电气电子技术基础

影印版序

第11版前言

第1版前言

第1部分电路分析基础1

1国际单位制3

1.1国际基本单位系统4

1.2导出单位5

1.3转矩单位6

1.4功和能量单位7

1.5功率单位8

1.6效率9

1.7温度10

重要公式10

术语与概念11

2电气系统简介12

2.1电气工程学简介13

2.2电气系统13

2.3电荷感应15

2.4电子的运动15

2.5电流的形成16

2.6电动势与电压16

2.7电学单位17

2.8欧姆定理20

2.9电阻器22

2.10电阻色环23

2.11导体与绝缘体25

2.12实际电气系统26

重要公式27

术语与概念28

3简单直流系统30

3.1串联电路31

3.2并联电路36

3.3串联、并联电路比较41

3.4基尔霍夫定理42

3.5电路中的能量与功率49

3.6电阻率52

3.7电阻的温度特性54

3.8电阻的温升现象56

重要公式57

术语与概念58

4网络图论61

4.1电路分析方法62

4.2利用基尔霍夫定理分析电路62

4.3网孔电流法70

4.4节点电压法72

4.5叠加定理75

4.6戴维南定理77

4.7电流源81

4.8诺顿定理84

4.9三角形到星形变换86

4.10星形到三角形变换87

4.11π形和T形网络88

4.12电源的最大电能传输92

重要公式93

术语与概念93

5电容与电容器96

5.1电容器97

5.2电容器的液压等效98

5.3电荷与电压99

5.4电容容值99

5.5电容器的并联100

5.5电容器的串联100

5.7串联电容器的分压101

5.8电容器容值与极板面积的关系102

5.9电场103

5.10电场强度与电荷密度103

5.11介电系数105

5.12多层电容器的容值106

5.13复合电容器107

5.14电容的充放电电流110

5.15电容的充放电过程111

5.16电容的充放电过程分析113

5.17电容电阻串联电路放电过程116

5.18电容电阻网络瞬态过程118

5.19电容中的能量123

5.20电容两极间的库仑力124

5.21绝缘强度125

5.22漏电流与导通电流126

5.23位移电流127

5.24电容器与电容的类型127

目录

ⅸ

重要公式130

术语与概念131

6电磁学136

6.1磁场137

6.2磁场的方向137

6.3磁力线137

6.4电流产生的磁场138

6.5通电线圈中产生的磁场139

6.6安培力140

6.7安培力的计算142

6.8电磁感应144

6.9感应电动势方向144

6.10感应电动势大小145

6.11线圈中感应电动势大小147

重要公式149

术语与概念149

7简易磁路分析151

7.1磁路简介152

7.2磁动势和磁场强度152

7.3真空中的磁导率153

7.4导磁材料中的磁导率155

7.5磁阻157

7.6磁路中的欧姆定理157

7.7B/H特性定义160

7.8电学和磁学物理量的比较162

重要公式163

术语与概念163

8直流电路中的电感166

8.1带电感与无电感电路167

8.2电感感值单位168

8.3感值的物理概念170

8.4影响线圈感值的因素173

8.5直流电路中的铁心电感175

8.6电感充能176

8.7充能过程分析179

8.8电感释放能量过程分析181

8.9LR电路瞬态分析183

8.10电感中存储的能量186

8.11互感189

8.12耦合系数192

8.13串联线圈互感193

8.14电感器与电感的类型195

重要公式196

术语与概念197

9交流电压与电流201

9.1交流系统202

9.2交流电动势的产生202

9.3交流系统术语定义206

9.4频率、转速与极对数关系208

9.5平均值和有效值208

9.6正弦交流电压、电流的有效值210

9.7非正弦交流电压、电流的有效值215

9.8交流电量的相量表示216

9.9交流电量的加减运算218

9.10有效值表示的相量图220

9.11实际交流系统的频率221

重要公式222

术语与概念222

10单相串联交流电路226

10.1简单交流电路227

10.2纯电阻电路中的交流电流227

10.3纯电感电路中的交流电流228

10.4纯电感电路中的电压与电流230

10.5纯电感电路的动力学模拟232

10.6RL串联电路233

10.7纯电容电路中的交流电流236

10.8纯电容电路中的电压与电流237

10.9纯电容电路的动力学模拟238

10.10RC串联电路238

10.11RLC电路中的交流电流240

重要公式244

术语与概念245

11单相并联交流电路247

11.1交流并联电路基础248

11.2简单并联电路248

11.3电感并联电路252

11.4电抗256

11.5导纳259

重要公式261

术语与概念261

12交流电路中的功率263

12.1交流电路中的功率传输264

12.2电阻交流电路中的功率264

12.3纯电感电路中的功率265

12.4纯电容电路中的功率267

12.5带电阻和电感的电路中的功率268

