電路基礎

引用

Alexander, C. K., & Sadiku, M. N. O. (2021). Fundamentals of Electric Circuits (7th ed., international student edition). McGraw-Hill.

章節概要

第七版共十九章，分為三部分：直流電路（第1–8章）、交流電路（第9–14章）和高階電路分析（第15–19章）。McGraw-Hill 的介紹稱，本書力求以比傳統教材更清晰、更有趣、更易懂的方式講解電路分析，在理論、例題與擴充套件例題、練習題和真實應用之間取得平衡。介紹還說，本版有超過580道作業題是新增或改動的，而「設計一道題」（Design a Problem）這一特色——由學生自己編寫問題並給出解答——出現在一百多道習題中。

第一部分 直流電路：第1–4章

第1章「基本概念」和第2章「基本定律」確立電路分析的量和定律。第3章「分析方法」和第4章「電路定理」把這些定律轉化為系統的方法和用於化簡網路的常用定理。

第一部分 直流電路：第5–8章

第5章「運算放大器」把運放作為一種電路元件引入。第6章「電容與電感」加入兩種儲能元件，第7章和第8章「一階電路」與「二階電路」則把它們應用於含一個和兩個儲能元件的電路，到這裡電路方程就變成了微分方程。

第二部分 交流電路：第9–11章

第9章「正弦量與相量」介紹穩態交流所用的表示方法。第10章「正弦穩態分析」用它來做分析，第11章「交流功率分析」討論交流電路中的功率。

第二部分 交流電路：第12–14章

第12章「三相電路」、第13章「磁耦合電路」和第14章「頻率響應」把正弦方法擴充套件到多相系統、耦合電感，以及電路特性隨頻率變化的情形。

第三部分 高階電路分析：第15–19章

第15章「拉普拉斯轉換導論」和第16章「拉普拉斯轉換的應用」為電路引入轉換域方法。第17章「傅立葉級數」和第18章「傅立葉轉換」在頻域中處理週期訊號和一般訊號。第19章「二埠網路」為全書收尾。

核心概念

第一部分：直流電路（第1–8章）

• 基本定律與分析方法：第2章的定律和第3章的系統方法。
• 電路定理：第4章的化簡定理。
• 運算放大器：第5章的有源器件。
• 電容、電感，一階和二階電路：儲能元件及其產生的暫態行為。

第二部分：交流電路（第9–14章）

• 相量：正弦量的表示方法。
• 交流功率：正弦電路的功率分析。
• 三相電路與磁耦合：多電源和耦合電感的情形。
• 頻率響應：電路行為如何依賴於頻率。

第三部分：高階分析（第15–19章）

• 拉普拉斯轉換：導論與應用。
• 傅立葉級數與傅立葉轉換：訊號的頻域描述。
• 二埠網路：最後的主題。

評析

優點

• 覆蓋全面，三部分結構清晰。 十九章清楚地分為直流、交流和高階分析，讀者能看出一門課可以講到哪裡，以及數學工具在哪裡發生變化（第一部分是微分方程，第二部分是相量，第三部分是轉換）。
• 注重練習的設計。 McGraw-Hill 介紹了理論、例題與擴充套件例題、練習題和應用之間的平衡，有超過580道新增或改動的題目，以及一百多道要求學生既編題又解題的「設計一道題」習題。
• 較早引入有源器件。 運算放大器出現在第5章，在電容、電感和暫態分析之前，因此課程可以在直流部分就包含第一個放大器電路。
• 數字化支援。 McGraw-Hill 把本書與 Connect 配套銷售，這是一個包含電子書、作業與自適應練習的線上平臺；另有彩色印刷版。

侷限

• 篇幅較長。 十九章很可能超出一個學期的容量；第二部分和第三部分是自然的停止點，或留到後續課程繼續。
• 只講電路理論。 章節清單中沒有半導體器件、電晶體放大器或數位電路的章節，所以真正的電子學需要另外的書。

在課程中的定位

Alexander 和 Sadiku 是電路與電子學書單中的電路分析教材，在一冊書中涵蓋直流、交流和轉換方法。Storey 的 Electronics: A Systems Approach 和 Scherz 與 Monk 的 Practical Electronics for Inventors 更平緩、更偏應用，對數學要求不高，都可以先於本書閱讀。Agarwal 和 Lang 的 Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits 把電路分析與數字抽象、MOS 器件和放大器放在一起，因此在進入電子學的同時與電路分析內容有所重疊；Howe 和 Sodini 的 Microelectronics: An Integrated Approach 是半導體器件與電路方面的後續讀物。

Hayt 和 Buck 的 Engineering Electromagnetics 是另一條場論線索，Patterson 和 Hennessy 的 Computer Organization and Design 講的是處理器如何構成，是書單數字一側的歸宿，而不是電路分析的延續。

如何使用本書

本書面向修讀電路分析的電氣工程及相關專業學生。從章節安排看，一開始就需要代數和微積分，到第7章和第8章需要微分方程，第9章的相量則要用到複數。

實用安排：

• 第一學期： 第一部分按順序閱讀，即第1–8章。第1–4章是後面一切的基礎；分析方法和主要定理還不熟練之前不要往下走。
• 第二學期： 第二部分，第9–14章，從第9章的相量和第11章的交流功率開始。對於電力系統或磁耦合重要的專業，第12章和第13章可以作為應用來處理。
• 進階： 第15–19章留待後續課程或自學，先讀拉普拉斯各章（第15–16章），再做傅立葉部分。
• 練習： 做書中與例題配套提供的練習題，並嘗試一些「設計一道題」習題，檢驗自己是否既能編題又能解題。