高等学校教材 电工电子技术 上册 电路与模拟电子技术基础 太原理工大学电工基础教学部编 李晓明主编 王建平渠云田副主编 高等教育出版社
高等学校教材 电工电子技术 上册 电 路 与 模 拟 电 子 技 术 基 础 太原理工大学电工基础教学部编 李晓明 主编 王建平 渠云田 副主编 高等教育出版社
内容简介 本书是根据教育部面向21世纪电工电子技术课程教改方案,结合山西省教育厅21世纪初高等教育重点教 改项目——“非电类理工科专业电工电子课程模块教学改革的研究与实践”而编写的教材。 本书的基本特点是传统理论内容精练,结构顺序合理,充分引用电工电子新技术与现代化分析手段,淡化计 算技巧,注重基本概念与电气应用范例,以强化学生电气技能与素质的培养。 本书上册内容包括电路分析基础、暂态分析、交流电路、模拟电子技术基础、集成运算放大器、集成直流电源 与晶闸管电路等,共8章。并与EWB教学平台配套有相应的EDA分析与仿真习题。 本书是高等学校理工科非电类专业和计算机专业的适用教材。也可作为高职高专及成人教育相应专业的 选用教材,还可作为相关专业工程技术人员的参考书 图书在版编目(Cm数据 电工电子技术上册,电路与模拟电子技术基础李晓明 主编一北京:高等教育出版社,20032 ISBN 04-011860-2 Ⅰ.电.Ⅱ.李..Ⅲ①电工技术-高等学校 教材②电子技术-高等学校-教材Ⅳ.TM 中国版本图书馆CIP数据核字(2003)第000543号 出版发行高等教育出版社 购书热线010-64054588 社址北京市东城区沙滩后街55号 免费咨询800-810-0598 邮政编码100009 网址httpwwwhepeduc 传真010-64014048 httpwwwhepcomcn 经销新华书店北京发行所 排版高等教育出版社照排中心 开本787×1092116 版次年月第版 印张16 印次年月第次印刷 字数390000 定价1870元 本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题,请到所购图书销售部门联系调换。 版权所有侵权必究
内容简介 本书是根据教育部面向 21 世纪电工电子技术课程教改方案 ,结合山西省教育厅 21 世纪初高等教育重点教 改项目———“非电类理工科专业电工电子课程模块教学改革的研究与实践”而编写的教材。 本书的基本特点是传统理论内容精练 , 结构顺序合理 , 充分引用电工电子新技术与现代化分析手段 ,淡化计 算技巧, 注重基本概念与电气应用范例 ,以强化学生电气技能与素质的培养。 本书上册内容包括电路分析基础、暂态分析、交流电路、模拟电子技术基础、集成运算放大器、集成直流电源 与晶闸管电路等 , 共 8 章。并与 EWB 教学平台配套有相应的 EDA 分析与仿真习题。 本书是高等学校理工科非电类专业和计算机专业的适用教材。也可作为高职高专及成人教育相应专业的 选用教材 , 还可作为相关专业工程技术人员的参考书。 图书在版编目(CIP)数据 电工电子技术 .上册, 电路与模拟电子技术基础 李晓明 主编 .—北京: 高等教育出版社,2003 .2 ISBN 7 - 04 - 011860 - 2 Ⅰ . 电 . . .Ⅱ . 李 . . .Ⅲ .① 电工技术 - 高等学校 - 教材② 电子技术 - 高等学校 - 教材 Ⅳ . TM 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2003)第 000543 号 出版发行 高等教育出版社 购书热线 010 - 64054588 v 社 址 北京市东城区沙滩后街 55 号 免费咨询 800 - 810 - 0598 邮政编码 100009 网 址 http: www .hep .edu .cn 传 真 010 - 64014048 http: www .hep .com .cn 经 销 新华书店北京发行所 排 版 高等教育出版社照排中心 印 刷 开 本 787×1092 1 16 版 次 年 月第 版 印 张 16 印 次 年 月第 次印刷 字 数 390 000 定 价 18 .70 元 本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题 , 请到所购图书销售部门联系调换。 版权所有 侵权必究
21世纪是科学技术飞速发展的时代,也是竞争激烈的时代。为了新一代大学生能适应这个 高科技和竞争激烈的时代,根据教育部面向21世纪电工电子技术课程教改要求,结合我校电工 电子系列课程建设以及山西省教育厅重点教改项目—“21世纪初非电类专业电工学课程模块 教学的改革与实践”,在我们已经使用数年的电工电子技术系列讲义的基础上,经过多次试用与 反复修改,将以教材形式面诸于世 本书是理工科非电类专业与计算机专业本、专科适用的电工电子技术系列教材之一;也是我 们教改项目中的第一模块教材,即计算机专业与机械、机电类专业适用教材;同时也是兄弟理工 类院校相应专业择用的教材之一;也可作为高职高专和职业技术学院相应专业的择用教材。参 考学时为110~130学时。 本教材的基本特点是:精练,删堿传统内容力度较大;结构顺序变动较大;集成电路与数字电 子技术部分内容大大加强;电气控制技术部分系统性增强;电工电子新技术内容与现代分析手段 大量引入;突出电气技能与素质培养方面的内容及其在工业企业中的应用范例明显增多;基本概 念、分析与计算、EDA仿真等各类习题分明。 