《電工技術(shù)與電子技術(shù)》全書分上、下兩冊。上冊內(nèi)容是: 電路理論及分析方法,正弦交流電路,三相電路,周期性非正弦波形,電路的暫態(tài)分析,磁路與變壓器,電動機,繼電器控制,可編程控制器(介紹西門子S7200型PLC),Multisim電路仿真。下冊內(nèi)容是: 半導體器件,交流放大電路,集成運算放大器及其應(yīng)用,功率放大電路,直流穩(wěn)壓電源,晶閘管及可控整流電路,門電路與邏輯代數(shù),組合邏輯電路,觸發(fā)器及時序邏輯電路,多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器,半導體存儲器,可編程邏輯器件(PLD,CPLD),模擬電路和數(shù)字電路的Multisim仿真。
作者主講的電工學課程于2003年被評為北京市精品課程,本書是作者多年從事電工學教學實踐和教學改革經(jīng)驗的總結(jié),可作為高等學校非電類專業(yè)電工學課程的教科書,也可作為工程技術(shù)人員參考書和培訓用書。
電工技術(shù)與電子技術(shù)(電工學)是高等學校非電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,是某些專業(yè)的后續(xù)課程,如微機原理、單片機原理及應(yīng)用、儀表測量及控制、汽車電子、核電子學等課程的先修課程。通過該課程的學習,學生可以掌握關(guān)于電路的基本理論和分析方法、初步了解電工基本技術(shù)(包括三相交流電、變壓器、電動機及其控制技術(shù))、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)。
本書是參照教育部1995年頒發(fā)的《電工技術(shù)》(電工學Ⅰ)和《電子技術(shù)》(電工學Ⅱ)兩門課程的基本要求,參考美國1999—2002年間出版的有關(guān)教材(參考文獻[5]~[10]),并結(jié)合清華大學電工學精品課建設(shè)和教學改革的成果編寫的。
清華大學電工學課程2002年被評為清華大學精品課程,2003年被評為北京市精品課程。多年來,該課程進行了許多改革,參考美國著名大學的教材和教學大綱,調(diào)整了該課程的教學大綱,去除了許多陳舊內(nèi)容,補充了許多新內(nèi)容。在課時大大壓縮的情況下,仍能做到“寬”和“新”,既符合教育部的基本教學要求,又具有先進性。
本書第1~第8章是傳統(tǒng)內(nèi)容,在繼承的基礎(chǔ)上保留了其經(jīng)典成分,并根據(jù)技術(shù)的發(fā)展作了部分補充和修改。第1章介紹最基本的電路理論和分析方法。第2章介紹正弦交流電路的分析與計算。第3章介紹三相電路中電流、電壓及功率的計算。第4章介紹周期性非正弦波形的分析計算方法。第5章介紹電路的暫態(tài)分析方法。第6章介紹磁路與變壓器。第7章介紹電動機。第8章介紹繼電器控制。在第9章介紹可編程控制器(PLC)及西門子S7200型PLC的原理與應(yīng)用。第10章介紹Multisim電路仿真及Multisim7仿真軟件。
電工技術(shù)和電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程,僅僅會做習題還不能很好地掌握,必須理論聯(lián)系實際,重視實際動手能力的訓練。計算機仿真和虛擬儀器的應(yīng)用可以彌補實驗課時和實驗室條件的不足,是實現(xiàn)電工學課程研究型教學的良好手段。本書第10章介紹了Multisim7仿真軟件在電路仿真和繼電器控制仿真中的應(yīng)用。在實際教學過程中,建議將仿真穿插在每章內(nèi)容中,每節(jié)課除了布置一般習題外還應(yīng)布置一道仿真習題,注重訓練學生對虛擬儀器的使用。另外,為便于與第8章內(nèi)容對照,將第9章可編程控制器的內(nèi)容安排在上冊,但該內(nèi)容屬于數(shù)控技術(shù),在學習下冊中有關(guān)數(shù)字電路的內(nèi)容后再講授效果會更好。
