電工學(xué)

內(nèi)容概要

本書是PEARSON EDUCATION出版的一本在世界范圍非常有影響的教材，其內(nèi)容包括電路分析、數(shù)字系統(tǒng)、電子學(xué)和電機，適用于電專業(yè)學(xué)生的專業(yè)導(dǎo)論課程或非電專業(yè)學(xué)生的概論課程。與此前兩版一樣，編寫指導(dǎo)思想有以下三點：第一，長遠(yuǎn)來看，學(xué)生應(yīng)學(xué)好基本概念；其次，通過應(yīng)用實例來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；第三，盡可能使學(xué)生避免學(xué)習(xí)挫折。.
本書的主要內(nèi)容有：基本電路分析和測量、一階和二階電路的瞬態(tài)響應(yīng)、交流穩(wěn)態(tài)電路、諧振和頻率響應(yīng)、數(shù)字邏輯電路、微控制器(68HC11)、基于計算機的測量儀器(含LabVIEW)、二極管電路、放大電路、場效應(yīng)晶體管和雙極型晶體管、運算放大器、變壓器、交流電機和直流電機、計算機輔助電路分析(PSpice)。..
本書注重基本概念，每一部分都安排一段概括電氣工程概念在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，包括內(nèi)燃機中的抗震信號處理、心臟起搏器、動態(tài)噪音控制、全球定位系統(tǒng)(GPS)等等。
本書可供普通高等學(xué)校作為電工學(xué)課程雙語教學(xué)的教材使用，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

作者：(美)漢布利
序言
與上兩版本一樣，本書的編寫指導(dǎo)思想主要有以下三點：第一，長遠(yuǎn)來看，學(xué)生應(yīng)學(xué)好基本概念；其次，通過應(yīng)用實例來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，第三，盡可能使學(xué)生避免學(xué)習(xí)挫折。.
本書包括電路分析、數(shù)字系統(tǒng)、電子學(xué)和電機，適用于電氣工程學(xué)生的專業(yè)導(dǎo)論課程或非電專業(yè)學(xué)生的
概論課程。先修課程只需要基礎(chǔ)物理學(xué)和單變量微積分。本書主要內(nèi)容包括：
■基本電路分析和測量
■一階和二階電路的瞬態(tài)響應(yīng)
■交流穩(wěn)態(tài)電路
■諧振和頻率響應(yīng)
■數(shù)字邏輯電路
■微控制器(68HCll)
■基本計算機的測量儀器(含LabVIEW)
■二極管電路
■放大電路
■場效應(yīng)晶體管和雙極型晶體管
■運算放大器
■變壓器
■交流電機和直流電機
■計算機輔助電路分析(PSpice)
本書注重基本概念，每一部分都安排一段概括電氣工程概念在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，包括內(nèi)燃機中的抗震信號處理、心臟起搏器、動態(tài)噪音控制、全球定位系統(tǒng)(GPS)等等。
非常歡迎本書的使用者提出寶貴建議，有關(guān)本書改進(jìn)的建議尤其有價值，而且將會體現(xiàn)在修訂版中，我的電子郵件地址是arhamble@mtu．edu．
軟 件
.　　本書附有二張光盤，一張為學(xué)生版LabVIEW 7，在9.4中將簡略介紹其使用方法。LabVIEW現(xiàn)已經(jīng)成為工程儀器和測量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件包，我們試圖讓學(xué)生學(xué)會用LabVIEW、個人電腦和數(shù)據(jù)采集卡快速構(gòu)建特殊用途的儀器和控制系統(tǒng)，為他們今后進(jìn)一步開始計算機輔助儀器技術(shù)打下基礎(chǔ)。
第二張光盤是OrCAD9.2家庭精簡版；這是Cadence System公司開發(fā)的電路分析和設(shè)計的一組功能強大的程序。附錄D介紹了如何建立電路及設(shè)置分析，其中PSpice用于分析電路，Probe用于觀察結(jié)果。從第2章開始，全書選擇了大量電路作為分析實例。學(xué)生們將會發(fā)現(xiàn)，計算機輔助分析是擴展他們對電路感性認(rèn)識的一個非常有效的方法，也是檢查答題結(jié)果的一個很好的手段。
除了提供評估版軟件；；本書涉及的虛擬儀器(LabVIEW程序)和電路文件都包含在OrCAD光盤內(nèi)。此外，每章練習(xí)解答、部分章末問題答案和各章的主要公式匯集也以pdf格式文件包含在OrCAD光盤之中。
第三版的變化及新特征
■提供具有全部功能的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)儀器軟件學(xué)生版LadVIEW 7，可供學(xué)生在后續(xù)課程中使用。
■每章的章末問題都幾乎增加了百分之二十以上。
■為增強閱讀性，全書作了多處修改并添加了一些內(nèi)容。
■第1章增加了一個利用KVL、KCL和歐姆定律分析電路的例子。
■6．5節(jié)增加了利用MATLAB畫Bode圖的介紹。
■第9章增加了一個傳感器負(fù)載的例子，LabVIEW的相關(guān)內(nèi)容也作了更新。
■增加了“實際應(yīng)用9．1虛擬一攻線”
■增加了“實際應(yīng)用11。1電子圖釘探測器”，說明電工理論的應(yīng)用。
■刪除了第11章的平衡電路設(shè)計。
■重新組織了第14章運算放大器，在反相放大器分析中引入了求和點約束。
■增加了16．7直流發(fā)電機。
■第17章增加了無刷直流電機。
■教師手冊提供了附錄A和C中的練習(xí)及問題解答，同時在OrCAD光盤上提供給學(xué)生參考。
先修課程
本書的先修課程是基礎(chǔ)物理學(xué)和單變量微積分學(xué)，先修微分方程課程對學(xué)習(xí)本課程會有幫助，但不是必要的。微分方程將在第4章瞬態(tài)分析中用到，但是所需的基礎(chǔ)可以從基本微積分學(xué)導(dǎo)出。..
