Circuit Analysis I pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Orchard Publications

作者:Steven Karris

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2009

价格:618.00 元

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isbn号码:9781934404171

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跨越基础的殿堂：电子工程的基石与未来 《电路原理与系统设计导论》 书籍定位： 本书旨在为初入电子工程领域、电子科学与技术专业，乃至相关交叉学科（如自动化、计算机工程、信号处理等）的学生和工程师，构建一个坚实、深入且富有洞察力的电路理论基础。我们摒弃了对特定教科书内容的简单复述或重构，而是专注于揭示电路现象背后的物理本质、数学规律及其在现代工程实践中的应用逻辑。本书将引导读者从宏观的系统视角出发，逐步深入到微观的元件行为，最终实现对复杂电路系统的自主分析与设计能力。 核心内容模块与深度剖析： 第一部分：电路学的物理基石与数学语言（The Physical Foundation and Mathematical Language） 本部分将奠定读者对电路这一抽象概念的直观理解，并迅速过渡到描述这些现象所必需的严谨数学工具。 1. 电荷、场与势的统一视角： 我们不会止步于欧姆定律的简单陈述，而是深入探讨电荷在导体中的微观运动——漂移速度与弛豫时间。重点分析电场强度 ($mathbf{E}$) 和电势 ($Phi$) 在不同介质中的分布，特别是电位移矢量 ($mathbf{D}$) 在电容元件充放电过程中的物理意义。通过引入法拉第定律和安培环路定理的积分形式，为后续的动态电路分析（涉及电磁感应）打下坚实的场论基础。电导率与电阻率的统计物理学解释也将被引入，以理解材料特性对电路性能的影响。 2. 基尔霍夫定律的拓扑学意义： 基尔霍夫电压定律（KVL）和电流定律（KCL）不仅是节点和回路的约束，更是电路图拓扑结构在电学上的精确表达。本书将使用图论中的概念——割集（Cut Set）和圈集（Circuit Basis）——来形式化地推导KCL和KVL的独立方程组。这使得读者能够系统地处理任意复杂网络，无论其拓扑结构多么混乱，都能保证导出最小且独立的方程集。 3. 线性网络分析的代数艺术： 超越简单的串并联简化，本章将聚焦于两大核心求解技术。 节点电压法与网孔电流法（Nodal Analysis and Mesh Analysis）： 侧重于如何利用矩阵代数来构建和求解大型线性方程组。我们将讨论矩阵的稀疏性、条件数，以及数值稳定性在计算机求解中的重要性。 二端口网络（Two-Port Networks）： 系统地介绍Z参数、Y参数、H参数和传输（ABCD）参数。重点不在于记忆这些参数矩阵，而在于理解每种参数集所代表的工程意义——例如，Z参数在电源侧分析中的优势，以及ABCD参数在级联系统（如滤波器或放大器链）中的便捷性。通过参数转换的推导，揭示不同描述方式之间的内在联系。 第二部分：储能元件与暂态响应的动态世界（Energy Storage and Transient Dynamics） 本部分是电路分析从静态直流（DC）世界跃迁到动态时间（Time-Domain）世界的关键。 4. 电容与电感的本质解析： 深入剖析电容器的建立过程——介质极化现象，以及电感的本质——磁链的产生与变化率。