电路、信号与系统.pdf

电子电气基础课程规划教材 电路、信号与系统 徐昌彪 主编 管 春 冯志宇 副主编 褚言正 彭海英 副主编 副主编 内 容 简 介 本书共 14 章，分为 4 部分，即基础知识、电路分析、信号分析、系统分析与模拟。基础知识部分介绍“电路的基本概念与两类约束”、“信号与系统的基本概念”、“电路、信号与系统相互关系及分析方法概述”；电路分析部分含有“电路的等效变换分析”、“电路的一般分析法及基本定理”、“直流一阶动态电路的时域分析”、“正弦稳态电路分析”；信号分析部分涉及“连续时间信号的频谱分析”、“连续时间信号的复频域分析”、“离散时间信号的 z 变换”；系统分析与模拟部分包括“连续时间系统的分析”、“离散时间系统的分析”、“系统模拟”、“状态变量分析”。本书可作为高等院校非电类专业本科以及电类专业专科学生和自考学生的教学用书，还适用于各类专业自学者使用，亦可供有关技术人员和高校教师参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 电路、信号与系统/徐昌彪主编 北京：电子工业出版社，20128 电子电气基础课程规划教材 ISBN 978-7-121-17103-1 电 徐 电路理论-高等学校-教材信号分析-高等学校-教材信号系统-高等学校-教材 TM13TN9116 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2012）第 102558 号 策划编辑：章海涛 责任编辑：周宏敏 章海涛 印 刷：三河市双峰印刷装订有限公司 装 订：三河市双峰印刷装订有限公司 出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036 开 本：7871092 1/16 印张：155 字数：400 千字 印 次：2012 年 8 月第 1 次印刷 定 价：3500 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系。联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 zltspheicomcn，盗版侵权举报请发邮件至 dbqqpheicomcn。服务热线：（010）88258888。III前 言 长期以来，电路、信号与系统课程在国内各高等院校非电类专业本科以及通信工程、电子信息工程、电气工程、自动化等电类专业专科广泛开设。已有的相关教材在内容的取舍和编排上各有千秋。譬如，有的主要偏向于电路与信号两方面的内容，较少涉及系统分析；有的涉及了系统分析，但内容不多。我们本着加强系统分析在本课程中的地位以及强化分析方法或手段的统一性编写了本教材。本书可作为高等院校非电类专业本科以及电类专业专科学生和自考学生的教学用书，还适用于各类专业自学者使用，亦可供有关技术人员和高校教师参考。与其他已有的同类教材相比，本书的特色主要体现在以下几方面：（1）按电路分析、信号分析、系统分析与模拟三者并重的方式组织内容，特别是将系统分析与信号分析独立成章，提升了系统分析的地位；（2）把同类分析手段或方法集中起来讨论，便于强化分析手段或方法的统一性。同时，侧重各分析手段或方法的应用性，而不片面追求其理论的严密性；（3）正文每段文字不超过 6 行，图形版式采用“上下型”而非“四周型”，从而使版面更加清晰和清爽，以提高可读性。全书共 14 章，分为 4 部分：基础知识、电路分析、信号分析、系统分析与模拟。第 1 章至第 3 章为基础知识部分，介绍“电路的基本概念与两类约束”、“信号与系统的基本概念”、“电路、信号与系统相互关系及分析方法概述”；第 4 章至第 7 章为电路分析部分，含有“电路的等效变换分析”、“电路的一般分析法及基本定理”、“直流一阶动态电路的时域分析”、“正弦稳态电路分析”；第 8 章至第 10 章为信号分析部分，涉及“连续时间信号的频谱分析”、“连续时间信号的复频域分析”、“离散时间信号的 z 变换”；第 11 章至第 14 章为系统分析与模拟部分，包括“连续时间系统的分析”、“离散时间系统的分析”、“系统模拟”、“状态变量分析”。本书的参编老师有徐昌彪、管春、冯志宇、褚言正、彭海英。其中，徐昌彪（教授，博士）编写第 2、3、11、13、14 章，并负责全书的统稿和修改；管春（博士）编写第 5、7 章；冯志宇（博士）编写第 8、9 章；褚言正（副教授）编写第 1、4、6 章；彭海英（副教授）编写第 10、12 章。另外，本书的编写还得到了重庆邮电大学电路与电工基础教研中心全体同事的支持和帮助，在此表示衷心的感谢。鉴于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请广大师生及读者批评指正。本书为读者提供配套的教学资料包（含电子课件、习题答案），有需要者，请登录到http:/wwwhxeducomcn 进行下载。读者反馈：unicodepheicomcn 或 122802331（QQ 群）。编者 2012 年 4 月 V目 录 第 1 章 电路的基本概念与两类约束 1 11 电路与电路模型 1 111 电路的概念 1 112 电路模型 1 12 电路分析的基本变量 2 121 电流 2 122 电压 3 123 功率 5 13 电路的基本元件 7 131 电阻元件 7 132 电感元件 9 133 电容元件 11 134 独立电源 12 135 受控电源 14 14 基尔霍夫定律 15 141 相关术语 15 142 基尔霍夫电流定律 15 143 基尔霍夫电压定律 16 练习题 17 第 2 章 信号与系统的基本概念 23 21 信号及其分类 23 211 信号的概念 23 212 信号的分类 23 22 典型信号 24 221 单位阶跃信号 24 222 单位冲激信号 26 223 单位序列 27 224 单位阶跃序列 28 23 信号波形变换与基本运算 28 231 信号的波形变换 28 232 