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第1章 绪论1

§1.1 电气工程的强电应用1

§1.2 电气工程的弱电应用2

§1.3 电气工程与电路4

§1.4 电气工程与非电工程师5

§1.5 关于本书6

1.5.1 对象和需求6

1.5.2 体系与结构7

1.5.3 内容介绍7

1.5.4 编写思路10

电路篇13

第2章 电路问题13

§2.1 电路与电路模型13

2.1.1 电路与电路图13

2.1.2 电路中常用的几个术语14

2.1.3 电路模型16

§2.2 电路的状态与过程20

2.2.1 状态与过程描述20

2.2.2 稳态过程与瞬态过程21

§2.3 电路基本定律21

2.3.1 定律与定理21

2.3.2 电压和电流的参考方向21

2.3.3 欧姆定律21

2.3.4 基尔霍夫电流定律和电压定律22

§2.4 电路中的功率与能量23

§2.5 线性电路与非线性电路24

2.5.1 线性电路及其基本性质24

2.5.2 线性电路的计算模型及分析对策24

2.5.3 非线性电路及其工程处理方法27

§2.6 恒定的电压、电流激励下的电路问题29

2.6.1 恒定的电压、电流描述29

2.6.2 恒定的电压、电流激励下电路的工作特点29

2.6.3 恒定电压、电流激励下的电路分析30

§2.7 变化的电压、电流激励下的电路问题30

2.7.1 正弦周期电压、电流激励下的电路问题30

2.7.2 非正弦周期电压、电流激励下的电路问题37

2.7.3 阶跃的电压、电流激励下的电路问题38

本章小结39

习题40

第3章 电路分析的基本方法45

§3.1 网孔电流法45

§3.2 结点电压法49

§3.3 含电流源电路的处理方法52

3.3.1 一般情况的处理方法52

3.3.2 含理想电流源支路时的处理方法53

§3.4 电路分析中的等效万法及其应用54

3.4.1 戴维宁定理54

3.4.2 诺顿定理56

3.4.3 电压源模型与电流源模型之间的等效变换57

3.4.4 叠加定理及其应用58

本章小结59

习题60

第4章 相量运算与交流电路分析64

§4.1 正弦交流电的相量表示64

4.1.1 复数的表示和基本运算64

4.1.2 交流电的相量表示和相量运算66

§4.2 交流电路的复阻抗70

4.2.1 复阻抗的表述形式70

4.2.2 复阻抗的串联与并联72

§4.3 交流电路的复功率73

§4.4 交流电路相量分析概要74

4.4.1 基尔霍夫定律的相量形式74

4.4.2 交流电路的相量计算模型74

4.4.3 相量形式的网孔电流法75

4.4.4 相量形式的结点电压法76

4.4.5 其他等效方法的相量形式77

§4.5 三相交流电路的相量分析79

4.5.1 三相交流电79

4.5.2 三相交流电路中的电源与负载79

4.5.3 三相对称电路的功率计算85

本章小结85

习题86

第5章 交流电路的频率特性90

§5.1 二端口网络与传递函数90

§5.2 交流电路中的谐振与频率响应92

§5.3 交流电路频率特性分析95

5.3.1 一阶电路的频率特性95

5.3.2 二阶电路的频率特性分析99

本章小结99

习题100

第6章 电路瞬态过程分析103

§6.1 电路瞬态计算模型103

§6.2 一阶电路的瞬态过程分析104

§6.3 二阶电路瞬态过程分析108

§6.4 拉普拉斯变换概要111

§6.5 用拉普拉斯变换方法求解瞬态过程112

6.5.1 一阶电路瞬态分析112

6.5.2 二阶电路瞬态分析113

本章小结114

习题115

信号与系统篇118

第7章 模拟信号与模拟系统118

§7.1 信号问题118

7.1.1 信号与信息118

7.1.2 时间信号与代码信号119

§7.2 模拟信号分析122

7.2.1 连续信号分析122

7.2.2 采样信号分析125

§7.3 系统问题129

7.3.1 系统及系统模型129

7.3.2 三类系统问题130

7.3.3 系统的分类130

7.3.4 模拟系统分析概要133

本章小结136

习题137

第8章 模拟检测系统138

§8.1 检测系统构成138

§8.2 传感器139

§8.3 放大器143

8.3.1 放大器的电路模型143

8.3.2 放大器的输入阻抗和输出阻抗144

8.3.3 放大器的频率特性146

8.3.4 多级放大器及其频率特性149

8.3.5 放大器的失真和漂移151

8.3.6 噪声问题154

§8.4 传输线156

§8.5 检测系统实例分析159

8.5.1 检测任务与系统构成159

8.5.2 信号处理系统功能159

8.5.3 传感器类型和性能160