教學(xué)特點
本書包括多種激發(fā)學(xué)生興趣、避免概念混淆和指導(dǎo)學(xué)生擇業(yè)的材料，符合教學(xué)特點，包括：
■每章開始有一段關(guān)于學(xué)習(xí)目的敘述。
■在頁邊空白處，總結(jié)、強調(diào)要點或需要避免常見錯誤。
■用加框文字給出電工理論在其他工程領(lǐng)域的應(yīng)用，例如，動態(tài)噪音消除(第263頁)和心臟起搏器
(364頁開始)。
■解題過程循序漸進(jìn)，例如，節(jié)點電壓分析的一步一步總結(jié)(72—73頁)及戴維寧等效的歸納(88頁)。
■在OrCAD光盤上提供每章練習(xí)的全部解答(pdf文件)，供學(xué)生學(xué)習(xí)時參考。
■大約四分之一的章末問題答案也以pdf文件格式在OrCAD光盤中提供給學(xué)生，幫助學(xué)生建立信心并指導(dǎo)學(xué)生課外閱讀。
■每章結(jié)束給出重點摘要，供學(xué)生參考。
■重要公式在書中用黑體給出并以pdf格式文件在OrCAD光盤提供給學(xué)生，以便快速、方便地檢索。
滿足認(rèn)證培訓(xùn)教學(xué)需求
本書可為多種授權(quán)證書培訓(xùn)提供很好選擇，標(biāo)準(zhǔn)工程認(rèn)證(Criteria for Accrediting Engineering Programs)要求，畢業(yè)生應(yīng)有“應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程知識的能力”和“認(rèn)識、表述和解決工程問題的能力?！北緯哪康恼菫榕囵B(yǎng)學(xué)生這些能力而編寫的。
同時，畢業(yè)生必須有“設(shè)計、組織實驗及分析和解釋數(shù)據(jù)的能力?！钡?章基于計算機的儀器系統(tǒng)就是旨
在培養(yǎng)這一能力，若課程包含實驗，則該方面能力可得到進(jìn)一步培養(yǎng)。
此外，標(biāo)準(zhǔn)要求“團、隊協(xié)作的能力”和“有效溝通的能力?！被诒緯恼n程為非電類專業(yè)學(xué)生提供相關(guān)知識及有效地與電氣工程師溝通的能力訓(xùn)練。本書也幫助電氣工程師了解電工理論在其他工程領(lǐng)域的應(yīng)用，為了加強交流，每章的章末問題要求學(xué)生以他們自己的語言來解釋電氣工程概念。
本書所附的LabVIEW和OrCADPSpice軟件包可作為培養(yǎng)“使用技術(shù)、技能和現(xiàn)代工程必備工具進(jìn)行工程實踐能力”的一個手段。
解答手冊及網(wǎng)站
學(xué)生能在OrCAD光盤和網(wǎng)站上找到每章練習(xí)解答和部分章末問題答案(不含解答過程)。
本書勘誤的信息和解答手冊將會在網(wǎng)站上公布，本書主頁為http：／／www．prenhall．com／hambley
教師資源
網(wǎng)站上也包含各種教師資源：
■PowerPoint演示稿
■Syllabus Builder
■Word格式和pdf格式的教師手冊
此外，出版社可為采用本書的教師提供印刷的完整解答手冊。
目錄及內(nèi)容組織
Part I電路
第1章定義電流、電壓、功率和能量，介紹基爾霍夫定律，定義電壓源、電流源和電阻。
第2章研究電阻電路，介紹網(wǎng)絡(luò)化簡、節(jié)點電壓和網(wǎng)孔電流分析法；介紹戴維寧等效、疊加定理和惠斯通電橋。
第3章介紹電容、電感和互感。
第4章討論電路的瞬態(tài)響應(yīng)，首先介紹一階RL和RC電路和時間常數(shù)，然后討論二階電路。
第5章討論正弦穩(wěn)態(tài)電路，介紹功率計算、交流電路戴維寧和諾頓等效、對稱三相電路，附錄A為復(fù)數(shù)運算的復(fù)習(xí)。
第6章討論頻率響應(yīng)、Bode圖、諧振、濾波器和數(shù)字信號處理，初步建立傅立葉理論(信號由具有各種不同幅度、相位和頻率的正弦成份組成)的基本概念。
PartⅡ數(shù)字系統(tǒng)
第7章介紹邏輯門、二進(jìn)制數(shù)值表達(dá)、組合邏輯和時序邏輯，討論布爾代數(shù)、摩根定律、真值表、卡諾圖，編碼器、譯碼器、觸發(fā)器和寄存器。
第8章以摩托羅拉68HCll為例重點討論嵌入式系統(tǒng)的微型計算機，介紹計算機結(jié)構(gòu)和存儲器類型。概述使用微控制器的數(shù)字處理控制，最后，簡單介紹68HCll的指令系統(tǒng)和尋址模式，非常簡要地介紹匯編語言編程。
第9章討論基于計算機的測量系統(tǒng)，包括測量概念、傳感器、信號調(diào)理和模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換。章末討論LabVIEW，包含學(xué)生可復(fù)制到自己計算機上學(xué)生版中使用的虛擬儀器。
PartⅢ電子學(xué)