信号的基本运算 29 24 卷积积分 31 241 卷积积分的定义及其性质 31 242 卷积积分的计算 32 25 卷积和 35 VI251 卷积和的定义及其性质 35 252 卷积和的计算 36 26 系统及其分类 38 261 系统的概念 38 262 系统的分类 39 263 系统的数学模型 41 练习题 41 第 3 章 电路、信号与系统相互关系及分析方法概述 45 31 电路、信号与系统的相互关系 45 311 电路与系统 45 312 信号、电路与系统 45 32 线性时不变电路分析方法概述 45 321 一般分析法 46 322 简化电路的分析法 47 323 动态电路的分析方法 47 324 相量法 48 33 信号分析方法概述 48 331 正变换 48 332 反变换 49 34 线性时不变系统分析方法概述 49 341 直接法 49 342 间接法 49 343 状态变量分析法 51 练习题 51 第 4 章 电路的等效变换分析 52 41 单口网络的等效条件 52 411 单口网络的概念 52 412 等效条件 52 42 典型单口网络的等效化简 53 421 电阻与电导的串并联 53 422 电阻的星形-三角形变换 55 423 理想电源的串并联 57 424 实际电源 58 43 一般单口网络的等效化简 60 431 一般单口网络的最简等效电路 60 432 最简等效电路的求取 61 44 等效变换分析法的应用 62 练习题 62 第 5 章 电路的一般分析法及基本定理 66 51 支路电流法与支路电压法 66 VII511 支路电流法 66 512 支路电压法 67 52 回路电流法 68 521 回路电流的概念 68 522 回路电流法及其应用 68 53 节点电压法 71 531 节点电压的概念 71 532 节点电压法及其应用 71 54 叠加定理 74 541 叠加定理的含义 74 542 叠加定理的应用 74 55 戴维南定理与诺顿定理 76 551 戴维南定理 76 552 诺顿定理 78 练习题 79 第 6 章 直流一阶动态电路的时域分析 84 61 换路与过渡过程 84 611 电路的状态与过渡过程 84 612 换路及换路定理 85 613 初始值的计算 85 62 直流一阶电路时域经典分析与响应的分解 87 621 直流一阶电路时域经典分析 87 622 响应分解 89 63 直流一阶电路响应的三要素法 90 64 阶跃响应与冲激响应 92 641 阶跃响应 92 642 冲激响应 94 65 动态电路的时域卷积分析 95 651 时域卷积分析法的含义 95 652 时域卷积分析法的应用 96 练习题 96 第 7 章 正弦稳态电路分析 101 71 正弦信号及其相量表示 101 711 正弦信号的时域表示 101 712 复数及其运算 103 713 正弦信号的相量表示 104 72 两类约束的相量形式 105 721 基本元件的正弦稳态特性及其相量模型 105 722 相量形式的基尔霍夫定律 108 73 相量法及其应用 110 VIII 731 阻抗与导纳 110 732 正弦稳态电路的分析 113 733 正弦稳态电路中的功率 116 74 耦合电感与理想变压器 120 741 耦合电感 120 742 理想变压器 123 练习题 125 第 8 章 连续时间信号的频谱分析 132 81 周期信号的频谱分析 132 811 周期信号的傅里叶级数 132 812 周期信号的频谱 134 82 非周期信号的傅里叶变换 137 821 傅里叶正变换与反变换 138 822 从傅里叶级数到傅里叶变换 138 823 非周期信号的频谱 139 824 常见信号的傅里叶变换 139 83 傅里叶变换的性质 143 831 线性性 143 832 比例性（尺度变换）143 833 对称性 144 834 时移性 145 835 频移性 146 836 卷积定理 147 837 时域微积分性 147 838 频域微积分性 149 练习题 150 第 9 章 连续时间信号的复频域分析 153 91 连续时间信号的拉普拉斯变换 153 911 拉普拉斯正变换与反变换 153 912 常见信号的拉普拉斯变换 154 92 拉普拉斯变换的性质 155 921 线性性 155 922 比例性（尺度变换）155 923 时移性 156 924 频移性 156 925 时域微分性 157 926 时域积分性 157 927 初值定理 158 928 终值定理 159 929 时域卷积定理 159 I9210 复频域微分性 160 9211 复频域积分性 160 93 拉普拉斯反变换 161 931 基于拉氏变换性质的方法 161 932 部分分式展开法 161 练习题 163 第 10 章 离散时间信号的 z 变换 165 101 z 变换 165 1011 z 变换的定义 165 1012 z 变换的收敛域 165 1013 常见离散时间信号的 z 变换 166 102 z 变换的性质 166 1021 线性性 166 1022 移位（移序）性 167 1023 比例性 168 1024 z 域微分性 168 1025 时域卷积定理 168 1026 序列求和 169 1027 初值定理 169 1028 终值定理 170 103 z 反变换 171 1031 幂级数展开法 171 1032 部分分式展开法 172 练习题 173 第 11 章 连续时间系统的分析 175 111 时域经典分析法 175 1111 齐次解与特解 175 1112 零输入响应与零状态响应 176 112 卷积积分分析法 177 1121 卷积积分分析法的含义 177 1122 单位冲激响应 177 113 傅里叶变换分析法 179 1131 傅里叶变换分析法的含义 179 1132 频域系统函数 179 114 无失真传输系统 182 1141 无失真传输系统的含义 182 1142 无失真传输系统的特性 183 1143 理