本教材在突出电气技能与素质培养方面增设了不少电工与电子技术应用电路及设计内容。 如调光、调速电路、测控技术电路、小型变压器设计与绕制、电动机定子绕组的排布、常用集成运 放芯片与数字逻辑芯片介绍及其典型应用电路、世界各主要厂家的PLC性能简介、使用isp Design Expert软件开发 ISpLSI器件等新技术应用内容 依据电工电子技术的发展趋势及其在机械、机电类专业的应用特点,并兼顾计算机专业的教 学需求,此教材的上册为“电路与模拟电子技术基础”,下册为“数字与电气控制技术基础”。 为了有效堿少课堂教学时数,增加课内信息量,提高教学效率,并以提高学生技能素质与新 技术、新手段的应用能力为目标,使用本教材应建立EDA机辅分析教学平台,结合教学方法及教 学手段的改革,并与实践教学环节相配合,方能更有效地发挥其效能。 本教材由太原理工大学电工基础教学部组织编写,上册由李晓明任主编,王建平、渠云田任 副主编,下册由渠云田任主编,王建平、李晓明任副主编。王建平编写第1、2、4、5、8章,李晓明编 写第3、6、15章,渠云田编写第9、10、11、12、13、14章,陶晋宜编写第16章,太原理工大学信息学 院夏路易教授编写第7章与下册的附录1,太原师范学院周全寿副教授参与了本书附录与部分 节次的编写。渠云田、李晓明、王建平三人对全书作了仔细的修改,并最后定稿。 本教材上册由北京理工大学刘蕴陶教授主审,下册由北京理工大学庄效桓教授主审。两位 教授对书稿进行了详细的审阅,并提出许多宝贵的意见和修改建议。我们根据提出的意见和建 议进行了认真的修改。在本教材编写和出版过程中,大连理工大学唐介教授、太原理工大学信息 学院夏路易教授、太原师范大学周全寿副教授以及太原理工大学电工基础教学部使用过本教材 讲义的所有教师,给予了极大的关心和支持,在此一并对他们表示衷心的感谢
前 言 21 世纪是科学技术飞速发展的时代, 也是竞争激烈的时代。为了新一代大学生能适应这个 高科技和竞争激烈的时代,根据教育部面向 21 世纪电工电子技术课程教改要求, 结合我校电工 电子系列课程建设以及山西省教育厅重点教改项目———“21 世纪初非电类专业电工学课程模块 教学的改革与实践”, 在我们已经使用数年的电工电子技术系列讲义的基础上, 经过多次试用与 反复修改,将以教材形式面诸于世。 本书是理工科非电类专业与计算机专业本、专科适用的电工电子技术系列教材之一; 也是我 们教改项目中的第一模块教材,即计算机专业与机械、机电类专业适用教材; 同时也是兄弟理工 类院校相应专业择用的教材之一;也可作为高职高专和职业技术学院相应专业的择用教材。参 考学时为 110～130 学时。 本教材的基本特点是:精练, 删减传统内容力度较大;结构顺序变动较大; 集成电路与数字电 子技术部分内容大大加强;电气控制技术部分系统性增强; 电工电子新技术内容与现代分析手段 大量引入;突出电气技能与素质培养方面的内容及其在工业企业中的应用范例明显增多; 基本概 念、分析与计算、EDA 仿真等各类习题分明。 本教材在突出电气技能与素质培养方面增设了不少电工与电子技术应用电路及设计内容。 如调光、调速电路、测控技术电路、小型变压器设计与绕制、电动机定子绕组的排布、常用集成运 放芯片与数字逻辑芯片介绍及其典型应用电路、世界各主要厂家的 PLC 性能简介、使用 ispDesignExpert 软件开发 ispLSI 器件等新技术应用内容。 依据电工电子技术的发展趋势及其在机械、机电类专业的应用特点, 并兼顾计算机专业的教 学需求,此教材的上册为“电路与模拟电子技术基础”, 下册为“数字与电气控制技术基础”。 为了有效减少课堂教学时数,增加课内信息量, 提高教学效率, 并以提高学生技能素质与新 技术、新手段的应用能力为目标, 使用本教材应建立 EDA 机辅分析教学平台, 结合教学方法及教 学手段的改革,并与实践教学环节相配合, 方能更有效地发挥其效能。 本教材由太原理工大学电工基础教学部组织编写,上册由李晓明任主编, 王建平、渠云田任 副主编,下册由渠云田任主编, 王建平、李晓明任副主编。王建平编写第 1、2、4、5、8 章, 李晓明编 写第 3、6、15 章, 渠云田编写第 9、10、11、12、13、14 章, 陶晋宜编写第 16 章, 太原理工大学信息学 院夏路易教授编写第 7 章与下册的附录 1 , 太原师范学院周全寿副教授参与了本书附录与部分 节次的编写。渠云田、李晓明、王建平三人对全书作了仔细的修改,并最后定稿。 本教材上册由北京理工大学刘蕴陶教授主审, 下册由北京理工大学庄效桓教授主审。两位 教授对书稿进行了详细的审阅,并提出许多宝贵的意见和修改建议。我们根据提出的意见和建 议进行了认真的修改。在本教材编写和出版过程中,大连理工大学唐介教授、太原理工大学信息 学院夏路易教授、太原师范大学周全寿副教授以及太原理工大学电工基础教学部使用过本教材 讲义的所有教师,给予了极大的关心和支持, 在此一并对他们表示衷心的感谢。 Ⅰ
同时,编写本教材过程中,我们也曾参考了部分优秀教材,在此,谨对这些参考书的作者表示 感谢。 由于我们水平有限,书中缺陷和疏漏在所难免,恳请使用本教材的教师和读者批评指正,为 提高电工电子技术教材的质量而共同努力 编者 2002年10月
