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出版者:Wiley

作者:David E. Johnson

出品人:

页数:762

译者:

出版时间:2006-09-05

价格:$ 235.61

装帧:Paperback

isbn号码:9780470117255

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《电路基础：原理与应用》 本书旨在为读者提供坚实的电力电子电路分析基础，深入浅出地剖析电路的构成、工作原理及其在实际应用中的体现。全书内容编排严谨，逻辑清晰，从最基本的概念入手，逐步引导读者掌握复杂的电路分析方法。 第一章 电路基本概念与元件 本章是进入电路分析世界的基石。我们将首先介绍电荷、电流、电压、电阻等核心物理量，并阐明它们之间的关系，例如欧姆定律。接着，我们将详细讲解电路中最基础的无源元件：电阻、电容和电感。对于每一种元件，我们不仅会介绍其物理本质和理想模型，还会探讨其在电路中的作用，如电阻用于限流和分压，电容用于储能和滤波，电感用于储能和阻碍电流变化。此外，本章还将引入功率和能量的概念，以及它们在电路中的计算和守恒定律。最后，我们会简要介绍电路的几种基本连接方式，如串联和并联，并分析其特性。 第二章 直流电路分析 在理解了基本元件后，本章将聚焦于最常见的直流电路。我们将系统性地介绍几种强大的电路分析方法，包括基尔霍夫电压定律（KVL）和基尔霍夫电流定律（KCL），并演示如何利用它们建立方程组来求解电路中的未知量。在此基础上，我们将深入讲解节点电压法和网孔电流法，这两种方法能更高效地简化电路分析过程。本书还会介绍等效电阻的概念，包括串联和并联电阻的合并，以及更复杂的Y-Δ（星-三角）变换，为简化复杂网络提供工具。另外，我们将探讨电源的等效变换，如戴维宁定理和诺顿定理，它们可以将复杂的线性电路等效为一个简单的电压源或电流源与一个电阻的组合，极大地简化了对电路特定部分的分析。最后，本章会讨论实际电源模型，如具有内阻的电压源和电流源，并分析它们对电路行为的影响。 第三章 交流电路基础 随着现代电子设备广泛采用交流电，本章将为您揭示交流电的奥秘。我们将从正弦波的产生和描述开始，介绍频率、周期、幅值、相位等关键参数。然后，我们将引入相量（Phasor）的概念，这是一种强大的数学工具，能够将时域的正弦信号转换为频域的复数表示，极大地简化了交流电路的分析。本章将详细阐述电容和电感在交流电路中的阻抗（Impedance）概念，并与电阻的阻抗（电阻）进行区分和比较。我们将学习如何计算包含电阻、电容、电感的交流电路的电压、电流和功率，包括有功功率、无功功率和视在功率，并理解功率因数的概念及其重要性。此外，我们还将探讨RLC串联和并联谐振电路，分析谐振现象及其在通信和滤波等领域的应用。 第四章 动态电路分析 许多实际电路都包含储能元件，其响应会随时间变化，这类电路被称为动态电路。本章将重点分析包含电容和电感的电路在直流和交流激励下的瞬态响应和稳态响应。我们将引入微分方程的概念，并学习如何求解一阶和二阶动态电路的微分方程，以获得电压和电流随时间变化的精确表达式。对于一阶电路（如RC和RL电路），我们将分析其阶跃响应和冲激响应，理解时间常数（Time Constant）在决定响应速度中的作用。对于二阶电路（如RLC电路），我们将探讨其过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种不同类型的响应，并分析阻尼系数和固有频率等参数对响应特性的影响。最后，我们将简要介绍拉普拉斯变换在动态电路分析中的应用，它提供了一种更统一和强大的方法来处理包含导数和积分的微分方程。 第五章 交流功率分析 在深入理解了交流电路之后，本章将进一步聚焦于交流功率的分析。我们不仅会回顾有功功率、无功功率和视在功率的概念，还会详细讲解如何计算这些功率，并探讨它们在电力系统中的意义。本章将重点分析三相交流电路，介绍三相电源和三相负载的连接方式（星形连接和三角形连接），以及它们在实际应用中的优势，如提供更稳定的功率输出和更高的传输效率。我们将学习如何计算三相电路的总功率、线电压、相电压、线电流和相电流，并探讨功率因数校正的原理和方法，理解提高功率因数对降低电力损耗和提高系统效率的重要性。 第六章 电路分析的进阶主题 为了进一步提升读者分析复杂电路的能力，本章将介绍一些更高级的分析技术和概念。我们将深入探讨线性电路的叠加定理（Superposition Theorem），它允许我们通过分析单个独立信号源作用下的响应，然后将这些响应叠加起来，来求解多个信号源同时作用下的电路响应。本章还将介绍频率响应的概念，分析电路元件和整体电路对不同频率信号的响应特性，以及如何通过频率响应图来理解滤波器的作用。最后，我们将触及非线性电路的一些基本概念，虽然非线性电路的分析更为复杂，但了解其基本特性对于理解现代电子器件的工作原理至关重要。 本书旨在培养读者独立分析和解决电路问题的能力，通过大量的实例和习题，帮助读者将理论知识转化为实践技能。无论您是电子工程专业的学生，还是对电路技术感兴趣的从业人员，相信本书都能为您提供有价值的指导和启发。