8.5.4 信号处理系统162

本章小结165

习题166

第9章 模拟控制系统169

§9.1 模拟控制系统的组成169

§9.2 控制系统的稳态特性分析170

§9.3 控制系统动态特性分析173

9.3.1 惯性部件的动态特性173

9.3.2 系统的动态特性分析174

§9.4 控制系统稳定性分析177

9.4.1 系统稳定性概念177

9.4.2 稳定性判别准则177

9.4.3 稳定性评估方法178

§9.5 控制系统特性的补偿183

§9.6 过程控制系统187

9.6.1 过程控制系统的组成188

9.6.2 单回路控制系统189

9.6.3 串级控制系统190

9.6.4 比值控制系统190

9.6.5 前馈控制系统193

9.6.6 大滞后补偿控制系统195

本章小结197

习题197

第10章 数字信号与数字逻辑系统202

§10.1 数字信号202

10.1.1 数字信号与信息表示202

10.1.2 数字信号的存储203

10.1.3 数字信号的传输204

§10.2 数字信号与二进制数205

10.2.1 二进制数205

10.2.2 BCD码与数字显示207

§10.3 模数（A/D）和数模（D/A）信号转换209

10.3.1 采样与采样定理210

10.3.2 A/D转换（ADC）211

10.3.3 D/A转换（DAC）212

§10.4 数字信号与逻辑214

10.4.1 命题逻辑概要214

10.4.2 数字信号的逻辑演算216

§10.5 数字逻辑系统217

10.5.1 数字逻辑演算217

10.5.2 组合逻辑系统220

10.5.3 时序逻辑系统223

本章小结232

习题233

第11章 逻辑控制系统237

§11.1 开关逻辑控制系统237

11.1.1 开关逻辑系统237

11.1.2 开关逻辑控制系统240

§11.2 可编程逻辑控制系统（PLC系统）245

11.2.1 开关控制逻辑的数字化处理245

11.2.2 PLC系统构成246

11.2.3 PLC系统的工作流程249

11.2.4 PLC的编程问题250

11.2.5 PLC的主要技术性能指标263

11.2.6 PLC应用编程问题263

本章小结264

习题265

第12章 数字控制系统268

§12.1 数字控制系统组成268

§12.2 数字控制基本算法273

12.2.1 数字PID算法274

12.2.2 数字滤波算法276

§12.3 计算机控制系统分析概要279

12.3.1 采样保持信号激励的分析280

12.3.2 数字控制系统传递函数的z域形式281

12.3.3 数字控制系统动态特性分析284

12.3.4 数字控制系统稳定性分析概要287

本章小结291

习题292

第13章 数据通信系统294

§13.1 数据通信的基本概念294

13.1.1 并行通信与串行通信294

13.1.2 基带传输与频带传输295

13.1.3 数字信号的调制与解调295

13.1.4 多路复用方式297

13.1.5 单工和双工通信方式298

13.1.6 误码及传输差错控制298

13.1.7 码元、码字、信息组、数据帧、码效率及传输速率301

13.1.8 异步通信和同步通信302

§13.2 数据通信系统的组成304

13.2.1 站点304

13.2.2 信道305

13.2.3 数据通信网络305

§13.3 数据通信协议306

13.3.1 通信网络模型307

13.3.2 通信网络协议308

§13.4 局域网313

13.4.1 计算机网络概述313

13.4.2 局域网的特点314

13.4.3 以太网及其信息传输控制方法314

13.4.4 环形令牌网及其信息传输控制方法315

13.4.5 总线形令牌网及其信息、传输控制方法315

13.4.6 网络互连316

§13.5 工业现场总线317

13.5.1 现场总线的技术特点317

13.5.2 现场总线系统的构造特点318

13.5.3 现场总线的通信模型318

13.5.4 几种流行的现场总线318

本章小结319

习题320

第14章 电力系统322

§14.1 中国电力系统概况322

14.1.1 电力系统的组成322

14.1.2 电力系统的运行管理体制324

14.1.3 电力系统频率与电压等级325

14.1.4 电力系统与环境污染326

§14.2 配电系统327

14.2.1 配电网络的基本结构327

14.2.2 终端变电站327

14.2.3 企事业单位与现代楼宇的配电方式330

14.2.4 普通居民小区的配电方式331

§14.3 电力系统负荷与电力系统品质332

14.3.1 电动机运行对电力系统的影响332

14.3.2 电力系统功率因数问题335

