线性电路的分析与设计（The Analysis And Design of Linear Circuit）（3版）书评

王仲奕

（西安交通大学电气工程学院  副教授）

一、作者的教学思想和教材工作

作者（ROLAND E. THOMAS） 编写第三版《线性电路的分析与设计》坚持的原则是：

（1）    电路这门课始终是后续课程的基础，不管后续课程在今天如何发展。因此，电路课程的重点仍然是强调那些能够应用于后续课程的电路模型、概念以及解决问题的方法和技巧，即强调利用电路结构简图、输入信号和输出信号的关系以及信号变换的方法来对系统与信号进行处理。

（2）    教材除了达到上述目的外，还要评估学生对电路基本分析方法的理解，达到提高学生解决和分析问题能力的目标。最有效的评估方法是设计实际电路问题。因此，教材不仅介绍电路的基本分析方法和规则，还应该把运用这些方法技巧来设计和计算实际生活中的电路问题放在重要位置。

作者围绕上述教学原则对教材的内容和讲述方法进行了精心的设计。

配合教材的使用，作者设计了如下配套教材：

（1）    学生习题解答手册。学生习题解答手册中有约100道使用商业软件（Excel，MATLAB，Mathcad，ElectronicsWorkbench， PSpice）计算的课后精选习题。

（2）    教师手册。教师手册包含了课后全套所有习题的详细求解和仿真解答过程，即这些习题的答案通过两种独立的方法准确校验，即通过使用Mathcad软件进行了验证，也有详细的求解过程。

（3）    线性电路分析与设计第3版网站。在www.wiley.com/college/thomas中，可以进入到电路网站中，在网站里，学生和老师不仅可以找到具体章节的相关内容，而且可以更新和补充现存的数据库和额外的资源和信息。

二、教材内容设计

教材一共有16章。第1章至第4章讲述电阻电路，介绍经典和传统分析电路的方法和理论。包括引言、基本电路分析、电路分析方法、有源电路问题。第5章至第8章为动态电路，包括正弦波、电容和电感、一阶和二阶电路分析、正弦稳态响应。第9章至第12章介绍拉普拉斯变换，在S域内分析和设计动态电路，网络函数，频率响应。第13章至第16章对前十二章所介绍的电路分析概念和设计进行了扩展，补充和应用。包括傅立叶级数和信号频谱的概念，选频模拟滤波器，互感和变压器，正弦稳态功率。有4个附录：标准值，线性方程组的求解，复数，参考书。最后给出部分练习题的答案。

教材的内容选择和我们重点高校的电路教材的内容基本相似。

三、教材的主要特色

1. 灵活的课程设计方案

作者从教学考虑，在教材内容安排上给出了弹性比较大的课程设计方案。可以把第1至第8章作为一个整体，第9至第16章作为一个整体。其中第8章（正弦稳态响应）和第9章（拉普拉斯变换）可以根据教师不同的教学喜好进行调换。也可以把教材分成三部分，第1章至第6章为第1部分，主要讲电路的基本定律和定理、基本分析方法，教师可以根据自己的教学方式组合选择第二部分和第三部分的内容，例如，可以把第7，8，13，15和16章放在一起，这些章节主要讲解交流电路，或者可以把7，9，10，11和12章放在一起，这些章节主要讲的是信号与变换。

这种课程设计方案目前在我们的教材编写中也得到体现，使教材给教学安排和电路理论的应用提供了比较大的空间。

2.   内容安排特点

    与我们的教材相比，作者在一些章节的内容安排上有其独特的地方，表现在：

（1）    基本概念和基本分析方法的介绍非常紧凑。如第1章引言中，除了简单介绍课程目标、课程基本要求、常用单位外，把电流、电压、能量、功率、参考方向的概念进行了简单介绍。第2章电路基本分析中，一并介绍了电阻、电压源、电流源、基尔霍夫定律和电路的等效变换，给出了简单电阻电路的分析计算方法。第3章电路分析方法里，介绍了结点电压法，网孔电流法，叠加定理，戴维宁和诺顿定理，最大功率传输。

作者认为基本概念和基本分析方法是后续内容的基础，采取紧凑的方式可以提高整本书的综合性，整体性和模块性，可以尽早的进入综合性问题和习题的讨论，让学生尽快的把所学的知识运用到实际生活问题中。我们在经典分析方法的介绍上相应分的细一些，分为等效方法、方程分析方法和电路定理，主要原因是我们的教材更强调基本分析方法的掌握，没有把理论的实际应用放在重要的地位，很少涉及综合性的设计问题。但是采取什么方式来体现理论与实践的结合是一个需要认真研究的问题。

（2）    突出有源元件的介绍。专门设置了第4章有源电路，其中花了相当的篇幅介绍受控源及含受控源电路的分析，介绍了三极管和用受控源表示的三极管等效电路，介绍理想运算放大器，含运算放大器电路的分析、设计和比较器，讨论了用运放模型来构建基本的信号处理模块问题。

作者认为增强对有源器件的介绍，有利于开展理论与实际问题联系的课程设计，因为很多的实际问题如电子设备和仪器等都会涉及有源器件。我们的教材对有源器件的介绍比较简单，认为这部分内容属于电子学，这可能也是由于我们的教材重点放在电路分析，几乎不涉及电路设计问题的原因。随着科学技术和现代教学理念的发展，电路设计问题已成为电路教材不可回避的问题，因此，如何介绍有源器件的问题值得我们的作者思考。