我们将详细分析$v-i$ 关系中的“惯性”和“记忆”特性。对于非线性电感（如铁芯饱和），将引入磁滞回线，为理解电感元件在饱和状态下的行为提供物理依据。 5. 一阶与二阶系统的时域行为： 本书将严格基于微分方程的求解来定义系统的响应。 一阶系统（RC与RL）： 焦点在于时间常数 $ au$ 的物理含义，即系统恢复平衡所需的时间尺度。我们将通过输入为阶跃函数、脉冲函数和指数函数的例子，精确描绘系统的自然响应与受迫响应的叠加过程。 二阶系统（RLC）： 这是分析振荡行为的关键。我们将详细推导特征方程，并系统地分类讲解过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种情况。特别关注欠阻尼情况下的阻尼比 ($zeta$) 和自然频率 ($omega_n$) 对瞬态响应（如超调量、建立时间、振荡频率）的决定性影响。 第三部分：正弦稳态与频率域的转换（Sinusoidal Steady State and Frequency Domain Transformation） 将时间域的微分运算转化为代数运算，是电路分析中最强大的工具之一。 6. 相量法与复数阻抗的威力： 详细介绍如何使用欧拉公式将时域的正弦函数转化为频域的复数相量。重点解析“阻抗”（Impedance, $Z$）这一概念，它不仅是电阻、电容和电感的频域体现，更是描述元件对不同频率信号“反对抗”能力的统一量度。通过复数平面上的向量旋转和伸缩，直观理解相移的产生。 7. 交流稳态分析与功率计算： 在正弦激励下，系统进入稳态。我们将运用相量法求解交流电路，并引入功率的概念： 瞬时功率、平均功率与无功功率： 区分这些功率类型的物理含义。平均功率（有功功率）的计算将与功率因数 ($cos heta$) 紧密联系。 视在功率与功率三角形： 解释为什么工程上需要关注视在功率（复平面上的模），以及如何通过引入电容或电感（功率因数校正）来优化电网效率。 8. 频率响应与滤波器理论基础： 将电路视为一个“黑箱”，研究其输出与输入频率之间的关系。通过频率响应函数 $H(jomega)$，我们将分析系统在不同频率下的增益和相位特性。入门级的滤波器设计思想（如一阶RC低通/高通响应）将被引入，解释截止频率的物理意义，为后续的信号处理课程做铺垫。 第四部分：电路分析的进阶工具——拉普拉斯变换（Advanced Tool: The Laplace Transform） 拉普拉斯变换是连接时域与复频域（s-域）的桥梁，是现代控制理论和系统分析的基石。 9. s-域的构建与系统的固有特性： 本书将系统地介绍单边拉普拉斯变换的定义、基本对偶性以及常用函数的变换对。重点在于如何将包含初始条件的微分方程，转化为s域中的代数方程。 10. 传递函数与系统的稳定性判据： 传递函数 $G(s)$： 定义为零输入响应（系统本身特性）与零状态响应（输入驱动）的结合体。理解 $G(s)$ 的零点（影响瞬态响应的衰减率和振荡频率）和极点（决定系统的稳定性）。 稳定性分析： 介绍利用极点位置判断系统的稳定性（例如，所有极点必须位于s平面的左半平面）。这为后续的反馈控制系统设计提供了不可或缺的理论工具。 总结： 《电路原理与系统设计导论》不仅是一本关于如何“计算”电路的指南，更是一本关于如何“理解”电能如何流动、信息如何被处理的哲学入门书。我们通过严谨的数学推导，确保读者掌握从基础元件到复杂系统分析的完整思维链条，为他们未来在电力电子、集成电路、通信系统或控制工程等任何专业方向上的深造，铺设一条清晰而坚实的大道。本书的价值在于，它教会读者如何使用物理定律和数学语言，构建并验证对现实世界中电子现象的精确模型。