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坦白地说，我接触过好几本电路分析的书籍，但很少有哪本能像这本书一样，在保持数学严谨性的同时，还能如此有效地“人性化”复杂的电路理论。我特别留意了它在处理电路分析方法论时的叙事方式。例如，在比较网孔电流法和节点电压法时，作者并没有简单地列出两种方法的适用场景，而是从“自由度”和“基本回路数量”的角度进行了深入的剖析，甚至讨论了在存在受控源的情况下，哪种方法在建立方程组时更具优势，这需要对电路拓扑结构有非常深刻的理解。这种分析的深度，远非一般入门教材所能企及。再者，书中对“对偶性”的介绍，虽然篇幅不长，但其精炼的概括和清晰的映射关系图，让我终于理解了这个听起来高深莫测的概念是如何在不同电路类型间架起桥梁的。读完这部分，我感觉自己的电路分析思维层次一下子提升了，不再是单纯地套用公式，而是开始从更宏观的结构角度去审视电路的内在联系。这种从“解题”到“理解原理”的转变，是任何一本优秀的教材的核心价值所在，而这本书成功地做到了这一点。

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这本书的编排方式，给我留下了最为深刻的印象，那就是对“系统化”的执着追求。电路分析不仅仅是解决单个电路问题的集合，它是一个完整的分析体系。这本书成功地将这个体系构建起来了。从第一章的元件定义，到中间的直流、暂态、交流分析，再到末尾的频率响应和滤波器设计，所有的内容都不是孤立存在的。作者似乎有一个清晰的蓝图，确保每一个新引入的概念都是建立在前序知识的坚实地基之上的。例如，当他最终引入频率响应分析时，他会特意回顾在时域分析中遇到的对微分运算的处理，从而自然地引出传递函数和波德图的概念，这种“呼应”机制极大地增强了知识的连贯性。这种结构上的完整性，使得学习者在完成全书学习后，能够自信地面对复杂的、多方面耦合的电路问题，而不是只擅长处理单一类型的电路。书中的插图质量也值得称赞，它们清晰、准确，并且总能精确地标注出需要关注的变量和区域，避免了因图示不清而产生的理解偏差。总而言之，这是一部具有极高结构完整性和清晰度的参考书，它不仅教会了你“如何分析”，更教会了你“如何构建一个完整的分析框架”。

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这部书，老实说，我拿到它的时候心里是有点忐忑的。作为一名自学的电子爱好者，我对电路理论的理解一直停留在比较基础的层面，那些复杂的微积分和拉普拉斯变换总是让我望而却步。然而，这本书的封面设计和排版却给我一种出乎意料的亲切感。我立刻翻开了第一章，想看看它到底是怎么处理基础概念的。作者显然非常了解初学者的困境，他没有一上来就抛出那些吓人的公式，而是用非常直观的类比和生活中的例子来解释电压、电流和电阻这些基本要素。举个例子，讲解节点电压法时，他没有直接给出复杂的矩阵运算，而是像在和朋友聊天一样，一步步引导你思考电荷守恒的逻辑，那种感觉就像是有人在你旁边耐心陪伴，而不是一个冷冰冰的教科书在对你下达指令。尤其让我印象深刻的是，他对基尔霍夫定律的阐述，那种层层递进的逻辑推导，让我这个曾经对“KCL就是电流进出总和为零”感到模糊的人，突然茅塞顿开。这本书的章节划分也十分合理，知识点之间的过渡自然流畅，不会让你有突然“跳跃”的感觉。尽管内容深入，但整体的阅读体验却像在攀登一座设计精良的山路，每走一步都有清晰的指引，让你对下一步的风景充满期待，而不是在黑暗中摸索。这种对学习者体验的关注，是很多技术书籍所欠缺的。

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这本书的另一大亮点，在于它对“工程实践”的融入，这使得它远超一本纯粹的理论参考书的范畴。我尤其欣赏作者在引入交流稳态分析（AC steady-state analysis）时所采取的视角。很多教材只是简单地引入了相量（phasor）的概念，然后就开始计算阻抗，但这本书则花了大篇幅解释了相量背后的物理意义——它不仅仅是复数，它代表了旋转的矢量，代表了我们如何用一个静止的数学工具来描述周期性的动态过程。这让我对“虚部”和“实部”不再感到陌生和抽象。在实际应用方面，作者在讲解功率传输时，深入探讨了无功功率和视在功率的区别，并且通过一个详尽的例子，展示了如何通过调整功率因数来优化输电效率，这对于理解电力系统的主干概念至关重要。此外，书后附带的那些与MATLAB/Simulink结合的章节，虽然我只是粗略浏览，但那清晰的步骤和目标明确的脚本编写指南，无疑为希望将理论应用于仿真和设计工作的读者打开了一扇大门。这感觉就像是学完了一套精密的机械图纸后，立刻有人递给你一台可以运行这些图纸的数控机床，这种理论到实践的无缝对接，价值极高。

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我必须承认，我对这本书的评价，很大程度上建立在它处理“动态系统”的那几个章节上的。我们都知道，在传统的电路分析教材中，当你引入电容和电感时，整个世界的复杂度似乎瞬间提升了一个量级，从静态的代数问题瞬间跳跃到了需要求解微分方程的领域。这本书的厉害之处就在于，它并没有绕过这个核心难度，而是选择了一种非常巧妙的方式来“软化”它。作者首先用了一个非常巧妙的类比，将RL和RC电路的暂态响应比作一个容器的注水和排水过程，这极大地帮助我构建了直观的物理图像。更重要的是，在引入拉普拉斯变换时，它没有把它当作一个纯粹的数学工具来介绍，而是将其置于“将微分运算转化为代数运算”这一工程需求的大背景下进行阐述。当我看到它如何通过这个工具，将一个复杂的微分方程简化为一个可以轻松求解的有理函数时，那种“解脱感”是难以言喻的。书中的例题设计也极具匠心，它们不仅仅是数值的堆砌，每一个都似乎在考察你对某个特定时间常数行为的理解。直到最后，当我们处理二阶电路，即RLC串联和并联电路的阻尼响应时，我发现自己已经能够比较自如地在时域和s域之间切换思维了，这完全得益于前面扎实且循序渐进的铺垫。

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