12.6功率因数270

12.7有功电流和无功电流272

12.8功率因数的应用274

12.9单相电路中的功率测量275

重要公式275

术语与概念275

13相量分析法277

13.1相量数学基础278

13.2相量的加减法279

13.3电压、电流和阻抗的相量表示280

13.4导纳、电导和电纳的相量表示283

13.5RL串联电路的导纳284

13.6RC串联电路的导纳284

13.7并联电路的导纳285

13.8相量分析法中的功率计算289

13.9功率与视在功率290

13.10无功功率291

13.11功率因数校正295

13.12负载的并联296

重要公式298

术语与概念299

14交流电路中的谐振现象302

14.1简介303

14.2串联RLC电路的频率特性303

14.3串联RLC电路谐振频率306

14.4串联RLC电路中的电流306

14.5串联RLC电路中的电压306

14.6品质因数Q307

14.7谐振点处的能量振荡309

14.8谐振电路的动力学比喻310

14.9相量法分析串联谐振电路310

14.10带宽311

14.11滤波特性313

14.12并联谐振电路316

14.13电流放大特性317

14.14串、并联等效电路318

14.15双路并联谐振等效电路319

重要公式322

术语与概念322

15交流电路中的网络图论325

15.1交流电路的进一步分析326

15.2基尔霍夫定理与网络分析法326

15.3节点电压法333

15.4叠加原理333

15.5戴维南定理335

15.6诺顿定理340

15.7星形三角形联结变换344

15.8三角形星形联结变换345

15.9最大功率变换347

术语与概念348

第2部分模拟与数字电子系统353

16电子系统简介355

16.1“系统”的定义356

16.2电子系统357

16.3放大器基础357

16.4衰减器基础360

16.5方框图360

16.6方框图的画法361

重要公式361

术语与概念361

17无源滤波器362

17.1简介363

17.2滤波器的类型363

17.3频率特性365

17.4对数理论365

17.5对数坐标系368

17.6分贝（dB）369

17.7低通滞后滤波电路372

17.8高通超前滤波电路376

17.9带通滤波器379

17.10带阻滤波器382

17.11伯德图382

重要公式388

术语与概念389

18放大器等效电路391

18.1放大器恒压模式等效电路392

18.2放大器恒流模式等效电路394

18.3增益的分贝表示396

18.4运放的频率特性399

18.5反馈401

18.6反馈对输入和输出电阻的影响105

18.7反馈对带宽的影响407

18.8畸变407

重要公式408

术语与概念408

19半导体材料411

19.1简介412

19.2原子结构412

19.3共价键413

19.4N型半导体415

19.5P型半导体416

19.6结型二极管417

19.7结型二极管的结构和静态特性420

术语与概念422

20整流器423

20.1整流电路424

20.2半波整流电路424

20.3全波整流电路427

20.4桥式整流电路428

20.5平波器431

20.6稳压二极管433

重要公式434

术语与概念435

21基于三极管的放大器437

21.1简介438

21.2三极管438

21.3三极管结构439

21.4三极管共基与共射电路439

21.5共基电路的稳态特性440

21.6共射电路的稳态特性441

21.7α与β之间的关系442

21.8三极管的负载特性443

21.9三极管构成的放大器电路445

21.10电路参数选择451

21.11三极管等效电路452

21.12混合参数456

21.13三极管运放的增益限制457

21.14基于运放的稳压电源458

21.15作为开关的三极管462

重要公式462

术语与概念463

22基于场效应管的放大器468

22.1场效应管469

22.2结型场效应管469

22.3隔离型场效应管471

22.4场效应管的稳态参数473

22.5场效应管的等效电路473

22.6作为开关的场效应管475

重要公式476

术语与概念476

23其他半导体放大器478

23.1级联型放大器479

23.2集成电路483

23.3运算放大器484

23.4反相放大器485

23.5加法器486

23.6同相放大器488

23.7减法器489

23.8共模抑制比490

重要公式491

术语与概念491

24数/模转换接口系统494

24.1数/模转换的需求分析495

24.2数字到模拟的转换495

24.3数字到模拟转换硬件电路498

24.4数字到模拟转换实例500

24.5R/2R梯形数模转换器502

24.6模拟到数字转换503

24.7简单比较器505

24.8模拟到数字转换器506

24.9转换器应用实例508

术语与概念509

25数字信号基础512

25.1简介513

25.2二进制513

25.3十进制到二进制转换514