同时,编写本教材过程中, 我们也曾参考了部分优秀教材,在此, 谨对这些参考书的作者表示 感谢。 由于我们水平有限,书中缺陷和疏漏在所难免, 恳请使用本教材的教师和读者批评指正, 为 提高电工电子技术教材的质量而共同努力。 编 者 2002 年 10 月 Ⅱ
录 第1章电路分析基础 …124微分电路和积分电路 ………41 1.1电路的基本概念…… 241微分电路… 41 1.11电路及电路模型… 242积分电路… 42 112电流、电压的参考方向……………225RL电路的暂态分析 …43 113电路的工作状态…… ……426暂态分析的运算法……………………45 114电路中的电位 261拉普拉斯变换及反变换… 12电路的基本元件………… 262应用拉氏变换分析线性电路… 121独立电源元件… 习题 122电阻、电感和电容元件… 概念题… ………………49 13基尔霍夫定律 2.计算和仿真题 131基尔霍夫电流定律(KCL)…………14第3章交流电路……………………………53 132基尔霍夫电压定律(KⅥL)……143.1正弦交流量及其表示法…… 133基尔霍夫定律的应用——支路电 311正弦交流电的基本概念 流法……………… 312正弦量的相量表示法………………55 14电路的常用定理… 1732交流电路的分析与计算 141弥尔曼定理 173321单一参数的交流电路 142叠加定理……………………………19 322串联交流电路…… 61 143等效电源定理 323并联及混联交流电路……………64 15含受控源电路的分析 324功率因数的提高……………………66 151受控源的类型和符号… 325复杂交流电路的计算方法… 152含受控源电路的分析· 2533交流电路的频率特性 …69 习题…… 27331RC电路的频率特性… 1.概念题…………………………………27 332LC谐振电路及其频率特性 72 2.计算和仿真题 ……………29·34非正弦周期信号电路的分析 75 第2章电路的暂态分析 32 341非正弦周期信号的分解 …75 21概述 342非正弦周期信号的分析与计算 22电路初始值和稳态值的确定………3335三相交流电路 221换路定则及电路初始值的确定……33 相交流电的产生与联结…………78 222电路稳态值的确定… 35 352负载的星形(Y)联结……………80 23RC电路的暂态分析 353负载的三角形(△)联结… 231一阶电路的三要素公式 …35 354三相电路的功率…………………85 232一阶RC电路的响应 355安全用电……
目 录 第 1 章 电路分析基础 ………………………… 1 1 .1 电路的基本概念………………………… 1 1 .1 .1 电路及电路模型 ……………………… 1 1 .1 .2 电流、电压的参考方向 ……………… 2 1 .1 .3 电路的工作状态 ……………………… 4 1 .1 .4 电路中的电位 ………………………… 6 1 .2 电路的基本元件………………………… 8 1 .2 .1 独立电源元件 ………………………… 8 1 .2 .2 电阻、电感和电容元件 ……………… 10 1 .3 基尔霍夫定律 ………………………… 13 1 .3 .1 基尔霍夫电流定律 (KCL) …………… 14 1 .3 .2 基尔霍夫电压定律 (KVL) ………… 14 1 .3 .3 基尔霍夫定律的应用———支路电 流法 ………………………………… 16 1 .4 电路的常用定理 ……………………… 17 1 .4 .1 弥尔曼定理 ………………………… 17 1 .4 .2 叠加定理 …………………………… 19 1 .4 .3 等效电源定理 ……………………… 20 1 .5 含受控源电路的分析 ………………… 24 1 .5 .1 受控源的类型和符号 ……………… 24 1 .5 .2 含受控源电路的分析 ……………… 25 习题 ……………………………………………… 27 1 . 概念题……………………………………… 27 2 . 计算和仿真题 ……………………………… 29 第 2 章 电路的暂态分析 …………………… 32 2 .1 概述 ……………………………………… 32 2 .2 电路初始值和稳态值的确定 ……… 33 2 .2 .1 换路定则及电路初始值的确定 …… 33 2 .2 .2 电路稳态值的确定 ………………… 35 2 .3 RC 电路的暂态分析 ………………… 35 2 .3 .1 一阶电路的三要素公式 …………… 35 2 .3 .2 一阶 RC 电路的响应 ……………… 37 2 .4 微分电路和积分电路 ………………… 41 2 .4 .1 微分电路 …………………………… 41 2 .4 .2 积分电路 …………………………… 42 2 .5 RL 电路的暂态分析 ………………… 43 * 2 .6 暂态分析的运算法 …………………… 45 2 .6 .1 拉普拉斯变换及反变换 …………… 45 2 .6 .2 应用拉氏变换分析线性电路 ……… 46 习题 ……………………………………………… 49 1 . 概念题……………………………………… 49 2 . 