注重基础的电路教材－电路原理（Principles of Electric Circuits）评述

王曙鸿

（西安交通大学电气工程学院  教授）

Prentice Hall出版的Principles of Electric Circuits：Conventional Current Version一书由Thomas A. floyd编写。

汤姆?弗洛伊德(Thomas A. floyd)于1964取得弗罗里达大学(University of Florida)电气工程专业的学士学位，并在同一年开始在位于德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(Texas Instruments Inc.)工作。作为一名德州仪器的工程师的同时，他于1968年获得南方卫理公会大学（Southern Methodist University）电气工程专业的硕士学位。在德州仪器公司工作期间，弗洛伊德担任了好几个项目的工程设计师，这些项目包括地形跟踪雷达、机载预警和控制系统(AWACS), 机密通信系统等。

1969年离开了德州仪器公司之后，弗洛伊德加入了位于弗罗里达州奥兰多的马丁-玛丽埃塔公司（Martin-Marietta Corp.），担任一名高级工程师。在马丁玛丽埃塔公司期间，他主要负责导弹制导系统和数字通信系统。同时他还在瓦伦西亚公立学院（Valencia Community College，VCC）兼职，教授电子学课程。1973年，为了新的电子技术发展计划，他作为项目主任开始了在VCC的全职教师工作，负责课程改革，设计实验室，选拔工作人员，并教授课程。在此期间，他还担任马丁玛丽埃塔公司的顾问工作。在VCC工作期间，弗洛伊德写了他的第一本教科书《数字基本原理》（Digital Fundamentals），并于1977出版，现在该书已经出版到第八版。

在1977年，弗洛伊德开始在位于北卡罗来纳州的云杉松林（Spruce Pine）的玛丽兰公立大学(Mayland Community College)任教，并教授五年的电子技术课程。在此期间，出版了他的第二本书《电路原理》 (Principles of Electric Circuits)。至今，该书已出版到第8版，见图1。同时，电子工业出版社出版了由罗伟雄等翻译的该书（第7版）的中文版。
                 

（a）7^th Edition                           （b）8^th Edition

图1  Principles of Electric Circuits封面

1983年，弗洛伊德开始投入其全部的时间来写作，1985年，《电子器件》(Electronic Devices)出版。1987年，《电子学基本原理：电路，设备及其应用》(Electronics Fundamentals: Circuits, Devices, and Applications)和《电路基本原理》(Electric Circuits Fundamentals)相继出版。在接下来的几年内，更多的书《线性电路的基本原理》(Fundamentals of Linear Circuits)，《基本运算放大器》(Basic Operational Amplifiers)和《线性集成电路》(Linear Integrated Circuits)相继完成。

    目前，弗洛伊德把大多数精力集中在重新修改和完善他的教科书上，在接下来的时间里他希望继续继续进行这一工作。同时他也会尝试继续新的创作。（http://www.prenhall.com/floyd/）

从生平来看，弗洛伊德有丰富的电子设备及系统的研制经验，同时，又具有高超的课堂教学和教材写作水平，因此，他的系列教材才会更多受到读者的青睐。

下面，将对《电路原理》（第7版）一书的内容的加以介绍，以促进国外教材的引进、吸收，更好地服务于电路课程的教学。

电路原理的主要特点包括注重电路基础概念和基本方法，强调技术实践，没有繁琐的公式推导，因此，特别适用于学生自学。

全书22章，见表1所列。

表1 Principles of Electric Circuits：Conventional Current Version目录

全书共分 3 大部分。第1章到第4章为大中学物理课程中电路部分的内容回顾；第5章至第10章为电阻电路部分，和大多数电路教材相同，这部分是电路课程的基础；第11章至第22章正弦稳态部分，中间个别章节介绍了瞬态时域分析的简单概念；第22章是多相和三相电力系统。该教材无受控源。无运算放大器、无二端口网络的介绍，无明显的瞬态分析章节。没有图论的介绍，也没有便于计算机系统自动处理的电路方程矩阵形式。

每章结构包含概述、正文、总结和练习四大部分，并穿插有电路中物理量的单位所对应的物理学家的介绍。以第9章为例，说明本书的章节结构安排。第六章介绍的是“支路、网孔和节点分析”。

概述的第一部分是引言，指出本章将基于欧姆定律（VCR）和基尔霍夫定律（电路连接约束）分析多环路（回路）电路，这将有利于电路化简（变换）和利用电路定理来进行分析，即可以“系统地”列写方程、求解方程，来获得响应得解答。同时指明支路电流法，网孔电流法和节点电压法分析以支路电流、网孔电流和节点电压为求解变量。

    第二部分是“本章目录”条目。

    第三部分“本章目标”以条目形式列出本章需要掌握的三种电路分析中列写方程的方法及求解方程方法（利用行列式和计算器）

第四部分是章首“主要术语”，这是本书的一个特点，列出了本章需要掌握的名词，但这是并没有解释。

接下来是第五部分“技术实践”部分的提示，告诉读者本章正文的技术实践部分，将介绍双极负载分压器。

最后是相关网站资源。

可以看到，本书章节安排中“概述部分”内容丰富、简洁，一般1-2页，是一章的提纲，读者可以从中了解这一章的需要掌握的有关概念、基本方法和知识特点以及涉及到的技术实践技能，这样，带着问题在后面的正文部分中寻找答案，更有利于对电路基本概念和方法的理解。

