電氣工程學(xué)概論

前言

　　電氣工程學(xué)（ElectricalEngineering）簡稱電工學(xué)。本書采用電氣工程學(xué)來命名是因?yàn)樗捏w系和內(nèi)容都不同于傳統(tǒng)的電工學(xué)?！　鹘y(tǒng)的電工學(xué)體系是基礎(chǔ)教學(xué)體系。這種體系的基本理念是只要打好基礎(chǔ)，學(xué)生就有能力應(yīng)對實(shí)際工程系統(tǒng)的問題。它通常以電路和器件為核心，采用自下而上的論述體系。但實(shí)際的情況是，由于學(xué)生缺乏工程系統(tǒng)的基本概念和知識體系，這種“以不變應(yīng)萬變”的基礎(chǔ)教學(xué)模式在幾十年的電工學(xué)教學(xué)中已經(jīng)被證明是不成功的?！　”緯膬?nèi)容和體系不是根據(jù)現(xiàn)有電工學(xué)教材與課程教學(xué)現(xiàn)狀，而是從現(xiàn)代電氣工程及其與非電專業(yè)工程師現(xiàn)場工作的關(guān)系中歸納總結(jié)出來的。這是一種全新的概論體系，它以建立電氣系統(tǒng)的明晰概念為主要教學(xué)目標(biāo)，直接面對實(shí)際的電氣系統(tǒng)問題，而不僅僅是為讀者將要面對這些問題做基礎(chǔ)性的準(zhǔn)備。全書以實(shí)際的電氣系統(tǒng)，如檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及電能傳輸系統(tǒng)等為核心內(nèi)容，將電氣元器件以系統(tǒng)部件的形式作為支撐，而傳統(tǒng)的電路理論則作為電氣工程的基礎(chǔ)語言將系統(tǒng)及其部件貫穿成一個整體?！　∪珪鴩@電氣系統(tǒng)總體知識框架編寫并采用自上而下的論述體系，即先以電氣系統(tǒng)的概念、理論、方法及技術(shù)要點(diǎn)建立電氣工程的總體知識框架，然后再論述各個局部來逐步充實(shí)和豐富這個知識框架的內(nèi)容。在這個體系中，讀者在學(xué)習(xí)任何章節(jié)時都不脫離總體框架，這有助于他們準(zhǔn)確、快捷、完整地建立電氣工程的知識體系?！　∪珪卜秩措娐菲?、信號與系統(tǒng)篇和器件篇，共19章，內(nèi)容遍及現(xiàn)代電氣工程中的弱電（信息）應(yīng)用和強(qiáng)電（電能）應(yīng)用的主要領(lǐng)域，可供兩學(xué)期共128學(xué)時的教學(xué)使用。由于采用了自上而下的論述體系，為使各章都自成體系以便于教學(xué)運(yùn)用，本書在編寫中并不忌諱必要的重復(fù)。在完成電路篇的學(xué)習(xí)后，書中的各章都可以靈活運(yùn)用于組織各種教學(xué)循環(huán)。對于一個學(xué)期的課程，根據(jù)不同專業(yè)的需求建議選擇下述的內(nèi)容來組織教學(xué)：　　1.電路一模擬系統(tǒng)體系：電路篇（1-6章）+信號與系統(tǒng)篇（7、8、9章）+器件篇（16、17章）?！　?.電路一電能應(yīng)用體系：電路篇（1-6章）+信號與系統(tǒng)篇（14章）+器件篇（16、17、18、19章）?！　?.電路一數(shù)字系統(tǒng)體系：電路篇（1-6章）+信號與系統(tǒng)篇（10、13、14章）+器件篇（15、16、17章）?！　〔徽撌且粚W(xué)期還是兩學(xué)期課程，第14章中的§14.7電氣安全問題的學(xué)習(xí)都是必要的。　　如前所述，本書的各章都具有良好的獨(dú)立性，所以對于習(xí)慣于運(yùn)用自下而上的體系組織教學(xué)的教師，也可以在電路篇之后采用相反的順序，即以“16-17-18-7-8-9-19一14-15-10-1l-12-13”的順序開展教學(xué)?！　”緯鞘佬匈J款“21世紀(jì)初高等理工科教育教學(xué)改革項(xiàng)目”（編號：：B0807）研究的后續(xù)成果，是教學(xué)活動認(rèn)知過程研究與實(shí)踐的產(chǎn)物，初稿形成后，在天津大學(xué)電工學(xué)教學(xué)中