计算和仿真题 ……………………………… 50 第 3 章 交流电路 ……………………………… 53 3 .1 正弦交流量及其表示法……………… 53 3 .1 .1 正弦交流电的基本概念 …………… 53 3 .1 .2 正弦量的相量表示法 ……………… 55 3 .2 交流电路的分析与计算……………… 58 3 .2 .1 单一参数的交流电路 ……………… 58 3 .2 .2 串联交流电路 ……………………… 61 3 .2 .3 并联及混联交流电路 ……………… 64 3 .2 .4 功率因数的提高 …………………… 66 3 .2 .5 复杂交流电路的计算方法 ………… 68 3 .3 交流电路的频率特性 ………………… 69 3 .3 .1 RC 电路的频率特性 ………………… 69 3 .3 .2 LC 谐振电路及其频率特性 ………… 72 * 3 .4 非正弦周期信号电路的分析 ……… 75 3 .4 .1 非正弦周期信号的分解 …………… 75 3 .4 .2 非正弦周期信号的分析与计算 …… 76 3 .5 三相交流电路 ………………………… 78 3 .5 .1 三相交流电的产生与联结 ………… 78 3 .5 .2 负载的星形 (Y)联结 ………………… 80 3 .5 .3 负载的三角形 (△ ) 联结 …………… 83 3 .5 .4 三相电路的功率 …………………… 85 3 .5 .5 安全用电 …………………………… 85 Ⅰ
习题 ………………8857差分放大电路……… 144 1.概念题… 571差分放大电路的工作情况… 145 2.计算和仿真题………………………………89 572差分放大器的分析………………146 第4章二极管及其应用 573差分放大器的输入-输出方式……147 4.1PN结和二极管… ……9358功率放大器………… 411PN结的单向导电性……………………93 581概述 149 412二极管 582互补对称功率放大器… 151 413二极管的等效电路及其应用 583集成功率放大器 155 42特殊二极管 9859场效晶体管放大电路 157 421稳压二极管 591共源极放大电路… 15′ 422光电二极管…………… 592共漏极放大电路——源极输出器…159 423发光二极管 …100习题 43二极管整流及滤波电路 1.概念题……………………………………160 431单相整流电路… 2.计算和仿真题 432滤波电路……… ………103第6章集成运算放大器 44稳压管稳压电路 6.1集成运算放大器简介 166 习题 集成运放的结构与符号 概念题 …∷∷…108 612集成运放的主要技术指标及其 2.计算和仿真题 选用注意事项 167 第5章晶体管及其基本放大电路……112 613集成运放的电压传输特性与理 51晶体三极管 ……∷112 想化模型 …169 511晶体管结构及其放大作用 1262放大电路中的反馈 512晶体管的特性曲线及主要参数……113 621反馈的基本概念 171 513晶体管的开关应用——非门… 622反馈的判断 173 52场效晶体管 623负反馈对放大电路性能的影响……176 521绝缘栅型场效晶体管…………11963集成运放的线性应用… 522场效晶体管主要参数…………·122 631比例运算电路……… …178 53晶体管共发射极放大电路 124 632加、减法运算电路 531共发射极放大电路的组成 124 633积分、微分运算电路……………180 532静态分析 ……125 634测量放大电路………… ……181 533动态分析…… …………126 635有源滤波器 …182 54静态工作点的稳定……………13464集成运放的非线性应用 541温度对静态工作点的影响…… 641电压比较器 18 542分压式偏置放大电路 134 642方波发生器……… 187 55射极输出器 13765正弦波发生器…………………………189 56多级放大电路………… 140 651自激振荡 561阻容耦合放大电路………………141 652文氏桥式振荡器…………………190 562直接耦合放大电路……… 14366常用集成运放芯片介绍 191
习题 ……………………………………………… 88 1 . 概念题……………………………………… 88 2 . 计算和仿真题 ……………………………… 89 第 4 章 二极管及其应用 …………………… 93 4 .1 PN 结和二极管………………………… 93 4 .1 .1 PN 结的单向导电性 ………………… 93 4 .1 .2 二极管 ……………………………… 94 4 .1 .3 二极管的等效电路及其应用 ……… 95 4 .2 特殊二极管 …………………………… 98 4 .2 .1 稳压二极管 ………………………… 98 4 .2 .2 光电二极管 ………………………… 99 4 .2 .3 发光二极管 ………………………… 100 4 .3 二极管整流及滤波电路 …………… 100 4 .3 .1 单相整流电路 ……………………… 101 4 .3 .2 滤波电路 …………………………… 103 4 .4 稳压管稳压电路……………………… 106 习题 …………………………………………… 108 1 . 概念题 …………………………………… 108 2 . 