro)辅助教学，将理论教学、技能训练与虚拟仿真分析融为一体，体现“学以致用”的教学宗旨。本书主要内容包括：电路的基本概念和基本定律、电路的等效变换、电路的一般分析方法和基本定理、正弦稳态电路分析、正弦稳态电路的频率响应及谐振、非正弦交流电路、动态电路的过渡过程分析，以及11个虚拟仿真实验等。相关理论知识的内容，大部分章节都配有例题、电路仿真范例和“思考与练习”，每章末都配有对应的练习题和模拟自测题及其答案。

本书具有较强的可读性和趣味性。可作为高职院校电子类、机电类、计算机类、自动化类专业的教材，可用于社会上相关领域的培训教材。同时亦可供工程技术人员以及业余爱好者自学参考。

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早在2001年城域以太网论坛MEF就开始了有关运营商级（Carrier-grade）以太网架构的研究，并达成了共识。随着以太网业务的不断发展，以太网正在向城域网甚至广域网迈进。另外由于E1/T1以及SDH/SONET等专线业务现在很普遍，为了使以太网也能够提供这些基于电路交换的业务，以太网论坛在2002年开始定义在城域以太网上提供电路仿真业务的需求。电路仿真(Circuit Emulation service：CES)也就是传送同步电路如E1/T1通过异步网络，最初发展是用于在ATM上仿真E1/T1, 现在可以将CES扩展到IP/Ethernet。这里为了方便，将以太网电路仿真技术统称为TDMoE，即：TDM over Ethernet。