內(nèi)容概要

　　從全新的視角歸納出一種電工學(xué)教材新體系，它以建立電氣工程系統(tǒng)的明晰概念為教學(xué)目標(biāo)，由三個篇幅，即電路篇、信號與系統(tǒng)篇及器件篇，共19章構(gòu)成，內(nèi)容涉及現(xiàn)代電氣工程的各個主要方面。全書以實(shí)際的電氣系統(tǒng)，如檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及電能傳輸系統(tǒng)等的概念、理論、方法及技術(shù)要點(diǎn)為核心內(nèi)容，將電氣元器件以系統(tǒng)部件的形式作為支撐，而傳統(tǒng)的電路理論則作為電氣工程的基礎(chǔ)語言將系統(tǒng)及其部件貫穿成一個整體。　　《電氣工程學(xué)概論》自上而下的論述體系使得各篇、各章都自成體系，便于教師的教學(xué)運(yùn)用，也利于讀者靈活安排自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

書籍目錄

第1章 緒論§1.1 電氣工程的強(qiáng)電應(yīng)用§1.2 電氣工程的弱電應(yīng)用§1.3 電氣工程與電路§1.4 電氣工程與非電工程師§1.5 關(guān)于本書1.5.1 對象和需求1.5.2 體系與結(jié)構(gòu)1.5.3 內(nèi)容介紹1.5.4 編寫思路第2章 電路問題§2.1 電路與電路模型2.1.1 電路與電路圖2.1.2 電路中常用的幾個術(shù)語2.1.3 電路模型§2.2 電路的狀態(tài)與過程2.2.1 狀態(tài)與過程描述2.2.2 穩(wěn)態(tài)過程與瞬態(tài)過程§2.3 電路基本定律2.3.1 定律與定理2.3.2 電壓和電流的參考方向2.3.3 歐姆定律2.3.4 基爾霍夫電流定律和電壓定律§2.4 電路中的功率與能量§2.5 線性電路與非線性電路2.5.1 線性電路及其基本性質(zhì)2.5.2 線性電路的計(jì)算模型及分析對策2.5.3 非線性電路及其工程處理方法§2.6 恒定的電壓、電流激勵下的電路問題2.6.1 恒定的電壓、電流描述2.6.2 恒定的電壓、電流激勵下電路的工作特點(diǎn)2.6.3 恒定電壓、電流激勵下的電路分析§2.7 變化的電壓、電流激勵下的電路問題2.7.1 正弦周期電壓、電流激勵下的電路問題2.7.2 非正弦周期電壓、電流激勵下的電路問題2.7.3 階躍的電壓、電流激勵下的電路問題本章 小結(jié)習(xí)題第3章 電路分析的基本方法§3.1 網(wǎng)孔電流法§3.2 結(jié)點(diǎn)電壓法§3.3 含電流源電路的處理方法3.3.1 一般情況的處理方法3.3.2 含理想電流源支路時的處理方法一§3.4 電路分析中的等效方法及其應(yīng)用3.4.1 戴維寧定理3.4.2 諾頓定理3.4.3 電壓源模型與電流源模型之間的等效變換3.4.4 疊加定理及其應(yīng)用本章 小結(jié)習(xí)題第4章 相量運(yùn)算與交流電路分析.§4.1 正弦交流電的相量表示4.1.1 復(fù)數(shù)的表示和基本運(yùn)算4.1.2 交流電的相量表示和相量運(yùn)算§4.2 交流電路的復(fù)阻抗4.2.1 復(fù)阻抗的表述形式4.2.2 復(fù)阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)§4.3 交流電路的復(fù)功率§4.4 交流電路相量分析概要4.4.1 基爾霍夫定律的相量形式4.4.2 交流電路的相量計(jì)算模型4.4.3 相量形式的網(wǎng)孔電流法4.4.4 相量形式的結(jié)點(diǎn)電壓法4.4.5 其他等效方法的相量形式§4.5 三相交流電路的相量分析4.5.1 三相交流電4.5 ，2三相交流電路中的電源與負(fù)載4.5.3 三相對稱電路的功率計(jì)算本章 小結(jié)習(xí)題第5章 交流電路的頻率特性§5.1 二端口網(wǎng)絡(luò)與傳遞函數(shù)§5.2 交流電路中的諧振與頻率響應(yīng)§5.3 交流電路頻率特性分析5.3.1 一階電路的頻率特性5.3.2 二階電路的頻率特性分析本章小結(jié)習(xí)題第6章 電路瞬態(tài)過程分析§6.1 電路瞬態(tài)計(jì)算模型§6.2 一階電路的瞬態(tài)過程分析§6.3 二階電路瞬態(tài)過程分析§6.4 拉普拉斯變換概要§6.5 用拉普拉斯變換方法求解瞬態(tài)過程6.5.1 一階電路瞬態(tài)分析6.5.2 二階電路瞬態(tài)分析本章小結(jié)習(xí)題第7章 模擬信號與模擬系統(tǒng)§7.1 信號問題7.1.1 信號與信息7.1.2 時間信號與代碼信號§7.2 模擬信號分析7.2.1 連續(xù)信號分析7.2.2 采樣信號分析§7.3 系統(tǒng)問題7.3.1 系統(tǒng)及系統(tǒng)模型7.3.2 三類系統(tǒng)問題7.3.3 系統(tǒng)的分類7.3.4 模擬系統(tǒng)分析概要本章小結(jié)習(xí)題第8章 模擬檢測系統(tǒng)§8.1 檢測系統(tǒng)構(gòu)成§8.2 傳感器§8.3 放大器8.3.1 放大器的電路模型8.3.2 放大器的輸入阻抗和輸出阻抗8.3.3 放大器的頻率特性8.3.4 多級放大器及其頻率特性8.3.5 放大器的失真和漂移8.3.6 噪聲問題§8.4 傳輸線§8.5 檢測系統(tǒng)買例分析8.5.1 檢測任務(wù)與系統(tǒng)構(gòu)成8.5.2 信號處理系統(tǒng)功能8.5.3 傳感器類型和性能8.5.4 信號處理系統(tǒng)本章 小結(jié)習(xí)題第9章 模擬控制系統(tǒng).