《21世纪高等学校规划教材·电子信息:电工电子技术》依据教育部高等学校“电工电子技术”课程教学内容的基本要求编写,编写中力求做到结合工程实际,并充分考虑到现代电丁电子技术的飞速发展。《21世纪高等学校规划教材·电子信息:电工电子技术》既有严密完整的理论体系,又具有较强的实用性。《21世纪高等学校规划教材·电子信息:电工电子技术》将电工技术、电子技术、安全用电与工业用电等内容进行整合重构,实现了理论和实践的有机融合,主要内容包括电路的基本概念和基本定律、电路的基本分析方法和基本定理、正弦交流电路、三相交流电及其应用、磁路和变压器、常用低压电器与电动机、半导体器件和基本放大电路、集成运算放大器及其他模拟集成电路、直流稳压电源、集成门电路及组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路、大规模集成电路以及技能训练。书中给出了大量的例题和习题,以便学生自学。
《21世纪高等学校规划教材·电子信息:电工电子技术》适合普通应用型本科机械设计与制造、数控技术、车辆工程、电子信息以及计算机等专业作为“电工电子技术”课程教材使用,也适合高职相关专业作为教材以及企业工程技术人员作为技术参考书使用。
“电工电子技术”是一个理论性、专业性、应用性、基础性均较强的课程,所涉及的内容又极为广泛,内容本身也较难掌握,如何在规定的较少学时内,使学生掌握电工电子技术的基本知识,并具有一定的实践能力,成为教学实施的难点。
目前“电工电子技术”流行教材普遍存在一些问题,要么过分重视理论的讲述,内容烦琐而生涩难懂,实际技能知识不足,不利于高素质技能人才的培养; 要么重视了实际技能,而忽视了基本理论知识的系统性和完整性,使学生不能充分理解,很难有所发展。并且,普遍存在文字叙述不流畅、逻辑性不强的问题。
为此,我们经过充分的调研、论证,本着知识够用、知识点新、技能应用性强、利于理解和自学的原则,将电工技术、电子技术与安全用电、工业用电等内容进行整合重构,形成了“电工电子技术”这本教材。本教材是联合兄弟院校以及相关企业编写,由清华大学出版社出版的规划教材。
本书紧密结合应用型高等教育的特点,在理论体系完整的前提下,将知识点和能力点有机结合,加强了实际应用内容,利于读者实践能力的培养; 教材内容编排力求顺序合理、逻辑性强,内容叙述力求简明扼要、深入浅出、通俗易懂、可读性强,读者更易学习和掌握,也便于教师教学; 对加宽加深的内容均注有“*”号,以便于不同专业选讲和自学; 为了加强实际能力培养,每个项目都安排了足够的技能训练内容,放在附录中,以供选择。
本书参考理论教学学时为64学时,实践学时为32学时,可以根据教学要求适当调整教学学时。焦作大学靳孝峰教授组织编写,负责制定编写要求和详细的内容编写目录,对全书进行统稿和定稿; 焦作大学靳孝峰、李鸿征、刘云朋担任主编; 郑州城市职业学院田海丽、河南黄河河务局杨淼、郑州轻工业学院杨坤和郝蕴琦担任副主编; 焦作大学王良斌、焦煤集团焦作神华重型机械制造有限公司徐彤、平顶山天安煤业股份有限公司安全技术培训中心刘云霞和侯向平参与本书编写。郝蕴琦编写第1章、第2章; 田海丽编写第3章、第4章; 刘云霞编写第5章; 侯向平编写第6章; 杨坤编写第7章; 杨淼编写第8章; 徐彤编写第9章; 刘云朋和靳孝峰共同编写第10章和附录; 李鸿征编写第11章; 王良斌编写第12章。
本书由郑州大学宋家友教授负责审阅,并提出了宝贵建议。本书的编写得到了清华大学、郑州大学、焦作大学、郑州轻工业学院、郑州城市职业学院、中原工学院、河南理工大学、河南黄河河务局等兄弟院校和企业的大力支持和热情帮助,清华大学出版社的工作人员为本书的成功出版付出了艰辛的劳动。编者在此对为本书成功出版作出贡献的所有工作人员表示衷心的感谢,同时对本书所用参考文献的作者表示诚挚的谢意。