本書每章都配有適量的思考題和習題,第1~第7章以計算題為主,而第8~第10章以設(shè)計題為主,設(shè)計題盡量結(jié)合實際,以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。此外,考慮雙語教學的需要,本書還配寫有英文習題,方便學生了解國外同類課程的有關(guān)內(nèi)容,掌握英文名詞術(shù)語和電路符號。書后附有大部分習題的參考答案(圖形略)。
本書的編寫力求文字簡練,條理清楚,一些基本原理多用圖形說明,避免冗長的文字敘述,以利于學生課后復習和自學。
編者還為本書編寫了配套中文電子課件、英文電子課件、實驗指導、習題解答、英文習題及解答等,感興趣者可登錄北京市精品課網(wǎng)站,網(wǎng)址: http://166.111.92.10/jpkcgc/aao_70/index.jsp。這些資源將作為本教材的配套產(chǎn)品出版。
鑒于作者水平有限,書中難免有錯誤和不妥之處,懇請讀者予以指正,不勝感謝。
唐慶玉
2007年1月于清華園
tangqy@tsinghua.edu.cn
第1章電路理論及分析方法
1.1電路的基本概念
1.1.1電路模型
1.1.2電路元件
1.1.3電壓和電流的參考方向
1.1.4電路中電位的概念
1.1.5歐姆定律
1.1.6電路的功率和電能
1.2基爾霍夫定律
1.2.1基爾霍夫電流定律
1.2.2基爾霍夫電壓定律
1.3電路的分析方法
1.3.1電阻網(wǎng)絡(luò)的等效變換
1.3.2電源模型的等效變換
1.3.3支路電流法
1.3.4結(jié)點電位法
1.3.5疊加原理
1.3.6戴維寧定理和諾頓定理
1.3.7最大功率傳輸原理
1.4受控源電路的分析
1.4.1受控源模型
1.4.2含受控源電路的分析方法
主要公式
思考題
習題
PROBLEMS
第2章正弦交流電路
2.1正弦電壓與電流
2.1.1正弦量的參考方向和交流電源模型
2.1.2周期、頻率和角頻率
2.1.3相位、初相位和相位差
2.1.4最大值和有效值
2.2正弦量的相量表示法和復數(shù)表示法
2.3正弦交流電路中的元件
2.3.1電阻元件
2.3.2電感元件
2.3.3電容元件
2.4正弦交流電路的分析與計算
2.4.1RLC串聯(lián)電路
2.4.2阻抗網(wǎng)絡(luò)與等效阻抗
2.4.3復雜正弦交流電路的計算
2.5正弦交流電路的功率
2.5.1正弦交流電路的功率
2.5.2功率因數(shù)的提高
2.5.3最大功率傳輸原理
2.6電路中的諧振
2.6.1串聯(lián)諧振
2.6.2并聯(lián)諧振
2.7電路的頻率特性
2.7.1傳遞函數(shù)與電路的頻率特性
2.7.2濾波器與波特圖
主要公式
思考題
習題
PROBLEMS
第3章三相電路
3.1三相交流電源
3.1.1三相交流電源的產(chǎn)生
3.1.2三相交流電源的聯(lián)接
3.2三相電路的負載
3.2.1三相負載的星形聯(lián)接
3.2.2三相負載的三角形聯(lián)接
3.3三相電路的功率
3.3.1三相電路的功率
3.3.2三相電路的功率測量
主要公式
思考題
習題
PROBLEMS
第4章周期性非正弦波形
4.1周期性非正弦波形
4.2傅里葉級數(shù)
4.3傅里葉頻譜
4.4周期性非正弦波形的有效值
4.5周期性非正弦電路的計算
4.6周期性非正弦電路的平均功率
4.7失真度
主要公式
思考題
習題
PROBLEMS
第5章電路的暫態(tài)分析
5.1換路定理
5.2一階RC電路的暫態(tài)分析
5.2.1經(jīng)典法
5.2.2時間常數(shù)
5.3一階RL電路的暫態(tài)分析
5.4三要素法
5.5脈沖激勵下的RC電路
5.5.1單脈沖激勵下的RC電路
5.5.2序列脈沖激勵下的RC電路
5.6含有多個電容的一階電路
5.6.1多個電容可以等效為一個電容