计算和仿真题 …………………………… 110 第 5 章 晶体管及其基本放大电路 ……… 112 5 .1 晶体三极管 …………………………… 112 5 .1 .1 晶体管结构及其放大作用 ………… 112 5 .1 .2 晶体管的特性曲线及主要参数 …… 113 5 .1 .3 晶体管的开关应用———非门 ……… 118 5 .2 场效晶体管 …………………………… 119 5 .2 .1 绝缘栅型场效晶体管 ……………… 119 5 .2 .2 场效晶体管主要参数 ……………… 122 5 .3 晶体管共发射极放大电路 ………… 124 5 .3 .1 共发射极放大电路的组成 ………… 124 5 .3 .2 静态分析 …………………………… 125 5 .3 .3 动态分析 …………………………… 126 5 .4 静态工作点的稳定 ………………… 134 5 .4 .1 温度对静态工作点的影响 ………… 134 5 .4 .2 分压式偏置放大电路 ……………… 134 5 .5 射极输出器 …………………………… 137 5 .6 多级放大电路 ………………………… 140 5 .6 .1 阻容耦合放大电路 ………………… 141 5 .6 .2 直接耦合放大电路 ………………… 143 5 .7 差分放大电路 ………………………… 144 5 .7 .1 差分放大电路的工作情况 ………… 145 5 .7 .2 差分放大器的分析 ………………… 146 5 .7 .3 差分放大器的输入 - 输出方式 …… 147 5 .8 功率放大器 …………………………… 149 5 .8 .1 概述 ………………………………… 149 5 .8 .2 互补对称功率放大器 ……………… 151 5 .8 .3 集成功率放大器 …………………… 155 5 .9 场效晶体管放大电路 ……………… 157 5 .9 .1 共源极放大电路 …………………… 157 5 .9 .2 共漏极放大电路———源极输出器 … 159 习题 …………………………………………… 160 1 . 概念题 …………………………………… 160 2 . 计算和仿真题 …………………………… 164 第 6 章 集成运算放大器 …………………… 166 6 .1 集成运算放大器简介 ……………… 166 6 .1 .1 集成运放的结构与符号 …………… 166 6 .1 .2 集成运放的主要技术指标及其 选用注意事项 ……………………… 167 6 .1 .3 集成运放的电压传输特性与理 想化模型 …………………………… 169 6 .2 放大电路中的反馈 ………………… 171 6 .2 .1 反馈的基本概念 …………………… 171 6 .2 .2 反馈的判断 ………………………… 173 6 .2 .3 负反馈对放大电路性能的影响 …… 176 6 .3 集成运放的线性应用 ……………… 177 6 .3 .1 比例运算电路 ……………………… 178 6 .3 .2 加、减法运算电路 ………………… 179 6 .3 .3 积分、微分运算电路 ……………… 180 6 .3 .4 测量放大电路 ……………………… 181 6 .3 .5 有源滤波器 ………………………… 182 6 .4 集成运放的非线性应用 …………… 185 6 .4 .1 电压比较器 ………………………… 185 6 .4 .2 方波发生器 ………………………… 187 6 .5 正弦波发生器 ………………………… 189 6 .5 .1 自激振荡 …………………………… 189 6 .5 .2 文氏桥式振荡器 …………………… 190 * 6 .6 常用集成运放芯片介绍 …………… 191 Ⅱ
661常用集成运放芯片……………191 822单相桥式半控整流电路 …215 662常用集成比较器芯片………………19383单结晶体管触发电路 216 663函数发生器芯片…………………193 831单结晶体管………………………216 习题… 832单结晶体管振荡电路… …218 概念题 833单结晶体管同步触发电路…………219 2.计算和仿真题……… …19684晶闸管的保护………………………220 第7章直流稳压电源 ……19985交流调压电路 ……221 7.1串联型稳压电源 19 851单相交流调压电路… 221 711稳压电源的主要指标…… 852双向晶闸管及其应用 222 712串联反馈式稳压电路的工作原理…199·86无源逆变电路………… 223 713基准电压源 200^87直流调压电路(斩波器)…… 224 714简单分立元件组成的稳压电路 201 871全控型电力电子器件简介 224 72集成稳压器… ……202 872直流调压电路(斩波器)……225 721三端固定集成稳压器……………202习题……… 226 722三端可调集成稳压器………… 概念题… …226 723低压差三端稳压器 203 2.计算和仿真题 227 73串联开关式稳压电源… …203附录 习题 ……………………208附录1电阻器、电容器及其标称值 1.概念题 208附录2半导体分立器件型号命名法…231 2.计算和仿真题… …208附录3部分半导体器件型号和参数…232 第8章电力电子器件及其应用……………210附录4半导体集成电路型号命名法…235 8.1晶闸管 210附录5部分半导体集成电路的型号 811晶闸管的结构及工作原理……………210 和主要参数 …237 812晶闸管的伏安特性及主要参数……211中英名词对照 …238 82可控整流电路…… ……213主要参考书目 ……246 821单相半波可控整流电路…………213 ⅢI