§9.1 模擬控制系統(tǒng)的組成§9.2 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析§9.3 控制系統(tǒng)動態(tài)特性分析9.3.1 慣性部件的動態(tài)特性9.3.2 系統(tǒng)的動態(tài)特性分析§9.4 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析9.4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性概念9.4.2 穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則9.4.3 穩(wěn)定性評估方法§9.5 控制系統(tǒng)特性的補(bǔ)償§9.6 過程控制系統(tǒng)9.6.1 過程控制系統(tǒng)的組成9.6.2 單回路控制系統(tǒng)9.6.3 串級控制系統(tǒng)9.6.4 比值控制系統(tǒng)9.6.5 前饋控制系統(tǒng)9.6.6 大滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)本章 小結(jié)習(xí)題第10章 數(shù)字信號與數(shù)字邏輯系統(tǒng)§lO.1 數(shù)字信號1O.1.1 數(shù)字信號與信息表示lO.1.2 數(shù)字信號的存儲10.1.3 數(shù)字信號的傳輸§10.2 數(shù)字信號與二進(jìn)制數(shù)10.2.1 二進(jìn)制數(shù)10.2.2 BCD碼與數(shù)字顯示§10.3 模數(shù)（A／D)和數(shù)模（D／A)信號轉(zhuǎn)換1O.3.1 采樣與采樣定理1O.3.2 A／D轉(zhuǎn)換（ADC)10.3.3 D／A轉(zhuǎn)換（DAC)§10.4 數(shù)字信號與邏輯10.4.1 命題邏輯概要10.4.2 數(shù)字信號的邏輯演算§lO.5 數(shù)字邏輯系統(tǒng)10.5.1 數(shù)字邏輯演算lO.5.2 組合邏輯系統(tǒng)10.5.3 時序邏輯系統(tǒng)本章小結(jié)習(xí)題第11章 邏輯控制系統(tǒng)§11.1 開關(guān)邏輯控制系統(tǒng)11.1.1 開關(guān)邏輯系統(tǒng)11.1.2 開關(guān)邏輯控制系統(tǒng)§11.2 可編程邏輯控制系統(tǒng)（PLc系統(tǒng))11.2.1 開關(guān)控制邏輯的數(shù)字化處理11.2.2 PLc系統(tǒng)構(gòu)成11.2.3 PLc系統(tǒng)的工作流程11.2.4 PLC的編程問題11.2.5 PLC的主要技術(shù)性能指標(biāo)11.2.6 PLC應(yīng)用編程問題本章小結(jié)習(xí)題第12章 數(shù)字控制系統(tǒng)§12.1 數(shù)字控制系統(tǒng)組成§12.2 數(shù)字控制基本算法12.2.1 數(shù)字PID算法12.2.2 數(shù)字濾波算法§12.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析概要12.3.1 采樣保持信號激勵的分析12.3.2 數(shù)字控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的域形式12.3.3 數(shù)字控制系統(tǒng)動態(tài)特性分析12.3.4 數(shù)字控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析概要本章 小結(jié)習(xí)題第13章 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)§13.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念l3.1.1 并行通信與串行通信l3.1.2 基帶傳輸與頻帶傳輸l3.1.3 數(shù)字信號的調(diào)制與解調(diào)13.1.4 多路復(fù)用方式13.1.5 單工和雙工通信方式13.1.6 誤碼及傳輸差錯控制l3.1.7 碼元、碼字、信息組、數(shù)據(jù)幀、碼效率及傳輸速率13.1.8 異步通信和同步通信§13.