第10章介紹二極管及其電路模型、負(fù)載線分析和二極管電路，如整流電路、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和波形形成電路。
第11章從應(yīng)用的角度討論放大電路的性能參數(shù)和缺陷，包括增益、輸入阻抗、輸出阻抗、負(fù)載效應(yīng)、頻率響應(yīng)、脈沖響應(yīng)、非線性失真、共模抑制和直流偏移。
第12章介紹MOS場效應(yīng)晶體管及其特性曲線、負(fù)載線分析、大信號和小信號模型、偏置電路、共源放大電路和源極跟隨器。
第13章類似地介紹雙極型晶體管，如需要，第12和13章的次序可顛倒，另一種選擇是略去這兩章的大部分內(nèi)容，而將更多時間用于其他主題。
第14章討論運算放大器及其應(yīng)用，非電類專業(yè)學(xué)生能從本章學(xué)習(xí)如何使用和設(shè)計用于各自領(lǐng)域測量儀器的運算放大器電路。
Part Ⅳ電機
第15章復(fù)習(xí)磁場基本理論、磁路分析，介紹變壓器。
第16和17章分別討論直流電機和交流電機，因為非電氣工程師更多是使用電動機，所以重點介紹電動機而不是發(fā)電機，第16章在討論直流電機之前，首先介紹電動機原理及其等效電路和特性計算，討論原型電動機及其應(yīng)用。
第17章從三相感應(yīng)電動機開始討論交流電動機，分析同步電機及其對功率因數(shù)矯正的優(yōu)勢。 同時討論了單相感應(yīng)電動機等小型電動機，本章最后介招了步進(jìn)電機和無刷直流電機。...

書籍目錄

chapter 1.
1.1 determining current given charge
1.2 power calculations
1.3 energy calculation
1.4 resistance calculation
1.5 determining resistance for given power and voltage ratings
1.6 circuit analysis using arbitrary references
1.7 using kvl, kcl, and ohm's law to solve a circuit
chapter 2
2.1 combining resistances in series and parallel
2.2 circuit analysis using series/parallel
equivalents
2.3 application of the vorage-division
principle
2.4 applying the current- and
voltage-division principles
2.5 application of the current-division
principle
2.6 node-voltage analysis
2.7 node-voltage analysis
.2.8 node-voltage analysis
2.9 node-voltage analysis with a
dependent source
2.10 node-voltage analysis with a
dependent source
2.11 mesh-current analysis
2.12 mesh-current analysis
2.13 mesh-current analysis with controlled
sources
2.14 determining the thevenin equivalent circuit
2.15 zeroing sources to find th6venin resistance
2.16 th6venin equivalent of a circuit with a dependent source
2.17 norton equivalent circuit
2.18 using source transformations
2.19 determining maximum power transfer
2,20 circuit analysis using superposition
2.21 using a wheatstone bridge to measure resistance
chapter 3
3.1 determining current for a capacitance given voltage
3.2 determining voltage for a capacitance given current
3.3 current, power, and energy for a capacitance
3.4 calculating capacitance given physical parameters
3.5 what happened to the missing energy?