6 .6 .1 常用集成运放芯片 ………………… 191 6 .6 .2 常用集成比较器芯片 ……………… 193 6 .6 .3 函数发生器芯片 …………………… 193 习题 …………………………………………… 194 1 . 概念题 …………………………………… 194 2 . 计算和仿真题 …………………………… 196 第 7 章 直流稳压电源 ……………………… 199 7 .1 串联型稳压电源……………………… 199 7 .1 .1 稳压电源的主要指标 ……………… 199 7 .1 .2 串联反馈式稳压电路的工作原理 … 199 7 .1 .3 基准电压源 ………………………… 200 7 .1 .4 简单分立元件组成的稳压电路 …… 201 7 .2 集成稳压器 …………………………… 202 7 .2 .1 三端固定集成稳压器 ……………… 202 7 .2 .2 三端可调集成稳压器 ……………… 202 7 .2 .3 低压差三端稳压器 ………………… 203 7 .3 串联开关式稳压电源 ……………… 203 习题 …………………………………………… 208 1 . 概念题 …………………………………… 208 2 . 计算和仿真题 …………………………… 208 第 8 章 电力电子器件及其应用 ………… 210 8 .1 晶闸管 ………………………………… 210 8 .1 .1 晶闸管的结构及工作原理 ………… 210 8 .1 .2 晶闸管的伏安特性及主要参数 …… 211 8 .2 可控整流电路 ………………………… 213 8 .2 .1 单相半波可控整流电路 …………… 213 8 .2 .2 单相桥式半控整流电路 …………… 215 8 .3 单结晶体管触发电路 ……………… 216 8 .3 .1 单结晶体管 ………………………… 216 8 .3 .2 单结晶体管振荡电路 ……………… 218 8 .3 .3 单结晶体管同步触发电路 ………… 219 8 .4 晶闸管的保护 ………………………… 220 * 8 .5 交流调压电路 ………………………… 221 8 .5 .1 单相交流调压电路 ………………… 221 8 .5 .2 双向晶闸管及其应用 ……………… 222 * 8 .6 无源逆变电路 ………………………… 223 * 8 .7 直流调压电路(斩波器) …………… 224 8 .7 .1 全控型电力电子器件简介 ………… 224 8 .7 .2 直流调压电路 (斩波器 ) …………… 225 习题 …………………………………………… 226 1 . 概念题 …………………………………… 226 2 . 计算和仿真题 …………………………… 227 附录 ……………………………………………… 229 附录 1 电阻器、电容器及其标称值 …… 229 附录 2 半导体分立器件型号命名法 … 231 附录 3 部分半导体器件型号和参数 … 232 附录 4 半导体集成电路型号命名法 … 235 附录 5 部分半导体集成电路的型号 m 和主要参数 ……………………… 237 中英名词对照 …………………………………… 238 主要参考书目 ……………………………… 246 Ⅲ
第1章电路分析基础 电工电子技术的应用离不开电路。电路由电路元件构成。本章着重介绍电路的基本概念、 常用电路元件、电路的基本定律和电路常用的分析方法,为学习各种类型的电工电子电路建立必 要的基础。 11电路的基本概念 111电路及电路模型 1.电路的组成和作用 从日常生活和生产实践可以体会到,要用电一般要用导线、开关等将电源和用电设备或用电 器连接起来,构成一个电流流通的闭合路径。这就是所谓电路。 电路的形式是多种多样的,但从电路的本质来说,其组成都有电源、负载、中间环节三个最基 本的部分。例如图1-1所示的手电筒电路中,电池把化学能转换成电 能供给灯泡,灯泡却把电能转换成光能作照明之用。凡是将化学能、机 械能等非电能转换成电能的供电设备,称为电源,如干电池、蓄电池和 发电机等;凡是将电能转换成热能、光能、机械能等非电能的用电设备,要池 称为负载,如电热炉、白炽灯和电动机等;连接电源和负载的部分,称为 引 中间环节,如导线、开关等。 电路的种类繁多,但从电路的功能来说,主要分为两个方面:其 图1-1手电筒电路 实现电能的传输和转换(如电力工程,它包括发电、输电、配电、电力拖动、电热、电气照明、以及 交、直流电之间的整流和逆变等等。);其二进行信号的传递与处理(如信息工程,它包括语言、文 字、音乐、图像的发射和接收、生产过程中的自动调节、各种输入数据的数值处理、信号的存储等 等。)。电路的作用不同,对其提出的技术要求也不同,前者较多的侧重于传输效率的提高,后者 多侧重于信号在传递过程中的保真、运算的速度和抗干扰等。 2.理想元件和电路模型 电路的功能虽然只有两个方面,但是实际电路的类型以及工作时发生的物理现象则是千差 万别的。我们不可能也没有必要去探讨每一个实际电路,而只需找出它们的普遍规律。为此,我 们把实际电路的元件理想化,忽略其次要的因素用以反映它们主要物理性质的理想元件来代替。 这样由理想元件组成的电路就是实际电路的电路模型,它是对实际电路物理性质的高度抽象和 概括。 用于构成电路的电工、电子元器件或设备统称为实际电路元件,简称实际元件。实际元件的 物理性质,从能量转换角度看,有电能的产生、电能的消耗以及电玚能量和磁场能量的储存。用