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成13.2.1 站點(diǎn)13.2.2 信道13.2.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)§l3.3 數(shù)據(jù)通信協(xié)議13.3.1 通信網(wǎng)絡(luò)模型13.3.2 通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議§13.4 局域網(wǎng)13.4.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述13.4.2 局域網(wǎng)的特點(diǎn)13.4.3 以太網(wǎng)及其信息傳輸控制方法13.4.4 環(huán)形令牌網(wǎng)及其信息傳輸控制方法13.4.5 總線形令牌網(wǎng)及其信息傳輸控制方法13.4.6 網(wǎng)絡(luò)互連§l3.5 工業(yè)現(xiàn)場總線13.5.1 現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)13.5.2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的構(gòu)造特點(diǎn)13.5.3 現(xiàn)場總線的通信模型13.5.4 幾種流行的現(xiàn)場總線本章小結(jié)習(xí)題第14章 電力系統(tǒng).§14.1 中國電力系統(tǒng)概況14.1.1 電力系統(tǒng)的組成14.1.2 電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理體制14.1.3 電力系統(tǒng)頻率與電壓等級14.1.4 電力系統(tǒng)與環(huán)境污染§14.2 配電系統(tǒng)14.2.1 配電網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)14.2.2 終端變電站14.2.3 企事業(yè)單位與現(xiàn)代樓寧的配電方式14.2.4 普通居民小區(qū)的配電方式§14.3 電力系統(tǒng)負(fù)荷與電力系統(tǒng)品質(zhì)14.3.1 電動機(jī)運(yùn)行對電力系統(tǒng)的影響14.3.2 電力系統(tǒng)功率因數(shù)問題14.3.3 電力系統(tǒng)諧波問題14.3.4 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整率§14.4 電力系統(tǒng)的保護(hù)§14.5 電力系統(tǒng)電流和電壓的測量§14.6 供電公司與電力用戶§14.7 電氣安全問題14.7.1 電氣對人體的傷害14.7.2 電氣火災(zāi)及其他災(zāi)害14.7.3 電氣安全的保障措施14.7.4 低壓配電系統(tǒng)中線路和設(shè)備的電氣安全防護(hù)14.7.5 電氣安全的技術(shù)保障措施本章小結(jié)習(xí)題第15章 數(shù)字集成電路..§15.1 數(shù)字集成電路問題.15.1.1 數(shù)字集成電路的構(gòu)建原則.15.1.2 數(shù)字集成電路的分類與產(chǎn)品系列.15.1.3 數(shù)字集成電路的主要品質(zhì)指標(biāo).§15.2 集成電路的線邏輯15.2.1 一種特殊的TTL門電路輸出結(jié)構(gòu)及線與邏輯的實(shí)現(xiàn)15.2.2 EcL邏輯系列門電路的輸出結(jié)構(gòu)及線或功能的實(shí)現(xiàn)15.2.3 利用三態(tài)門實(shí)現(xiàn)線選通§15.3 集成電路中的傳播延日寸§15.4 集成電路的扇出能力15.4.1 直流負(fù)載和直流扇出能力15.4.2 輸入電容與交流扇出能力§15.5 集成電路的功耗與發(fā)熱15.5.1 靜態(tài)功率損耗及其計(jì)算15.5.2 動態(tài)功率損耗及其計(jì)算15.5.3 常見邏輯系列的功率損耗及其計(jì)算15.5.4 集成電路的溫升計(jì)算§15.6 可編程邏輯器件15.6.1 PLD中基本門電路的畫法15.6 ，2PI.D的基本類型本章 小結(jié)習(xí)題第16章 運(yùn)算放大器.§16.1 運(yùn)算放大器的電路模型及其理想化參數(shù)16.1.1 運(yùn)算放大器的表示符號及主要端點(diǎn)引線說明16.1.2 運(yùn)算放大器的電路模型及理想化參數(shù)§16.2 反相放大電路16.2.1 反相放大電路的接法16.2.2 虛地概念及反相放大電路分析§16.3 同相放大電路16.3.1 同相放大電路的接法16.3.2 同相放大電路分析

