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电工学原理与应用(第五版) 定 价:¥108 中 教 价:¥83.16 (7.70折) 库 存 数: 0
本书是电工学概论领域的经典教材,也是畅销教材。作者通过讲授电工学原理来激励学生学习,并关注于解决各个工程领域的特定的或者有趣的问题,同时还提供了详尽的例题和实际的应用范例。本书包含电路分析、数字系统、电子器件与电路、电机学四大模块,主要内容包括: 电阻性电路、电感与电容、瞬态电路分析、正弦稳态电路分析、频率响应与谐振、数字逻辑电路、微机原理、基于计算机的测量系统、二极管、放大电路、场效应管和三极管、运算放大器、磁路与变压器及直流、交流电机。
本书是电工学概论领域的经典教材,也是畅销教材。作者通过讲授电气工程原理来激励学生学习,并应用于解决各个工程领域的特定的或者有趣的问题,同时还提供了详尽的例题和实际应用范例。
第Ⅰ部分电路 br/
第1章介绍 br/ 1.1电气工程综述 br/ 1.1.1电气工程应用的子领域 br/ 1.1.2为什么需要学习电气工程 br/ 1.1.3本书内容 br/ 1.2电路、 电流和电压 br/ 1.2.1电路的基本知识 br/ 1.2.2液体流动模拟 br/ 1.2.3电路 br/ 1.2.4电流 br/ 1.2.5参考方向 br/ 1.2.6直流电流和交流电流 br/ 1.2.7用双下标符号表示电流 br/ 1.2.8电压 br/ 第Ⅰ部分电路<br/> 第1章介绍<br/> 1.1电气工程综述<br/> 1.1.1电气工程应用的子领域<br/> 1.1.2为什么需要学习电气工程<br/> 1.1.3本书内容<br/> 1.2电路、 电流和电压<br/> 1.2.1电路的基本知识<br/> 1.2.2液体流动模拟<br/> 1.2.3电路<br/> 1.2.4电流<br/> 1.2.5参考方向<br/> 1.2.6直流电流和交流电流<br/> 1.2.7用双下标符号表示电流<br/> 1.2.8电压<br/> 1.2.9参考极性<br/> 1.2.10电压的双下标符号表示<br/> 1.2.11开关<br/> 1.3功率和能量<br/> 1.3.1关联参考方向<br/> 1.3.2能量计算<br/> 1.3.3单位前缀<br/> 1.4基尔霍夫电流定律<br/> 1.4.1基尔霍夫电流定律的物理基础<br/> 1.4.2串联电路<br/> 1.5基尔霍夫电压定律<br/> 1.5.1基尔霍夫电压定律中的能量守恒<br/> 1.5.2并联电路<br/> 1.6电路元件简介<br/> 1.6.1导线<br/> 1.6.2电压源<br/> 1.6.3理想电路元件与实际电路元件<br/> 1.6.4受控电压源<br/> 1.6.5电流源<br/> 1.6.6受控电流源<br/> 1.6.7电阻器和欧姆定律<br/> 1.6.8电导<br/> 1.6.9电阻<br/> 1.6.10与电阻有关的物理参数<br/> 1.6.11电阻的功率计算<br/> 实际应用1.1应用电阻测量应变<br/> 1.6.12电阻器与电阻<br/> 1.7电路简介<br/> 1.7.1使用任意参考方向<br/> 本章小结<br/> 习题<br/> 实践测试第2章电阻电路<br/> 2.1电阻的串联和并联<br/> 2.1.1电阻的串联<br/> 2.1.2电阻的并联<br/> 2.1.3电导的串并联<br/> 2.1.4串联和并联电路<br/> 2.2用串/并联的等效变换进行网络分析<br/> 2.2.1应用串/并联等效变换分析电路<br/> 2.2.2用串/并联热电阻控制功率<br/> 2.3分压和分流电路<br/> 2.3.1分压原理<br/> 