5.6.2換路后出現(xiàn)電容并聯(lián)
5.6.3換路后恒壓源與電容構(gòu)成回路
*5.7RLC二階電路的暫態(tài)過程
思考題
習題
PROBLEMS
第6章磁路與變壓器
6.1磁路
6.1.1磁場與電磁場
6.1.2磁通與磁感應(yīng)強度
6.1.3直流勵磁下的磁路和磁通勢
6.1.4磁場強度
6.1.5安培環(huán)路定律
6.1.6磁性材料的特性、磁導率和磁化曲線
6.1.7直流勵磁下的磁路計算
6.1.8鐵心線圈的電感
6.2交流勵磁下的鐵心線圈
6.2.1電壓、電流與磁通的關(guān)系
6.2.2功率損耗和等效電路
6.3變壓器
6.3.1變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理
6.3.2變壓器繞組的極性
6.3.3映射阻抗
6.3.4實際鐵心變壓器的等效模型
6.3.5變壓器的額定參數(shù)、外特性及效率
6.3.6變壓器的應(yīng)用
6.3.7其他類型變壓器
主要公式
思考題
習題
PROBLEMS
第7章電動機
7.1三相異步電動機
7.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動原理
7.1.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性
7.1.3三相異步電動機的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)
7.1.4三相異步電動機的使用
7.2單相異步電動機
7.2.1分相式單相異步電動機
7.2.2罩極式單相異步電動機
7.3直流電機
7.3.1直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理
7.3.2直流電動機的機械特性
7.3.3直流電動機的調(diào)速
7.3.4直流電動機的使用
7.4控制電機
7.4.1步進電機
7.4.2伺服電機
主要公式
思考題
習題
PROBLEMS
第8章繼電器控制
8.1低壓電器
8.1.1開關(guān)
8.1.2熔斷器
8.1.3自動空氣開關(guān)
8.1.4按鈕
8.1.5行程開關(guān)
8.1.6接觸器
8.1.7熱繼電器
8.1.8時間繼電器
8.1.9中間繼電器及其他控制繼電器
8.2基本控制電路
8.2.1起動、停止控制
8.2.2點動控制
8.2.3兩地控制
8.2.4正、反轉(zhuǎn)控制
8.2.5行程控制
8.2.6順序控制
8.2.7時間控制
8.3應(yīng)用舉例
思考題
習題
PROBLEMS
第9章可編程控制器
9.1PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理
9.1.1PLC控制系統(tǒng)
9.1.2PLC的結(jié)構(gòu)
9.1.3PLC的存儲器類型及尋址方式
9.2PLC的編程語言及工作方式
9.2.1梯形圖
9.2.2語句表
9.2.3PLC的工作方式
9.3PLC的基本指令
9.3.1位邏輯指令
9.3.2邏輯堆棧指令
9.3.3定時器指令
9.3.4計數(shù)器指令
9.3.5跳變檢測指令
9.3.6置位和復位指令
9.3.7數(shù)據(jù)傳送指令
9.3.8移位和循環(huán)移位指令
9.4PLC的應(yīng)用舉例
9.4.1三相異步電動機-△起動PLC控制
9.4.2十字路口交通燈PLC控制
思考題
習題
第10章Multisim電路仿真
10.1Multisim7的使用方法
10.1.1操作界面
10.1.2電路的建立與仿真分析方法
10.2基本電路的仿真
10.2.1電路習題解答仿真
10.2.2電路的頻率特性仿真
10.2.3電路的暫態(tài)過程仿真
10.3繼電器控制仿真
10.3.1三相異步電動機控制
10.3.2時間控制
10.4傅里葉分析
習題
PROBLEMS
附錄中外電路常用符號對照表
部分習題答案
參考文獻