14.3.3 电力系统谐波问题338

14.3.4 电力系统的电压调整率338

§14.4 电力系统的保护340

§14.5 电力系统电流和电压的测量341

§14.6 供电公司与电力用户343

§14.7 电气安全问题344

14.7.1 电气对人体的伤害345

14.7.2 电气火灾及其他灾害349

14.7.3 电气安全的保障措施349

14.7.4 低压配电系统中线路和设备的电气安全防护350

14.7.5 电气安全的技术保障措施351

本章小结354

习题355

器件篇358

第15章 数字集成电路358

§15.1 数字集成电路问题358

15.1.1 数字集成电路的构建原则361

15.1.2 数字集成电路的分类与产品系列361

15.1.3 数字集成电路的主要品质指标362

§15.2 集成电路的线逻辑366

15.2.1 一种特殊的TTL门电路输出结构及线与逻辑的实现367

15.2.2 ECL逻辑系列门电路的输出结构及线或功能的实现368

15.2.3 利用三态门实现线选通369

§15.3 集成电路中的传播延时370

§15.4 集成电路的扇出能力374

15.4.1 直流负载和直流扇出能力375

15.4.2 输入电容与交流扇出能力376

§15.5 集成电路的功耗与发热378

15.5.1 静态功率损耗及其计算378

15.5.2 动态功率损耗及其计算379

15.5.3 常见逻辑系列的功率损耗及其计算380

15.5.4 集成电路的温升计算381

§15.6 可编程逻辑器件382

15.6.1 PLD中基本门电路的画法382

15.6.1 PLD的基本类型383

本章小结388

习题389

第16章 运算放大器391

§16.1 运算放大器的电路模型及其理想化参数391

16.1.1 运算放大器的表示符号及主要端点引线说明391

16.1.2 运算放大器的电路模型及理想化参数392

§16.2 反相放大电路393

16.2.1 反相放大电路的接法393

16.2.2 虚地概念及反相放大电路分析393

§16.3 同相放大电路395

16.3.1 同相放大电路的接法395

16.3.2 同相放大电路分析396

§16.4 差分放大电路399

16.4.1 差分放大电路的接法399

16.4.2 差分放大电路分析399

§16.5 积分与微分电路401

16.5.1 积分电路401

16.5.2 微分电路402

§16.6 滤波电路402

§16.7 运算放大器的频率特性406

§16.8 稳定性409

§16.9 运算放大器的直流偏移412

16.9.1 输入偏移电压U10对运算放大器应用电路的影响413

16.9.2 输入偏移电流I10对运算放大器应用电路的影响413

§16.10 运算放大器的非线性应用414

16.10.1 单限比较器414

16.10.2 滞迟比较器416

16.10.3 振荡器417

16.10.4 理想二极管419

本章小结420

习题420

第17章 晶体管放大电路424

§17.1 晶体管425

17.1.1 晶体管的构成与分类425

17.1.2 双极晶体管的电流控制功能描述426

17.1.3 双极晶体管的电路模型427

§17.2 晶体管放大电路的基本问题433

17.2.1 晶体管放大电路的组成原则433

17.2.2 晶体管放大电路的特性分析435

§17.3 共发射极放大电路436

17.3.1 共发射极放大电路的静态分析436

17.3.2 共发射极放大电路的动态分析440

17.3.3 晶体管的静态工作点对放大电路性能的影响446

17.3.4 负载电阻对放大电路性能的影响446

§17.4 共集电极放大电路448

17.4.1 共集电极放大电路的静态特性分析448

17.4.2 共集电极放大电路的动态特性分析448

§17.5 共基极放大电路452

17.5.1 共基极放大电路的静态分析452

17.5.2 共基檄放大电路的动态分析453

§17.6 放大电路的频率特性455

17.6.1 低频电压放大倍数455

17.6.2 高频电压放大倍数456

17.6.3 放大电路的通频带459

§17.7 双极晶体管三种放大电路的性能比较460

§17.8 场效晶体菅放大电路460

17.8.1 场效晶体管外部特性461

17.8.2 场效晶体管的小信号模型462

17.8.3 场效晶体管放大电路462

§17.9 多级放大器466

17.9.1 多级放大电路的组织原则466

17.9.2 多级放大器的级间耦合方式467

17.9.3 多级放大电路的动态性能469

17.9.4 多级放大电路的幅频特性470

§17.10 差分放大电路471

17.10.1 差分放大电路的基本工作原理471