2.3.2分流原理<br/> 2.3.3基于分压原理的位置传感器<br/> 2.4节点电压分析法<br/> 2.4.1选择参考节点<br/> 2.4.2设定节点电压<br/> 2.4.3根据节点电压分析法分析电路元件电压<br/> 2.4.4根据节点电压列写KCL方程<br/> 2.4.5标准形式的电路方程<br/> 2.4.6一种列写矩阵方程的快捷方法<br/> 2.4.7求解电路方程<br/> 2.4.8使用MATLAB求解电路方程<br/> 2.4.9LabVIEW MathScript<br/> 2.4.10含有电压源的电路<br/> 2.4.11含有受控源的电路<br/> 2.4.12应用MATLAB符号工具箱得到符号解<br/> 2.4.13检验答案<br/> 2.5网孔电流分析法<br/> 2.5.1选择网孔电流<br/> 2.5.2列写求解网孔电流的方程<br/> 2.5.3求解网孔电流方程<br/> 2.5.4直接写出网孔电流方程的矩阵形式<br/> 2.5.5含有电流源电路的网孔电流方程<br/> 2.5.6含有受控源的电路<br/> 2.6戴维南和诺顿等效电路<br/> 2.6.1戴维南等效电路<br/> 2.6.2诺顿等效电路<br/> 2.6.3分析戴维南(诺顿)等效电路的步骤<br/> 2.6.4电源的等效变换<br/> 2.6.5最大功率传输<br/> 实际应用2.1 一个重要的工程问题: 电动汽车的能量存储系统<br/> 2.7叠加原理<br/> 2.7.1线性<br/> 2.7.2用叠加法求解电路<br/> 2.8惠斯通电桥<br/> 本章小结<br/> 习题<br/> 实践测试第3章电感与电容<br/> 3.1电容<br/> 3.1.1流体模型<br/> 3.1.2根据电压计算储存的电荷<br/> 3.1.3电容的电压与电流关系<br/> 3.1.4由电流计算电容电压<br/> 3.1.5储存的能量<br/> 3.2电容的串联与并联<br/> 3.2.1电容的并联<br/> 3.2.2电容的串联<br/> 3.3电容器的物理特征<br/> 3.3.1平行板电容器的电容<br/> 3.3.2实际电容器<br/> 3.3.3电解电容器<br/> 3.3.4寄生效应<br/> 3.4电感<br/> 3.4.1流体模型<br/> 3.4.2根据电压计算电流<br/> 3.4.3储存的能量<br/> 3.5电感的串/并联<br/> 3.6实际电感元件<br/> 3.6.1寄生效应<br/> 应用实例3.1电子闪光灯<br/> 3.7互感<br/> 3.7.1线性差动变压器<br/> 3.8用MATLAB进行符号积分与微分运算<br/> 3.8.1MATLAB中的折线函数<br/> 本章小结<br/> 习题<br/> 应用测试第4章暂态分析<br/> 4.1一阶RC电路<br/> 4.1.1电容通过电阻进行放电<br/> 4.1.2直流电源对电容充电<br/> 4.2直流稳态<br/> 4.3RL电路<br/> 4.4其他激励作用下的RC和RL电路<br/> 4.4.1微分方程的解<br/> 4.4.2解方程的步骤<br/> 4.5二阶电路<br/> 4.5.1微分方程<br/> 4.5.2力学的模拟<br/> 4.5.3二阶方程的解<br/> 4.5.4二阶系统的标准阶跃响应<br/> 4.5.5并联LC电路<br/> 实际应用4.1电子学与汽车维护的艺术<br/> 4.6用MATLAB的符号工具箱进行暂态分析<br/> 4.6.1线性微分方程组的求解<br/> 本章小结<br/> 习题<br/> 练习测试第5章正弦稳态分析<br/> 5.1正弦电流和电压<br/> 5.1.1均方根值<br/> 5.1.2正弦电量的均方根值<br/> 5.1.3非正弦电压或电流的有效值<br/> 5.2相量<br/> 5.2.1相量的定义<br/> 5.2.2用相量实现正弦量相加<br/> 5.2.3正弦量求和运算的步骤<br/> 5.2.4旋转矢量<br/> 5.2.5相位关系<br/> 5.3复阻抗<br/> 5.3.1电感<br/> 5.3.2电容<br/> 5.3.3电阻<br/> 应用实例5.1我在哪里?