章節(jié)摘錄

　　3.器1午　　元件或器件，如電阻、電容、二極管、晶體管、電感線圈等，用來構(gòu)成系統(tǒng)的部件。元件或器件本身不具備獨(dú)立功能，在系統(tǒng)中，它們必須組成一定電路形式的部件才能實(shí)現(xiàn)某種功能，如放大、整流、濾波、編碼、譯碼，以及產(chǎn)生電磁力或機(jī)械轉(zhuǎn)矩等。　　綜上，電氣系統(tǒng)的三個層次都是以電路形式構(gòu)建、按電路方式運(yùn)行的?！　睦碚摰母叨壬峡?，電氣系統(tǒng)的行為，即它的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行過程取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的電磁效應(yīng)和電磁過程。在電路理論中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)用電路的結(jié)構(gòu)來描述；系統(tǒng)內(nèi)部電磁效應(yīng)用電路參數(shù)來描述，如電阻、電容、電感等；而系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)和過程則以電路的狀態(tài)與過程來模擬。所以，電路實(shí)質(zhì)上是電氣系統(tǒng)的物理模型，電氣系統(tǒng)的分析在它的電路模型中進(jìn)行，電路的方法也就是系統(tǒng)的方法。所以可以說，電氣工程的問題實(shí)質(zhì)上是電路問題，電路的理論是電氣工程的基礎(chǔ)理論，電路的語言是電氣工程的基本語言?！　?sect;1.4 電氣工程與非電工程IJ幣　　從以上關(guān)于電氣工程應(yīng)用領(lǐng)域的介紹中可知，各個非電領(lǐng)域的工程師在他們的實(shí)際工作中都必須和電氣系統(tǒng)及設(shè)備打交道。機(jī)械工程師需要電動機(jī)來驅(qū)動機(jī)械設(shè)備，并且要面對各種電力傳動、測量及控制問題；化工工程師需要各種電熱、驅(qū)動、檢測及控制設(shè)備的支持才能順利執(zhí)行連續(xù)的生產(chǎn)工藝流程；土木工程師在施工現(xiàn)場使用各種電力機(jī)械，如卷揚(yáng)機(jī)、攪拌機(jī)、起重機(jī)等，在研究與設(shè)計(jì)工作中要使用各種測量及信息處理手段，如應(yīng)力、應(yīng)變測量，cAD及計(jì)算機(jī)繪圖等。而和電力部門打交道，處理電力供應(yīng)以保障生產(chǎn)及企業(yè)發(fā)展的需求，則是所有工程師共同面臨的問題。電氣工程與非電專業(yè)的關(guān)系是如此之緊密，以至于可以說，電氣工程在很大的程度上，已經(jīng)成為各非電工程中的重要組成部分?！　‰姎夤こ處煹娜蝿?wù)除了保證對企業(yè)的電力供應(yīng)之外，主要是設(shè)計(jì)制作各種電氣系統(tǒng)、裝置、設(shè)備以及儀器儀表等，以滿足各專業(yè)的企業(yè)、設(shè)計(jì)及研究機(jī)構(gòu)的需求。電氣工程師們還活躍在各個專業(yè)的工廠、實(shí)驗(yàn)室以及研究和設(shè)計(jì)部門，指導(dǎo)并協(xié)助非電技術(shù)人員管理、操作和維護(hù)各種電氣系統(tǒng)和設(shè)備，并一起處理相關(guān)的技術(shù)問題。　　總之，電氣工程師與非電工程師之間的關(guān)系實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)為一種“電氣工程一電氣與非電工程師一非電工程”關(guān)系模式，如圖1-4-1所示。

編輯推薦

　　其他版本請見：《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：電氣工程學(xué)概論》　 內(nèi)容豐富，體系新穎，論述詳盡，可作為工科院校非電專業(yè)本科生電工學(xué)課程的教材使用，也可作為現(xiàn)場非電工程師們繼續(xù)教育的參考書。鑒于《電氣工程學(xué)概論》的概論性質(zhì)，它對于電氣專業(yè)的在校學(xué)生也有重要的參考價值。

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