目录

目录

ⅹⅲ

25.4二进制加法515

25.5二进制减法516

25.6二进制乘法516

25.7二进制除法517

25.8二进制中的负数表示519

25.9带符号的二进制加法520

25.10带符号的二进制减法521

25.11带符号的二进制乘法522

25.12带符号的二进制除法523

25.13八进制系统524

25.14十六进制525

术语与概念526

26数字信号系统527

26.1逻辑简介528

26.2简单逻辑状态528

26.3逻辑运算“或”528

26.4逻辑运算“与”529

26.5逻辑运算“异或”529

26.6逻辑运算“非”530

26.7逻辑门电路5530

26.8逻辑运算“或非”531

26.9逻辑运算“与非”531

26.10组合逻辑电路532

26.11组合逻辑运算法则533

26.12逻辑电路标准化536

26.13卡洛图化简法539

26.14时序图546

26.15组合逻辑电路与时序逻辑电路547

26.16同步与非同步逻辑电路547

26.17简单存储电路548

26.18逻辑门集成电路556

26.19可编程逻辑与硬件描述语言557

重要公式561

术语与概念561

27数字信号分析565

27.1信号的定义566

27.2通过连续脉冲描述的信号572

27.3无限脉冲响应574

27.4离散时间系统的卷积和574

27.5离散时间系统的卷积积分577

27.6卷积的逆运算578

27.7无限脉冲响应与单位阶跃响应的

关系 579

27.8离散时间系统中的无限脉冲响应与

阶跃响应580

重要公式581

术语与概念582

28数据传输与信号处理584

28.1信息传输585

28.2模拟信号585

28.3数字信号586

28.4带宽588

28.5调制589

28.6滤波器591

28.7解调592

28.8信号放大593

28.9模拟或数字的选择594

术语与概念595

29通信596

29.1基本概念597

29.2信息论与编码599

29.3数据通信系统601

29.4高效通信编码602

29.5编码方式605

重要公式607

术语与概念607

30光纤传输系统609

30.1简介610

30.2光纤损耗610

30.3折射611

30.4光信号接收角613

30.5衰减614

30.6带宽614

30.7调制615

30.8光纤系统616

重要公式617

术语与概念618

第3部分电力工程619

31多相交流系统621

31.1单相系统的缺陷622

31.2三相电动势的产生622

31.3三相绕组的三角形联结623

31.4三相绕组的星形联结624

31.5星形联结电路中的电压和

电流627

31.6三角形联结电路中的电压和

电流628

31.7三相平衡负载下三相系统的功率631

31.8三相三线系统的功率测量632

31.9三相三线系统的功率因数测量634

31.10两相系统637

重要公式638

术语与概念639

32变压器642

32.1简介643

32.2磁心特性643

32.3理想变压器特性644

32.4变压器的电动势方程645

32.5变压器空载相量图647

32.6理想变压器帯负载相量图649

32.7变压器中励磁磁链和漏磁链651

32.8漏磁链产生的漏电感653

32.9减小漏磁链的方法653

32.10变压器等效电路654

32.11实际变压器带负载相量图655

32.12变压器近似等效电路656

32.13简化的变压器近似等效电路657

32.14变压器的电压调整率658

32.15变压器的效率662

32.16变压器最佳效率工作条件663

32.17变压器的开路与短路测试665

32.18由开路和短路测试计算变压器

效率666

32.19由开路测试计算变压器电压调

整率666

32.20三相磁心变压器668

32.21自耦变压器668

32.22电流型变压器669

32.23变压器励磁电流波形670

32.24空气磁心变压器671

重要公式672

术语与概念672

33电机学基础概述676

33.1电机的作用677

33.2电机中的能量转换过程677

33.3电机特性分析方法679

33.4磁场能量680

33.5磁场力的简单分析681

33.6能量守恒682

33.7转换能量与功率的区分685

33.8并联磁化表面的磁场力686

33.9旋转运动689

33.10磁阻电动机690

33.11双励磁电机692

重要公式694

术语与概念694

34交流同步电机绕组结构698

34.1同步电机基础特性699

34.2转子结构分类699

34.3定子绕组701

34.4定子绕组中感应电动势方程704

34.5三相电流产生的旋转磁链704

34.6三相电流产生的合成磁链分析706

34.7磁链旋转方向的反转708

重要公式709

术语与概念709

35交流同步电机的特性711

35.1三相同步发电机中的电枢反应712

35.2同步发电机的电压调整曲线713

35.3同步阻抗714

35.4同步发电机的并联717

35.5三相同步电动机运行原理719