17.10.2 差分放大电路的输入、输出方式472

17.10.3 差分放大电路的动态特性分析473

17.10.4 共模抑制能力分析475

§17.11 晶体管导电机理475

17.11.1 半导体晶体475

17.11.2 半导体PN结及其导电特点476

17.11.3 双极晶体管478

17.11.4 绝缘栅场效晶体管480

本章小结482

习题483

第18章 半导体开关器件及其应用486

§18.1 半导体二极管486

§18.2 二极管的基本应用487

18.2.1 整流487

18.2.2 限幅489

18.2.3 检波490

§18.3 齐纳二极管492

§18.4 直流电源494

18.4.1 直流电源的滤波环节495

18.4.2 直流电源的稳压环节497

18.4.3 直流电源的品质499

18.4.4 集成稳压电源499

§18.5 二极管管压降500

§18.6 晶体管开关特性及其电路模型500

18.6.1 双极晶体管开关500

18.6.2 场效晶体管501

§18.7 斩波电路502

18.7.1 信号的幅值调制502

18.7.2 微弱直流信号的放大502

§18.8 变流电路504

18.8.1 变流原理电路504

18.8.2 变流电路的特殊问题506

18.8.3 基于脉宽调制原理的变流技术507

§18.9 二极管逻辑电路509

18.9.1 二极管-电阻逻辑电路510

18.9.2 二极管-晶体管逻辑电路511

§18.10 MOS场效晶体管逻辑512

18.10.1 NMOS逻辑电路512

18.10.2 CMOS逻辑电路513

§18.11 可编程逻辑器件的MOS与-或逻辑电路515

§18.12 晶闸管516

18.12.1 晶闸管的结构及开关特性516

18.12.2 晶闸管的典型应用517

18.12.3 晶闸管应用的特殊问题及晶闸管派生器件519

§18.13 其他电力电子器件520

18.13.1 双极功率晶体管520

18.13.2 功率场效晶体管（PowerMOSFET）521

18.13.3 绝缘栅双极晶体管（IGBT）521

18.13.4 MOS控制晶闸管（MCT）522

18.13.5 功率集成电路与IPM522

18.13.6 主要电力电子器件特性比较523

本章小结523

习题524

第19章 电磁与电动器件527

§19.1 电磁感应与变压器527

19.1.1 螺线管磁场及相关的定律527

19.1.2 导磁材料与工程磁路528

19.1.3 变压器535

§19.2 机电能量变换与电动机541

19.2.1 机电能量变换原理541

19.2.2 电动机543

§19.3 三相异步电动机549

19.3.1 三相异步电动机的定子和转子549

19.3.2 三相异步电动机的转差率550

19.3.3 三相异步电动机电磁转矩551

19.3.4 三相异步电动机的起动553

19.3.5 三相异步电动机的调速557

19.3.6 三相异步电动机的运行特性559

19.3.7 三相异步电动机的铭牌与接线盒561

§19.4 单相异步电动机562

19.4.1 单相脉动磁场563

19.4.2 单相异步电动机的转矩特性563

19.4.3 单相异步电动机的起动564

§19.5 三相同步电动机565

19.5.1 三相同步电动机的转子结构565

19.5.2 三相同步电动机的电磁转矩566

19.5.3 三相同步电动机的起动567

19.5.4 三相同步电动机的功率因数567

§19.6 直流电动机568

19.6.1 直流电动机的结构与分类568

19.6.2 直流电动机的电磁转矩和机械特性569

19.6.3 直流电动机的起动571

19.6.4 直流电动机的调速572

19.6.5 直流电动机的运行特性573

§19.7 步进电动机574

19.7.1 反应式步进电动机的工作原理574

19.7.2 步进电动机的工作方式和驱动电源575

19.7.3 反应式步进电动机的典型结构576

§19.8 直线电动机概述576

19.8.1 直线电动机的基本结构577

19.8.2 直线电动机的主要类型579

19.8.3 直线异步电动机（也即交流直线感应电动机）的工作原理579

§19.9 电磁式低压电器580

19.9.1 电磁式低压电器的电磁机构580

19.9.2 低压断路器581

19.9.3 接触器582

19.9.4 电磁式继电器583

19.9.5 电磁式时间继电器584

19.9.6 电磁阀585

本章小结586

习题587

附录A 矩阵与行列式590

附录B 线性方程组求解594

附录C 拉普拉斯变换596

附录D z变换599

附录E 傅里叶变换600

附录F 集成电路计数器604

部分习题答案608

参考文献615