（3）    增强电路信号波形的介绍。专门设置了第5章信号波形，分别介绍了阶跃、指数和正弦波形。在讨论阶跃波形时，介绍了阶跃函数及其性质，用阶跃函数表示复杂函数的方法，最后引入了冲击函数。在讨论指数波形时，给出时间常数和初始值的概念。在讨论正弦波形时，介绍了正弦波的三要素，正弦波的加减、积分微分运算。最后讨论了三种波形的组合表示、有效值、平均值的概念。

作者认为对输入波形及其特点的正确理解有助于对动态元件的学习，为一阶和二阶动态电路的分析以及后续讨论信号传输和变换打好基础，提高学生解决问题的把握和自信心。我们的教材一般不设置这一章，而是把波形穿插在相应的内容中介绍，优点是信号波形和相应电路理论紧密联系，缺点是对不同波形的特性和相互之间的区别及联系理解不深。

（4）    强调输入信号和输出信号的关系以及信号变换和信号处理的方法。教材在第8章采用简写的方式介绍正弦稳态分析方法，但用第9、10、11、12四章介绍拉普拉斯变换、在S域内的电路分析和设计方法，详细讨论了零极点坐标图，网络函数，冲激响应，阶跃响应，频率响应和波特图等概念，给出了大量应用S域内的理论概念解决实际问题的例子。在第13章介绍用傅立叶级数把信号和频率响应结合起来，给出信号频谱概念的基础上，用第14章详细介绍了设计选频模拟滤波器的方法。

可以看出作者重视利用电路结构简图、输入信号和输出信号的关系以及信号变换的方法来对系统与信号进行处理的问题。我们在教学中对这一方面要求较低，因此教材中这方面内容占的篇幅不大。关于这一点的利弊值得研讨。

（5）    把互感和三相作为交流电路分析的补充。教材在第15章中介绍了互感的概念，讨论了变压器的应用，在最后第16章对平均功率概念进行了补充和扩展，提出了复功率以及单相和三相电路的功率等概念。这一部分介绍的比较简单。

      我们对这一部分内容的讨论相应要细致一些，因为我们面向电力系统的学生，而互感、三相电路、功率问题是电力系统中的重要概念。

3.   重视对学生学习的指导和评估

作者认为电路学习的目标，就是提高学生解决和分析问题的能力，因此教材除了达到对基本理论和基本概念的清晰解释外，还要指导和评估学生对电路基本分析方法的理解。作者采取的方式是：

（1）    每一章设计了开篇部分，不仅呈现本章的主要内容，同时也概括了文章主题和要求。每一章结尾给出了较详细的对本章的叙述性总结，简要总结本章的重点概念和理论，帮助学生在做课后作业之前，对本章进行复习。设置了阶段目标，即在每一章结束后精心设置一些问题，这些问题完全包括了每章节的重点以及需要学生掌握的主要概念，作为每章节的学习目标，这些问题可以用来测试学生对每章节的基本概念，方法技巧以及重点内容的理解和掌握。

（2）    例题和习题。设计了大约有300道例题，这些例题主要利用各章节的基本概念来分析问题，200多道课堂练习，要求学生在练习例题中讨论和运用的电路分析和设计技巧。

（3）    电路设计例题。教材中给出了40道在实际生活中运用电路的基本分析方法和技巧来设计和计算电路问题的设计实例，重点强调用一个模块来模拟替代电路原型，如第3章的接口电路设计，第4章运算放大电路设计等，在4，6，7，8，11，12和14章还重点介绍设计电路的知识和内容，有的设计例题还涉及到检测，评估和修改设计方案的问题。作者认为设计电路问题是一种很有效的评估方法。

（4）    上机例题。每一章都有应用计算机分析的例题，包括Excel（4道例题），MATLAB（12道例题），Mathcad（7道例题），ElectronicsWorkbench（6道例题），和PSpice（6道例题）。这些上机例题通常都需要预先分析和设计，才能在上机时对提出的问题方便，迅速的解决。作者认为电子数据表，数学求解和电路模拟仿真是现代工程环境中不可缺少的固定的三部分，所以教材应该教学生学会和熟练使用各种仿真电路的计算机软件，从而培养发展出一种分析方法，这一点是很重要的。

（5）    课后习题。教材大约设置了900道课后习题，绝大多数课后习题都和课后阶段目标直接有关，而且有些习题也和课后阶段目标中的练习组合在一起，这样安排和设计给学生提出了明确的学习目的，而且明确确定哪个问题是检验哪种解决问题的技巧。在附录中给出了大约30%习题题目的解答。

（6）    综合性习题。在每章的最后安排有综合性习题。综合性习题标记有“A”，“D”，“E”，提示该题目是否需要分析，设计和检测、评估。作者认为综合性的习题涉及的知识和内容比较多，会把好几章的内容综合在一起，这样就提高了整本书的综合性，整体性和模块性。综合性的问题和习题要求学生熟练掌握与题目相关的几个章节的课后阶段目标练习，而且学生必须把以前掌握的知识和技巧结合和总结在一块，选择解决问题的方法和技巧，才能真正说清楚、解释和解决这些问题和习题。

（7）   上机练习。为了帮助学生提高运用计算机软件的能力，设计了可以用计算机软件来分析的题目，上机练习一般会标记有一个计算机图案“图片”。对于综合性的习题，鼓励学生选择计算机软件来进行分析。