35.6同步电动机的优缺点719

术语与概念720

36感应电动机722

36.1基本运行原理723

36.2转子电动势和电流的频率724

36.3三相感应电动机的等效电路725

36.4机械功率和转矩731

36.5转矩转速曲线和转子电阻的

影响735

36.6实验测量电动机参数737

ⅹⅳ

目录

目录

ⅹⅴ

36.7起动转矩742

36.8三相感应电动机匹配笼型电机

起动743

36.9笼型转子与集电环转子比较744

36.10制动744

36.11单相感应电动机745

36.12同电容器连接运行的感应电

动机747

36.13裂相电动机748

36.14罩极电动机748

36.15感应电动机的调速749

重要公式750

术语与概念750

37发电系统753

37.1能量单位754

37.2能量形式754

37.3能量转换与转换质量755

37.4电力需求和国家电网758

37.5发电站762

37.6核能发电768

37.7可再生能源发电769

37.8分布式发电793

37.9电力需求管理794

37.10发电成本797

重要公式799

术语与概念800

38电力系统802

38.1系统描述803

38.2电力系统分析804

38.3电压降落计算805

38.4中等长度导线808

38.5标幺方法813

38.6标幺阻抗814

38.7功率机制815

38.8电力系统故障819

38.9并网的表示822

重要公式823

术语与概念824

39直流电机结构827

39.1直流电机基本结构828

39.2双层鼓型绕组829

39.3电枢绕组中感应电动势的计算832

39.4电枢反应833

39.5直流电动机中的电枢反应836

39.6换向837

重要公式839

术语与概念839

40直流电机特性841

40.1电枢与定子的接线842

40.2直流电动机和发电机842

40.3直流电动机的转速844

40.4直流电动机的转矩845

40.5直流电动机的转速特性847

40.6直流电动机的转矩特性848

40.7直流电动机的调速849

重要公式855

术语与概念855

41控制系统电动机858

41.1简介859

41.2作为调节器的电动机859

41.3伺服系统要求860

41.4日内瓦凸轮861

41.5步进电动机861

41.6变磁阻电动机862

41.7混合式步进电动机863

41.8驱动电路865

术语与概念866

42电机的选择和效率计算868

42.1电机旋转869

42.2速度869

42.3功率容量与占空比870

42.4负载转矩871

42.5电动机工作环境872

42.6电机效率873

42.7磁滞回线874

42.8磁电流环理论874

42.9磁滞损耗876

42.10电动机和发电机损耗879

42.11直流电动机效率881

42.12近似的最高效率工作点882

42.13效率的定义882

术语与概念885

43电力电子基础887

43.1简介888

43.2晶闸管888

43.3晶闸管电路890

43.4晶闸管工作限制892

43.5晶闸管的实际应用892

43.6全控型交流/直流变换器892

43.7交流/直流变换893

43.8逆变器中的开关器件896

43.9三相整流器897

43.10三相全控型变换器899

43.11变频器调速感应电动机899

43.12感应电动机的软起动900

43.13开关型直流变换器901

重要公式903

术语与概念904

第4部分电子测量、传感器与执

行器905

44控制系统、传感器与执行器907

44.1简介908

44.2开环与闭环系统909

44.3阻尼910

44.4控制系统构成912

44.5传递函数913

44.6调节器与伺服电机914

44.7控制类型916

44.8传感器917

44.9执行器920

术语与概念921

45电子测量仪器922

45.1模拟与电子测量仪器简介923

45.2数字电压表924

45.3数字电流表与瓦特表926

45.4图形显示器件926

45.5真空二极管927

45.6真空三极管928

45.7真空管技术的现代应用929

45.8阴极射线管934

45.9阴级射线管偏转系统935

45.10阴级射线管示波器935

45.11数字示波器937

45.12示波器用于波形测量938

45.13示波器的连接939

术语与概念943

46模拟测量仪器945

46.1简介946

46.2电模拟显示仪表946

46.3控制器件947

46.4阻尼器件947

46.5移动永磁体电流表和电压表948

46.6热电偶器件952

46.7电力学器件952

46.8静电型电压表954

46.9整流型电流表和电压表954

46.10用惠斯通电桥测量电阻955

46.11电位器956

46.12产品化的电位器957

46.13电位器的标准化958

46.14利用电位器校准安培表958

46.15校准精度和误差958

46.16由测量仪器引入的误差961

术语与概念966

附录符号系统、缩写定义、电路器件

图标定义969

习题答案974

索引985