第 1 章 电 路 分 析 基 础 电工电子技术的应用离不开电路。电路由电路元件构成。本章着重介绍电路的基本概念、 常用电路元件、电路的基本定律和电路常用的分析方法, 为学习各种类型的电工电子电路建立必 要的基础。 1 .1 电路的基本概念 1 .1 .1 电路及电路模型 1 . 电路的组成和作用 从日常生活和生产实践可以体会到,要用电一般要用导线、开关等将电源和用电设备或用电 器连接起来,构成一个电流流通的闭合路径。这就是所谓电路。 电路的形式是多种多样的,但从电路的本质来说, 其组成都有电源、负载、中间环节三个最基 图 1 - 1 手电筒电路 本的部分。例如图 1 - 1 所示的手电筒电路中, 电池把化学能转换成电 能供给灯泡,灯泡却把电能转换成光能作照明之用。凡是将化学能、机 械能等非电能转换成电能的供电设备, 称为电源, 如干电池、蓄电池和 发电机等;凡是将电能转换成热能、光能、机械能等非电能的用电设备, 称为负载,如电热炉、白炽灯和电动机等;连接电源和负载的部分, 称为 中间环节,如导线、开关等。 电路的种类繁多,但从电路的功能来说, 主要分为两个方面: 其一 实现电能的传输和转换( 如电力工程, 它包括发电、输电、配电、电力拖动、电热、电气照明、以及 交、直流电之间的整流和逆变等等。) ; 其二进行信号的传递与处理 ( 如信息工程, 它包括语言、文 字、音乐、图像的发射和接收、生产过程中的自动调节、各种输入数据的数值处理、信号的存储等 等。) 。电路的作用不同,对其提出的技术要求也不同, 前者较多的侧重于传输效率的提高, 后者 多侧重于信号在传递过程中的保真、运算的速度和抗干扰等。 2 . 理想元件和电路模型 电路的功能虽然只有两个方面,但是实际电路的类型以及工作时发生的物理现象则是千差 万别的。我们不可能也没有必要去探讨每一个实际电路,而只需找出它们的普遍规律。为此, 我 们把实际电路的元件理想化,忽略其次要的因素用以反映它们主要物理性质的理想元件来代替。 这样由理想元件组成的电路就是实际电路的电路模型, 它是对实际电路物理性质的高度抽象和 概括。 用于构成电路的电工、电子元器件或设备统称为实际电路元件, 简称实际元件。实际元件的 物理性质,从能量转换角度看, 有电能的产生、电能的消耗以及电场能量和磁场能量的储存。用 · 1 ·
来表征上述物理性质的理想电路元件(今后理想两字常略去)分别称为理想电压源Us、理想电 流源厶、电阻元件R、电容元件C、电感元件L。图1-3是它们的电路模型图形符号。它们为 电路结构的基本模型,由这些基本模型构成电路的整体模型。 例如手电筒电路的电路模型如图1-2所示。灯泡看成电阻元件RL,干电池看成理想电压 源U和电阻元件(内阻)R串联。可见电路模型就是实际电路的科学抽象。采用电路模型来 分析电路,不仅使计算过程大为简化,而且能更清晰地反映电路的物理实质。 零电源习电看画 出阳E 图1-2手电筒电路模型 图1-3电路的基本模型——理想电路元件 1,12电流、电压的参考方向 电流、电压、电动势的实际方向在物理学中已作过明确的规定:电路中电流的流动方向是指 正电荷流动的方向,电路中两点之间电压的方向是高电位(“+”极性)点指向低电位(“-”极性) 点的方向(即电位降落的方向),电动势的方向在电源内部由低电位(“-”极性)点指向高电位 (“+”极性)点的方向(即电位升高的方向)。图1-4所示电路中分别标出了电流、电压、电动势 的方向。 但是在分析复杂电路时往往不能预先确定某段电路中电流、电压的实际方向。为了便于分 析电路,电路中引出了参考方向的概念。电流、电压的参考方向是人为任意设定的,图1-5电路 中箭头所示方向就是电流的参考方向。电压的参考方向用极性“+”“-”号表示。电路中的电 流和电压的参考方向可能与实际方向一致或相反,但不论属于哪一种情况,都不会影响电路分析 的正确性。 按参考方向求解得出的电流和电压值有两种可能。若为正值,说明设定的参考方向与实际 方向一致,若为负值,则表明参考方向与实际方向相反。必须指出,电路中的电流或电压在未标 明参考方向的前提下,讨论电流或电压的正、负值是没有意义的 参考方向也称正方向,除了用箭标和极性标示外,还可以用双下标标示。如图1-5中电流 3和电压U3也可以写为l2和Uab FaIL 图1-4电流、电压的实际方向 图1-5电流、电压的参考方向