现在是什么时间?(相位测量的应用之一)<br/> 5.4用相量和复阻抗进行电路分析<br/> 5.4.1基尔霍夫定律的相量形式<br/> 5.4.2用相量和复阻抗进行电路分析<br/> 5.4.3节点电压分析<br/> 5.4.4网孔电流分析<br/> 5.5交流电路的功率<br/> 5.5.1单个负载的功率<br/> 5.5.2电感负载的电流、 电压和功率<br/> 5.5.3电容负载的电流、 电压和功率<br/> 5.5.4无功功率的重要性<br/> 5.5.5一般负载功率的计算<br/> 5.5.6功率因数<br/> 5.5.7无功功率<br/> 5.5.8视在功率<br/> 5.5.9单位<br/> 5.5.10功率三角形<br/> 5.5.11其他功率关系<br/> 5.5.12复功率<br/> 5.5.13功率因数校正<br/> 5.6戴维南和诺顿等效电路<br/> 5.6.1戴维南等效电路<br/> 5.6.2诺顿等效电路<br/> 5.6.3最大功率传输<br/> 5.7三相对称电路<br/> 5.7.1相序<br/> 5.7.2YY连接<br/> 5.7.3三相功率<br/> 5.7.4无功功率<br/> 5.7.5线电压<br/> 5.7.6Δ形电源<br/> 5.7.7Y形和Δ形负载<br/> 5.7.8ΔΔ连接<br/> 5.8用MATLAB进行交流分析<br/> 5.8.1MATLAB中的复数数据<br/> 5.8.2在MATLAB中寻找数据的极坐标形式<br/> 5.8.3为MATLAB添加新函数<br/> 5.8.4用MATLAB求解网络方程<br/> 本章小结<br/> 习题<br/> 实践测试第6章频率响应、 波特图和谐振<br/> 6.1傅里叶分析、 滤波器和传递函数<br/> 6.1.1傅里叶分析<br/> 6.1.2滤波器<br/> 6.1.3传递函数<br/> 实际应用6.1有源消声器<br/> 6.2一阶低通滤波器<br/> 6.2.1传递函数的幅值和相位图<br/> 6.2.2传递函数的应用<br/> 6.2.3一阶低通滤波器的应用<br/> 6.2.4不同频率下的相量用法<br/> 6.3分贝、 级联和对数频率坐标<br/> 6.3.1二端口网络的级联<br/> 6.3.2对数频率坐标<br/> 6.4波特图<br/> 6.4.1相位图<br/> 6.5一阶高通滤波器<br/> 6.5.1传递函数的幅频特性和相频特性<br/> 6.5.2一阶高通滤波器的波特图<br/> 6.6串联谐振<br/> 6.6.1串联谐振电路用作带通滤波器<br/> 6.7并联谐振<br/> 6.8理想滤波器和二阶滤波器<br/> 6.8.1理想滤波器<br/> 6.8.2二阶低通滤波器<br/> 6.8.3比较一阶和二阶滤波器<br/> 6.8.4二阶高通滤波器<br/> 6.8.5二阶带通滤波器<br/> 6.8.6二阶带阻(陷波)滤波器<br/> 6.9使用MATLAB软件求传递函数和波特图<br/> 6.9.1使用符号工具箱导出传递函数<br/> 6.10数字信号处理<br/> 6.10.1模数信号转换<br/> 6.10.2数字滤波器<br/> 6.10.3数字低通滤波器<br/> 6.10.4其他数字滤波器<br/> 6.10.5简单的陷波滤波器<br/> 