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这本《Circuit Analysis I》绝对是电子工程领域入门的瑰宝，我花了整整一个学期的时间跟随着这本书的步伐，可以说，它是我理解电路理论的基石。初次拿到这本书时，我被其清晰的结构和详尽的图解所吸引。它并没有一开始就堆砌那些令人望而生畏的复杂公式，而是循序渐进地从最基础的欧姆定律、基尔霍夫定律讲起，每一步都有清晰的案例支撑。特别是关于节点分析和网孔分析的部分，作者采用了非常直观的方式来解释抽象的概念，配合大量的例题和习题，让我能够真正将理论知识内化为解决实际问题的能力。我记得有一次，我在做一个实验课的预习时遇到了一个复杂的电路图，感觉无从下手，但翻阅书中的特定章节后，作者对串并联电路简化技巧的讲解，让我茅塞顿开，整个电路图瞬间变得清晰明了。此外，书中对元件特性的描述，比如电阻、电容、电感的物理意义和它们在不同电路中的行为，都描述得非常到位，使得我不仅停留在“会算”的层面，更理解了“为什么这么算”背后的物理原理。对于任何想在电气或电子领域打下坚实基础的学生来说，这本书的深度和广度都堪称完美的首选教材。

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如果让我从一个对排版和可读性有较高要求的读者的角度来评价这本书，我会说它的排版是极其考究的。这本书的纸张质量上乘，即便是频繁翻阅和在旁边做笔记，也不会有墨水晕开的困扰。最让我感到惊喜的是，书中的公式、变量和单位符号都使用了统一且易于区分的字体和样式，这在处理那些包含大量下标和希腊字母的复杂方程时，极大地降低了阅读疲劳和误判的风险。我经常发现一些教材在处理矩阵和向量时容易混淆，但这本书在引入矩阵运算来解大型线性电路时，对每一步的矩阵操作都做了详尽的文字说明，确保了即便是对线性代数掌握不太牢固的读者也能跟上思路。此外，书末的附录部分也十分实用，它不仅提供了所有章节习题的详细解答，还额外附赠了一个常用电路常数的速查表，这在期末复习周成了我不可或缺的参考资料。整体来看，这是一本在物理实体层面和逻辑呈现层面都无可挑剔的优秀教材。

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我必须坦诚，这本书的难度曲线对于完全没有电子背景的新手来说，可能稍显陡峭，但一旦你跟上节奏，它的回报是巨大的。我个人认为，这本书的真正价值在于它对“分析思维”的培养。它不仅仅是告诉你公式是什么，而是教你如何系统地分解一个未知电路。让我印象最深刻的是关于暂态分析那几章。当涉及到RL和RC电路的自然响应和阶跃响应时，初看导数和积分的结合让我有些头疼，但作者似乎预料到了这一点，他们设计了一套非常巧妙的“解题模板”，指导读者如何根据初始条件和最终状态来构建方程，而不是仅仅依赖死记硬背。我尤其欣赏书中对拉普拉斯变换在电路分析中应用的引入，虽然这超出了许多“初级”电路分析教材的范畴，但它为后续学习更高级的信号处理和控制理论课程铺设了一条平坦的道路。我曾与一些高年级的学长交流，他们都认同，这本书最大的优势在于其前瞻性，它让你在学完第一门电路课后，就已经具备了向更深领域探索的理论工具箱。

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我是一个倾向于通过解决问题来学习知识的人，所以一本好的教材必须提供足够具有挑战性和代表性的练习题。《Circuit Analysis I》在这方面表现得淋漓尽致。本书的习题设计非常有层次感，从每小节末尾那些用于巩固概念的简单计算题，到章节末尾那些需要综合运用多种分析技巧的综合大题，形成了一个完美的学习阶梯。我最欣赏的是，那些难度较高的“设计型”题目，它们往往不直接要求计算某个特定值，而是要求设计一个满足特定性能指标的电路，这迫使你跳出“套公式”的思维定势，去思考元件之间的相互制约关系。例如，有一道题要求设计一个电阻网络来分压，使得在特定负载变化下输出电压波动最小，这彻底锻炼了我的稳健性分析能力。而且，练习题目的覆盖面非常广，涵盖了直流、交流稳态分析中几乎所有可能的拓扑结构和激励源类型。可以说，只要能扎扎实实地做完本书中超过百分之八十的习题，你对“电路分析”这门学科的掌握程度，绝对能达到专业水平。

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翻开这本书的时候，我最关注的是其对实际工程应用的侧重程度。老实说，很多理论书籍读起来就像在啃干巴巴的教科书，但《Circuit Analysis I》在这方面做得相当出色。它巧妙地在理论章节之间穿插了“工程聚焦”的小栏目。比如，在讲解最大功率传输定理时，书中不仅给出了严格的数学证明，还配了一个关于无线充电技术（虽然原理基础）的应用实例，这极大地激发了我对知识与现实世界联系的兴趣。我记得我尝试用书中介绍的节点电压法去分析一个我自制的LED驱动电路时，发现计算结果与实际测量值非常接近，这种成就感是其他教材无法给予的。更难能可贵的是，书中的图示设计非常精良，几乎每一个电路图都清晰标注了所有的电压和电流参考方向，避免了初学者在方向定义上的常见错误。这种注重细节的处理，体现了编者对教学体验的深切关怀。它不是一本纯粹的数学手册，而是一本指导我们如何“看”电路的书。

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