来表征上述物理性质的理想电路元件 ( 今后理想两字常略去) 分别称为理想电压源 US、理想电 流源 IS 、电阻元件 R、电容元件 C、电感元件 L。图 1 - 3 是它们的电路模型图形符号。它们为 电路结构的基本模型,由这些基本模型构成电路的整体模型。 例如手电筒电路的电路模型如图 1 - 2 所示。灯泡看成电阻元件 RL , 干电池看成理想电压 源 US 和电阻元件(内阻) R0 串联。可见电路模型就是实际电路的科学抽象。采用电路模型来 分析电路,不仅使计算过程大为简化, 而且能更清晰地反映电路的物理实质。 图 1 - 2 手电筒电路模型 图 1 - 3 电路的基本模型———理想电路元件 t 1 .1 .2 电流、电压的参考方向 电流、电压、电动势的实际方向在物理学中已作过明确的规定: 电路中电流的流动方向是指 正电荷流动的方向,电路中两点之间电压的方向是高电位“( + ”极性 ) 点指向低电位“( - ”极性) 点的方向(即电位降落的方向) , 电动势的方向在电源内部由低电位“( - ”极性 ) 点指向高电位 “( + ”极性) 点的方向(即电位升高的方向) 。图 1 - 4 所示电路中分别标出了电流、电压、电动势 的方向。 但是在分析复杂电路时往往不能预先确定某段电路中电流、电压的实际方向。为了便于分 析电路,电路中引出了参考方向的概念。电流、电压的参考方向是人为任意设定的,图 1 - 5 电路 中箭头所示方向就是电流的参考方向。电压的参考方向用极性“ + ”、“ - ”号表示。电路中的电 流和电压的参考方向可能与实际方向一致或相反,但不论属于哪一种情况, 都不会影响电路分析 的正确性。 按参考方向求解得出的电流和电压值有两种可能。若为正值, 说明设定的参考方向与实际 方向一致,若为负值, 则表明参考方向与实际方向相反。必须指出, 电路中的电流或电压在未标 明参考方向的前提下,讨论电流或电压的正、负值是没有意义的。 参考方向也称正方向,除了用箭标和极性标示外, 还可以用双下标标示。如图 1 - 5 中电流 I3 和电压 U3 也可以写为 Iba 和 Uab 。 图 1 - 4 电流、电压的实际方向 图 1 - 5 电流、电压的参考方向 · 2 ·
当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时,则称它们为关联的参考方向,如图 1-6(a)所示。在分析电路时,尤其是分析电阻、电感、电容等元件的电流、电压 关系时,经常采用关联参考方向。例如在应用欧姆定律时必须注意电流、电压 的方向,如图1-6(a)中电流、电压采用了关联参考方向,这时电阻R两端电压 为 P 4 U= RI 若采用非关联参考方向,如图1-6(b)所示,则电阻R两端的电压为 U Rl 图1-6参考方 当电阻的单位为欧(9)、电流的单位为安(A)时,电压的单位为伏(V) 向的关联性 例1-1应用欧姆定律对图1-7的电路列出式子,并求电阻R 图1-7例1-1的图 解:图1-1(a) R U 6 图1-1(b) 6 R 图1-1(c) 6 R =2g 图1-1(d) 6 Q 这里应注意:一个式子中有两套正负号,列写公式时,根据电流和电压的参考方向得出公式 中的正负号。此外电流和电压本身还有正值和负值之分。 从物理学中我们已经知道,一个元件上的电功率等于该元件两端的电压与通过该元件电流 的乘积,即 当电压的单位为伏(V)、电流的单位为安(A)时,功率的单位为瓦(W)。 元件上的电功率有吸收(取用)和发出(产生)两种可能,用功率计算值的正负来区别,以吸收 (取用)功率为正。我们在分析电路时,就列写功率计算公式作如下规定 (1)当电流、电压取关联的参考方向时 (2)当电流、电压取非关联参考方向时 Ul 在此规定下,将电流Ⅰ和电压U数值的正负号如实代入公式,如果计算结果为P>0时,表示元 件吸收功率,该元件为负载;反之,P<0时,表示元件发出功率,该元件为电源
当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时, 则称它们为关联的参考方向, 如图 图 1 - 6 参考方 向的关联性 1 - 6 ( a )所示。在分析电路时,尤其是分析电阻、电感、电容等元件的电流、电压 关系时, 经常采用关联参考方向。例如在应用欧姆定律时必须注意电流、电压 的方向,如图 1 - 6 ( a) 中电流、电压采用了关联参考方向, 这时电阻 R 两端电压 为 U = RI (1 - 1) 若采用非关联参考方向,如图 1 - 6( b)所示, 则电阻 R 两端的电压为 U = - RI (1 - 2) 当电阻的单位为欧(Ω)、电流的单位为安(A)时,电压的单位为伏 (V) 。 例 1 - 1 应用欧姆定律对图 1 - 7 的电路列出式子,并求电阻 R。 图 1 - 7 例 1 - 1 的图 解:图 1 - 1( a) R = U I = 6 3 = 2 Ω 图 1 - 1( b) R = - U I = - 6 - 3 = 2 Ω 图 1 - 1( c ) R = - U I = - - 6 3 = 2 Ω 图 1 - 1( d) R = U I = - 6 - 3 = 2 Ω 这里应注意:一个式子中有两套正负号, 列写公式时,根据电流和电压的参考方向得出公式 中的正负号。此外电流和电压本身还有正值和负值之分。 从物理学中我们已经知道,一个元件上的电功率等于该元件两端的电压与通过该元件电流 的乘积,即 P = UI 当电压的单位为伏( V)、电流的单位为安 (A)时,功率的单位为瓦 (W)。 元件上的电功率有吸收(取用) 和发出(产生) 两种可能,用功率计算值的正负来区别, 以吸收 (取用) 功率为正。我们在分析电路时,就列写功率计算公式作如下规定: (1 ) 当电流、电压取关联的参考方向时 P = UI (1 - 3) (2 ) 当电流、电压取非关联参考方向时 P = - UI (1 - 4) 在此规定下,将电流 I 和电压 U 数值的正负号如实代入公式, 如果计算结果为 P > 0 时, 表示元 件吸收功率,该元件为负载; 反之, P < 0 时, 表示元件发出功率,该元件为电源。 · 3 ·