3.6 voltage, power, and energy for an inductance
3.7 inductor current with constant applied voltage
chapter 4
4.1 steady-state dc analysis
4.2 rl transient analysis
4.3 rl transient analysis
4.4 transient analysis of an rc circuit with a sinusoidal source
4.5 analysis of a second-order circuit with a dc source
chapter 5
5.1 power delivered to a resistance by a sinusoidal source
5.2 using phasors to add sinusoids
5.3 steady-state ac analysis of a series circuit
5.4 series and parallel combinations of complex impedances
5.5 steady-state ac node-voltage analysis
5.6 ac power calculations
5.7 using power triangles
5.8 power-factor correction
5.9 thevenin and norton equivalents
5.10 maximum power transfer
5.11 analysis of a wye-wye system
5.12 analysis of a balanced delta-delta system
chapter 6
6.1 using the transfer function to determine the output
6.2 using the transfer function with several input components
6.3 calculation of rc lowpass output
6.4 determination of the break frequency for a highpass filter
6.5 computer-generated bode plot
6.6 series resonant circuit
6.7 parallel resonant circuit
6.8 filter design
6.9 step response of a first-order digital lowpass filter
chapter 7
7.1 converting a decimal integer to binary
7.2 converting a decimal fraction to binary
7.3 converting decimal values to binary
7.4 adding binary numbers
7.5 converting octal and hexadecimal numbers to binary
7.6 converting binary numbers to octal or hexadecimal
7.7 subtraction using two's-complement arithmetic
7.8 using a truth table to prove a boolean expression
7.9 applying de morgan's laws
7.10 combinatorial logic circuit design
chapter 8
8.1 an assembly-language program
8.2 absolute value assembly program
8.3 manual conversion of source code to machine code..
8.4 subroutine source code
chapter 9
9.1 sensor loading
9.2 specifications for a computer-based measurement system
chapter 10
10.1 load-line analysis
10.2 load-line analysis
10.3 load-line analysis of a zener-diode voltage regulator
10.4 analysis of a zener-diode regulator with a load
10.5 analysis by assumed diode states
10.6 piecewise-linear model for a zener diode
10.7 analysis using a piecewise-linear model
chapter 11
11.1 calculating amplifier performance
11.2 calculating performance of cascaded amplifiers
11.3 simplified model for an amplifier cascade
11.4 amplifier efficiency
11.5 determining the current-amplifier model from the voltage-amplifier model
11.6 determining the transconductance-amplifier model
11.7 determining the tr ansresistance-amplifier model
11.8 determining complex gain
11.9 amplitude distortion
11.10 phase distortion
11.11 application of rise-time-bandwidth relationship
11.12 determination of the minimum cmrr specification
11.13 calculation of worst-case dc output voltage
chapter 12
12.1 plotting the characteristics of an nmos transistor
12.2 determination of q point for the fixedplus self-bias circuit
12.3 determination of gm and rd from the characteristic curves
12.4 gain and impedance calculations for a common-source amplifier
12.5 gain and impedance calculations for a source follower
chapter 13
13.1 determining 18 from the characteristic curves
13.2 load-line analysis of a bjt amplifier
13.3 determining the operating region of a bjt
13.4 analysis of the fixed base bias circuit
13.5 analysis of the fixed base bias circuit
13.6 analysis of a bjt bias circuit
13.7 analysis of the four-resistor bias circuit
13.8 common-emitter amplifier
13.9 emitter-follower performance
chapter 14
14.1 analysis of an inverting amplifier
14.2 design of a noninverting amplifier
14.3 amplifier design
14.4 summing amplifier design
14.5 open-loop and closed-loop bode plots
14.6 fuil-power bandwidth
14.7 determining worst-case dc output
14.8 lowpass active filter design
chapter 15
15.1 magnetic field around a long straight wire
15.2 flux density in a toroidal core
15.3 flux and flux linkages for a toroidal core
15.4 the toroidal coil as a magnetic circuit
15.5 a magnetic circuit with an air gap
15.6 a magnetic circuit with reluctances in series and parallel
15.7 calculation of inductance
15.8 calculation of inductance and mutual inductance
15.9 determination of required turns ratio
15.10 analysis of a circuit containing an ideal transformer
15.11 using impedance transformations
15.12 reflecting the source to the secondary
15.13 regulation and efficiency calculations
chapter 16
16.1 motor performance calculations
16.2 idealized linear machine
16.3 dc machine performance calculations
16.4 shunt-connected dc motor
16.5 series-connected dc motor
16.6 separately excited dc generator
chapter 17
17.1 induction-motor performance
17.2 starting current and torque
17.3 induction-motor performance
17.4 synchronous-motor performance
17.5 power-factor control appendix a
a.1 complex arithmetic in rectangular form
a.2 polar-to-rectangnlar conversion
a.3 rectangular-to-polar conversion
a.4 exponential form of a complex number
a.5 complex arithmetic in polar form...

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