教材中还有许多不完善之处,殷切地期望读者给予批评和指正,以便不断改进。
编者
2015年5月
第1章电路的基本概念和基本定律
1.1实际电路与电路模型
1.1.1电路的组成及作用
1.1.2电路元器件及电路模型
1.2电路的主要物理量及参考方向
1.2.1电流和电压
1.2.2电位和电动势
1.2.3电功率和电能
1.3电阻元件及欧姆定律
1.3.1电阻元件
1.3.2电路的欧姆定律
1.3.3电阻的连接方式
1.4电路的3种工作状态和电气设备的额定值
1.4.1电路的3种工作状态
1.4.2电气设备的额定值
1.5基尔霍夫定律
1.5.1基本概念
1.5.2基尔霍夫电流定律
1.5.3基尔霍夫电压定律
1.6电压源与电流源及其等效变换
1.6.1电压源与电流源
1.6.2电压源与电流源的等效变换
1.6.3受控电源
小结
习题
第2章电路的基本分析方法和基本定理
2.1支路电流法
2.2节点电位法
2.3叠加定理和齐次定理
2.3.1叠加定理
2.3.2齐次定理
2.4戴维南定理和诺顿定理
2.4.1戴维南定理
2.4.2诺顿定理
2.5最大功率传输定理及应用
小结
习题
第3章正弦交流电路
3.1正弦交流电及其相量表示
3.1.1正弦交流电的三要素
3.1.2正弦交流电的相位差
3.1.3正弦交流电的相量表示法
3.2单一理想元件正弦交流电路的分析
3.2.1电阻元件及其交流特性
3.2.2电感元件及其交流特性
3.2.3电容元件及其交流特性
3.3RLC串联电路
3.3.1RLC串联电路的伏安关系和阻抗
*3.3.2RLC串联电路的功率分析
*3.3.3RLC串联电路的谐振问题
3.4RLC并联电路
*3.4.1RLC并联电路的伏安关系和导纳
3.4.2RLC并联电路的谐振问题
3.5功率因数的提高
3.5.1功率因数的意义
3.5.2提高功率因数的方法
*3.6线性电路的暂态过程分析
3.6.1电路的暂态和换路定律
3.6.2一阶电路的暂态过程及三要素法
3.6.3RC电路的应用
3.6.4暂态过程的危害及防止
小结
习题
第4章三相交流电及其应用
4.1三相正弦交流电源
4.1.1三相电压的产生及其特点
4.1.2三相电源的连接
4.2三相负载的连接
4.2.1三相负载的星形连接及特点
4.2.2三相负载的三角形连接及特点
4.3三相电路的功率
4.4安全用电基本知识
*4.4.1发输电及供配电
4.4.2触电的类型及常见的触电方式
4.4.3防止触电的保护措施
4.4.4节约用电
小结
习题
第5章磁路和变压器
5.1磁路的基本知识
5.1.1磁场的基本物理量
5.1.2磁路和磁路的基本定律
5.1.3铁磁性材料的磁性质
*5.2交流铁芯线圈电路
5.2.1交流铁芯线圈电路中的电磁关系
5.2.2交流铁芯线圈的功率损耗
5.3变压器的基本结构及工作原理
5.3.1变压器的基本结构
5.3.2变压器的工作原理
*5.4变压器的特性及应用
5.4.1变压器的外特性、损耗和效率
5.4.2变压器的额定值
5.4.3变压器绕组的极性
*5.5特殊变压器和三相变压器
5.5.1特殊变压器
5.5.2三相变压器
小结
习题
第6章常用低压电器与电动机
*6.1常用低压电器
6.1.1刀开关和熔断器
6.1.2按钮和行程开关
6.1.3继电器
6.1.4交流接触器
6.1.5电磁阀
6.2三相异步电动机
6.2.1电动机的分类
6.2.2三相异步电动机的基本结构及主要特性
6.2.3三相异步电动机的控制与使用
*6.3其他电动机简介