正文部分是一章的核心。作者在理论推导上没有花费很多笔墨，而是直接介绍概念和方法，再通过例子的解答，使读者掌握。

在第9章正文部分中，包括“9.1 支路电流法”、“9.2 行列式法”、“9.3 用计算器求解联立方程”、“9.4 网孔电流法”、“9.5 节点电压法”和“技术实践”等。

对于第9.1、9.4和9.5节，开篇分别介绍三种系统电路方程列写方法中各自的电路变量的概念，即支路电流、网孔电流和节点电压的概念，接着，一条目的方式给出三种方法的步骤，如第9.4节的网孔电流法步骤为：（1）确定回路电流方向（如都是顺时针方向）；（2）确定回路中元件电压降方向；（3）应用基尔霍夫电压定律，用网孔电流列写每个网孔的KVL方程；（4）求解方程。然后通过电路例子，化简到三种方法的一般直接列写规则，引伸出三种方法的系统列写方法，并通过另一个例子说明步骤。如9.3节，其规则写成“（回路电阻之和）乘以（回路电流）减去（公共电阻）乘以（临近回路电流）等于（回路源电压）”。最后每节复习题，都可在本节中找到回答，同时，章末也有标准答案。

对于第9.2节和第9.3节，是介绍用行列式和一种计算器（TI-86）进行方程组的求解，一般不超过3阶。“技术实践”另外详细介绍

一章的正文之后是总结和练习部分，其中“本章小结”给出了一章最重要的概念，如第9章的小节中强调“”支路电流法是基于基尔霍夫电压定律和电流定律，而网孔电流法和节点电压法各自基于KVL或KCL；章末“主要术语”对章首“主要术语”进行回答；有些章节将一章的主要公式列出；接着是选择题形式的自测题、故障检修测试题，最后是习题，一般共有四十题左右。

从上述分析介绍看，本书章节安排以及内容力求突出最基本概念和方法以及实际技能培养，大多数章节的“技术实践”中还有复习思考题。讲解细致、强调概念、例题考察点明确、习题形式丰富、题量大，有奇数编号习题答案；注重实例、注重实际电路实验和测量中遇到的问题，

本书第二个特点是特别重视技术实践。大量实验装置和仪器的面板、电路板的插图精细描绘和拍摄，使读者直观了解电路测量方面的仪器。书中推荐和特别强调一种被称为“分析、计划和测量”（Analysis, Planning and Measurement, APM）的系统分析方法，在进行电路故障检修时使用。作者在第三章第6节介绍了此方法。该方法第一步是分析，即“分析失败的线索和表征”，引导学生从回答一些问题开始进行分析，如“电路曾经正常过吗？”、“如果曾经正常过，电路在哪些情况下不能正常运行？”、“不正常的表征是什么？”、“不正常的原因是什么？”等等，就是说，多了解正常和不正常状态间的不同，从而根据已有的电路原理和知识，初步判断故障的原因。

第二步是计划，这一步同样重要，书中指出，电路原理是故障检修计划的先决条件，必须了解电路图、操作命令和其他相关信息，要有一定量的原始测试数据，这样才能制定一个可行的逻辑计划，节约故障排查的时间。

第三步是测量，根据电路原理和电路图，对测量点进行正确的测量，并仔细分析推理，缩小故障范围，确定下一步测量推理的方向，直至找到问题的所在。

    例如，第16章“RC电路”中第9节“故障检修”中，已有的RC电路的原理，对RC电路的各种可能的故障下，电路的特点进行了分析。如在正弦稳态情况下，电阻开路、电容开路、电容短路、电容存在泄漏电阻等可能故障状态，通过两个电压表分别测量电阻和电容电压，电流表测量回路电流，根据电压表和电流表的读数，可以判断上述的四种故障情况。并通过戴维南定理分析了电容存在泄漏电阻故障时，电容电压比没有泄漏时小，电流增加。这些，都可以根据电路原理预先对可能故障状态进行计算，进而相当于建立了一个“故障字典”。在这一节中，专门指出，故障除了考虑有缺陷的元件，也需要考虑各种可能情况，如松动的元件、虚焊而造成开路，或焊锡溅落或剪断的线头造成短路以及元件参数错误，电源的电压或频率有误等等。

这一节中给出了一个RC电路故障实例，电容电压为零，而正常时应为7.4V，详细地依据APM系统分析方法，通过分析、计划和测量，找到是面包板内部连线断线引起的故障，该节内容配以详细的测量时面包板面板及元件连线图，测量万用表面板和读数图。最后，根据此实例，又提出几个问题请读者考虑。

    可见，汤姆?弗洛伊德的教材偏重用最简便的方式介绍基本理论和方法,特别注重技术实践环节。该教材适合于电气和电子信息类专科水平的学生教学使用和本科学生的自学。