6.10.6数字滤波器的仿真<br/> 6.10.7滤波技术的比较<br/> 本章小结<br/> 习题<br/> 模拟测试第Ⅱ部分数 字 系 统<br/> 第7章逻辑电路<br/> 7.1逻辑电路的基本概念<br/> 7.1.1数字信号处理的优点<br/> 7.1.2正逻辑与负逻辑<br/> 7.1.3电平区和噪声容限<br/> 7.1.4数字字<br/> 7.1.5数字信息的传输<br/> 7.1.6数字信息处理系统的应用<br/> 7.2二进制数的表示<br/> 7.2.1二进制数<br/> 7.2.2十进制数与二进制形式的转换<br/> 7.2.3二进制数的代数运算<br/> 7.2.4十六进制数和八进制数<br/> 7.2.5二进制编码的十进制数<br/> 7.2.6格雷码<br/> 7.2.7补码运算<br/> 7.3组合逻辑电路<br/> 7.3.1基本门电路<br/> 7.3.2非门(反相器)<br/> 7.3.3或门<br/> 7.3.4布尔代数<br/> 7.3.5布尔代数式的实现<br/> 7.3.6摩根定理<br/> 7.3.7与非门、 或非门和异或门<br/> 7.3.8电路的与非门和或非门实现<br/> 7.4逻辑电路的综合<br/> 7.4.1与或式(SOP式)的电路实现<br/> 7.4.2或与式(POS)的电路实现<br/> 7.4.3译码器、 编码器和解码器<br/> 7.5逻辑电路的化简<br/> 7.5.1卡诺图<br/> 7.5.2如何获得最简的或与式<br/> 7.6时序逻辑电路<br/> 7.6.1触发器<br/> 7.6.2寄存器<b 前 言 与过去的版本一致,编写本书的指导思想主要有以下三点:第一,从长远来看,学生学好基本概念就是为将来的发展打好基础;其次,通过解决不同领域的实际和有趣的问题,可以激发学生的学习热情;第三,尽可能避免学生遭遇学习挫折。 本书主要包括电路分析、数字系统、电子学与电机学等内容,适用于电气工程专业学生的导论课程或者非电类专业学生的综合性课程,要求学生学习过基础物理学和单变量微积分的课程即可。采用本书授课,有利于提高以下方面的理论与实验技能: ● 基本电路分析与测量 ● 一阶和二阶电路的瞬态响应 ● 交流稳态电路 ● 谐振与频率响应 ● 数字逻辑电路 ● 微控制器 ● 基于计算机的测量仪器(包括LabVIEW软件) ● 二极管电路 ● 放大电路 ● 场效应管与双极结型晶体管 ● 运算放大器 ● 变压器 ● 交流电机与直流电机 ● 计算机辅助电路分析(Multisim和MATLAB软件) 本书注重基本概念,每一章都安排一段内容,概括介绍电气工程理论在其他领域中的应用,主要包括内燃机中的抗震信号处理、心脏起搏器、动态噪声控制和全球定位系统等。 作者非常欢迎读者对本书进行评价,尤其是提出宝贵的修改意见和建议,这将体现在修订版中。作者的电子邮件地址:arhamble@mtu.edu。 MATLAB及其符号工具箱 在本书中,我们将给出更多的实例来阐明如何将MATLAB软件应用于网络分析,包括如何发挥其符号数学解决能力。所有例题、练习和习题都基于MATLAB R2008a版本,而符号工具箱则基于Maplesoft公司的Maple软件。注意,如果采用其他版本的软件,可能因为具备不同的功能导致以下两种结果:其一,不能运行程序;其二,运行程序的结果与本书提供的形式有所不同。上述结论毋庸置疑,如果启动MATLAB R2008b版本,将默认使用MuPAD(MathWorks公司的产品),而不是Maple软件工具。 学生资源 全新的网址为学生提供了更新、更丰富的资源,可单独购买资源下载账号。登录www.pearsonhighered.com/hambley international即可获取下列资源①: ● Pearson eText,这是一部完整的在线电子书,具有重点内容提示、笔记和检索功能。 ● 视频解答,针对每章有代表性的习题提供完整的逐步求解过程。 ● 学生解答手册,每章的PDF文件提供了各章练习和标注有星号的习题的答案,以及全部测验题的详细解答。 ● MATLAB文件夹,包含了书中讨论到的例题的m文件,除了使用Symbolic工具箱分析例题,这些文件也可以采用MathScript软件来运行。还有一个MathScript文件夹,包含其能够运行的m文件。 ● Multisim 10.1文件夹,包含了Multisim软件使用教程,以及书中大量电路的仿真分析。从附录D中可以获取更丰富的信息。 ● OrCAD 16.2文件夹,包含OrCAD Capture CIS 16.2软件使用教程,从附录D中可以获取更丰富的信息。(OrCAD Capture的新版本可以从以下网址下载:http://www.ema-eda.com/products/orcad/demosoftware.aspx。) ● 附录G,即OrCAD 10.5软件的使用教程。该PDF文件便于使用以前版本的教师能够继续使用该版本的程序,也是对本书第四版附录D的更新。 ● 虚拟仪器文件夹,包含9.4节涉及的LabVIEW程序。 教师资源 教师资源如下: ● 完整版本的习题解答 ● 本书配套的PPT 教师资源可以在www.personhighered.com下载,如果需要账号和密码,请联系本地的Pearson代理。② 第五版的新增内容 ● 增加了测验题,便于学生在每章结束时进行复习和测验。附录E包含实际测试的所有答案,完整解答则在网站的学生资源中给出。 ● 第2章~第6章增加了使用MATLAB和符号工具箱进行网络分析的内容。 ● 增加了大约150道习题,替换并更新了以前版本的习题。 ● 在第2章增加了对电导的讨论,阐述如何快速写出节点和网孔方程,并使用MATLAB对网络方程进行数值与符号求解,并增加了两个新例子。删除了采用叠加原理求解含受控源电路的内容,增大了叠加原理应用的篇幅。 ● 3.8节增加了使用MATLAB求解积分和微分方程的内容。 ● 4.6节增加了采用MATLAB符号工具箱进行瞬态分析的内容。 ● 第5章增加了复功率的概念,5.8节增加了使用MATLAB分析交流电路的内容。 ● 6.9节增加了传递函数和波特图。修改了数字信号处理的内容,并移至6.10节进行讨论。 ● 将第9章修改为阐述LabVIEW软件的升级。 ● 对全书的内容进行了修订与完善。 ● 新版本的附录D用于介绍National Instrument公司的Multisim软件,学生通过网络可以获取使用Multisim软件求解书中习题的方法,从附录D中可以获取更丰富的信息。以前版本的附录D(基于OrCAD 10.5)也可以在网站中下载。 ● 附录E增加了实际测试的答案。 基础知识 应掌握基础物理学和单变量微积分的知识,提前学习过微积分的课程对于学习本书会有所帮助,但并不是必要的。微分方程将在第4章的瞬态分析中出现,可以从基本的计算中训练求解技巧。 教学特点 本书采取了多种方式来激发学生的学习兴趣、避免概念混淆和引导学生了解书中具体内容与本专业的相关性。教学特点如下: ● 每章开始有一段对于学习目标的描述。 ● 在页边空白处适当强调和总结关键知识点或者学生需要避免的常见错误。 ● 用加框文字表示电工理论在其他工程领域的应用,例如关于动态噪音的消除(第313页)、心脏起搏器(第411页)。 ● 解题过程循序渐进,例如节点电压分析的解题步骤总结(第94页~第95页)或者戴维宁等效电路分析的小结(第113页)。 ● 每章结束有一组测验题,方便学生测验所学知识,答案见附录E,完整的解答在网站下载的学生解答手册中。 ● 对于书中的练习和测验题的完整解答,以PDF文件形式上传于网站中供学生下载,这有利于学生建立信心,并确定自己需要补充学习的内容。 ● 在每章结束时进行小结,以供学生参考。 ● 重要公式在书中突出显示,提示读者重视这些重要的结果。 满足认证培训教学的需求 本书为多种授权认证培训提供了很好的选择,工程认证标准(Criteria for Accrediting Engineering)要求毕业生应具备“应用数学、科学和工程知识的能力”和“认识、表述和解决工程问题的能力”。本书正是为培养学生的这些能力而编写的。 同时,毕业生必须具备“设计、组织实验及分析、解释数据的能力”。第9章的内容就是旨在培养这一能力,如果课程学习还包含此类实验,那么这方面的能力可得到进一步的提升。 此外,工程认证标准要求培养“团队协作能力”和“有效沟通的能力”。基于本书的课程,为非电类专业学生提供了相关的知识及有效地与电气工程师沟通的能力训练。本书也有助于电气工程师了解电工理论在其他工程领域的应用,为了加强交流,每章的习题都要求学生用自己的想法来解释电气工程的概念。 本书提供了LabVIEW和Multisim软件包,可以培养学生“使用技术、技能和现代工程必备工具进行工程实践”的能力。 本书的内容及组织 基本电路分析 第1章 定义电流、电压、功率和能量,介绍基尔霍夫定律、欧姆定律,定义电压源、电流源和电阻。 第2章分析电阻电路,介绍电阻网络的化简、节点电压法和网孔电流法,同时讲解戴维宁等效、叠加原理及惠斯通电桥。 第3章介绍电容、电感和互感。 第4章讨论电路的暂态响应,首先介绍一阶RL、RC电路和时间常数,然后讨论二阶电路。 第5章讨论正弦稳态电路的特性(附录A讲解复数知识),介绍功率计算、交流电路戴维宁和诺顿等效,以及对三相对称电路的分析计算。 第6章讨论频率响应、波特图、谐振、滤波器和数字信号处理,介绍傅里叶理论(信号由具有各种不同幅度、相位和频率的正弦成分组成)的基本概念。 数字系统 第7章介绍逻辑门、二进制数值表达、组合逻辑和时序逻辑,讨论布尔代数、摩根定律、真值表、卡诺图、编码器、译码器、触发器和寄存器。 第8章介绍微型计算机并重点讲解嵌入式系统,以摩托罗拉公司的68HC11作为主要应用实例。同时,介绍了计算机的结构与内存条的类型,概述了单片机的数字处理控制功能。最后,讲述68HC11的指令和寻址方式,并简单介绍汇编语言的编程。 第9章讨论以计算机为基础的仪器系统,包括测量的概念、传感器、信号调理与模数转换。最后,讨论使用LabVIEW软件编写虚拟仪器的应用实例,学生可以将程序复制到自己的计算机中进行实际操作。 电子器件与电路 第10章介绍二极管的多种电路模型、负载线分析和各种应用电路,例如整流电路、稳压电路和波形整形电路等。 第11章从应用的角度介绍放大器的性能参数和缺陷,包括各种增益、输入/输出阻抗、负载效应、频率响应、脉冲响应、非线性失真、共模抑制和直流漂移等内容。 第12章介绍MOS场效应管的结构、工作原理和特性曲线,负载线分析,大信号和小信号模型,偏置电路,以及共源放大器和共漏放大器。 第13章介绍双极结型晶体管的结构、工作原理和特性曲线。如果需要,可以调换第12章和第13章的授课顺序,也可以通过对比两种器件及电路的差异和共性,节约时间来讨论其他主题。 第14章讨论运算放大器及其各种应用。非电类专业学生能从本章学习如何使用和设计用于各自领域的测量仪器的运算放大电路。 电机学 第15章复习基本电磁场原理,分析磁路和变压器。 第16章和17章分别介绍直流电机和交流电机,主要强调电动机而不是发电机,因为非电类的工程师通常面对的对象是电动机而不是发电机。第16章介绍多种电动机,然后介绍直流电动机,包括等效电路和性能的
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