6.3.1单相异步电动机
6.3.2三相同步电动机
6.3.3直流电动机
6.3.4微特电动机
6.4电动机的选择
小结
习题
第7章半导体器件和基本放大电路
7.1常用半导体器件
7.1.1半导体与PN结
7.1.2半导体二极管
7.1.3双极型半导体三极管
*7.1.4场效应管
*7.1.5晶闸管
7.2放大电路概述
7.2.1放大电路的基本概念
7.2.2放大电路的性能指标
7.3双极型单管放大电路
7.3.1单管共射放大电路的基本组成和工作原理
7.3.2放大电路的图解分析法
7.3.3微变等效电路分析法
7.3.4静态工作点稳定电路
7.3.5共集和共基放大电路
*7.4场效应管放大电路
7.4.1场效应管放大电路的偏置电路
7.4.2共漏和共源放大电路的动态分析
7.4.3共漏和共源场效应管放大电路的比较
*7.5功率放大电路
7.5.1功率放大电路概述
7.5.2OCL互补对称功率放大电路
7.5.3OTL互补对称功率放大电路
*7.6多级放大电路
7.6.1多级放大电路的耦合方式
7.6.2多级放大电路的分析
*7.6.3多级放大电路的频率响应
小结
习题
第8章集成运算放大器及其他模拟集成电路
8.1集成运算放大器概述
8.1.1集成电路的特点和类型
8.1.2集成运算放大器的组成及其表示符号
8.1.3集成运算放大器的分类
8.1.4集成运算放大器的主要技术指标
8.1.5集成运算放大器的选择及应用
8.1.6理想集成运算放大器及其工作特点
*8.2放大电路中的反馈
8.2.1反馈概述
8.2.2反馈的类型与判别
8.2.3负反馈对放大器性能的影响
8.2.4负反馈放大器的自激与稳定
8.3集成运算放大器构成的模拟运算电路
8.3.1比例运算电路
8.3.2求和运算电路
8.3.3积分和微分运算电路
*8.3.4对数和反对数运算电路
*8.4集成运算放大器构成的有源滤波器和电压比较器
8.4.1有源滤波器
8.4.2电压比较器
*8.5集成运算放大器构成的信号产生电路
8.5.1非正弦波信号产生电路
8.5.2正弦波信号产生电路
8.6其他模拟集成电路
8.6.1集成模拟乘法器及其应用
8.6.2集成功率放大器及其应用
小结
习题
第9章直流稳压电源
9.1直流电源概述
9.1.1直流稳压电源的组成
9.1.2稳压电源的类型及主要性能指标
9.2单相整流电路和滤波电路
9.2.1单相整流电路
9.2.2滤波电路
9.3三端稳压器及其应用
9.3.1三端固定式集成稳压器
9.3.2三端可调集成稳压器
9.3.3三端集成稳压器的使用注意事项
小结
习题
第10章集成门电路及组合逻辑电路
10.1数字电路概述
10.1.1数字信号和数字电路
10.1.2数的进制和二进制代码
10.2逻辑代数基础
10.2.1逻辑代数及其运算
10.2.2逻辑代数的公理和公式
10.2.3逻辑问题的表示方法及相互转换
10.2.4逻辑函数的最小项及其最小项表达式
10.3逻辑函数的化简
10.3.1逻辑函数化简的意义和最简的概念
10.3.2逻辑函数的代数化简法
10.3.3逻辑函数的卡诺图化简法
10.4集成逻辑门电路
10.4.1逻辑门电路的特点及其类型
10.4.23种基本逻辑门电路
10.4.3TTL集成逻辑门电路
10.4.4CMOS集成逻辑门电路
10.4.5集成逻辑门电路的性能参数及应用
10.5组合逻辑电路的分析与设计
10.5.1组合逻辑电路概述
10.5.2组合逻辑电路的分析
*10.5.3组合逻辑电路的设计方法
10.6常见中规模组合逻辑芯片及其应用
10.6.1集成编码器及其应用
10.6.2集成译码器及其应用
10.6.3集成数据选择器及其应用
小结
习题
第11章触发器和时序逻辑电路
11.1集成触发器
11.1.1触发器的特点与类型
11.1.2基本RS触发器
11.1.3常见触发器的逻辑功能
11.1.4触发器的电路结构和动作特点
11.1.5集成触发器应用注意事项
11.2时序逻辑电路
11.2.1时序逻辑电路概述
11.2.2时序逻辑电路的分析
11.3集成计数器及其应用
11.3.1计数器概述
11.3.2同步计数器
11.3.3异步计数器
11.3.4集成计数器
11.3.5集成计数器的应用
11.4集成寄存器及其应用
11.4.1寄存器概述
11.4.2数据寄存器
11.4.3移位寄存器
11.4.4集成寄存器
11.4.5集成寄存器的应用
11.5集成555定时器及其应用
11.5.1555定时器概述
11.5.2555定时器的电路结构和逻辑功能
11.5.3用555定时器构成施密特触发器
11.5.4用555定时器构成单稳态触发器
11.5.5用555定时器构成多谐振荡器
11.5.6555定时器综合应用实例
小结
习题
第12章大规模集成电路
12.1数/模转换器
12.1.1数/模转换器概述
12.1.2数/模转换器的组成和转换过程
12.1.3数/模转换器的主要技术指标及选用
12.1.4集成D/A转换器及应用
12.2模/数转换器
12.2.1模/数转换器概述
12.2.2模/数转换的过程
12.2.3A/D转换器的主要技术指标及选用
12.2.4集成A/D转换器及应用
12.3半导体存储器
12.3.1半导体存储器概述
12.3.2只读存储器
12.3.3随机存取存储器
12.3.4存储器的扩展及应用
*12.4可编程逻辑器件
小结
习题
附录A技能训练
A.1直流电路的测量
A.2叠加原理的验证
A.3日光灯电路的接线及功率因数的提高
A.4三相正弦交流电路电压、电流、功率的测量
A.5参观中小型变电所
A.6半导体二极管的检测和判别
A.7半导体三极管的检测和判断
A.8半导体场效应管的选择与判别
A.9阻容耦合单管放大电路的测量和调试
A.10集成运算放大器指标测试
A.11集成运算放大器的应用
A.12直流稳压电源的制作和调试
A.13TTL和CMOS集成门电路测试
A.14组合逻辑电路的设计与测试
A.15数据选择器及其应用
A.16触发器及其逻辑功能测试
A.17计数器及其应用
A.18移位寄存器及其应用
A.19555定时器及其应用
A.20D/A、A/D转换器及其应用
A.21EPROM的应用
附录B国产半导体集成电路型号命名法(GB 3430—1982)
B.1型号的组成
B.2实际器件举例
参考文献
(1)电路是电流通过的路径,有直流电路和交流电路之分。电路由电源、中间环节及负载三部分组成,电源供给能量,负载消耗能量。电路有两方面的作用:一是实现电能的传输、分配和转换;二是实现信号的传送、处理、产生。实际电路可以用电路模型来表示,电路模型由理想电路元器件按照支路和节点方式构成。
(2)电路中常用的物理量主要有电压U、电流J、电位V、电动势E、电功率P和电能W。电压、电流等有参考方向和实际方向,应用时,可以按照关联和非关联进行规定,一般多设定为关联参考方向。
(3)欧姆定律阐明了电路中电阻元件的伏安特性,电阻有线性和非线性之分,在电路中有串联和并联以及复杂连接方式。
(4)电路通常有3种工作状态:负载工作状态是电路的通常工作状态;空载运行状态(又称为断路或开路状态),它是电路的一个极端运行状态;短路状态是电路的另一个极端运行状态,通常不允许电路工作在这种状态。电气设备的额定值主要有额定电流、额定电压、额定功率、额定频率等。额定值是电气设备正常运行的重要条件。