内容简介
本书为普通高等教育“十一五”国家规划教材,内容符合教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会制定的教学基本要求,以电气信息类学生拓宽专业口径为立足点,兼顾强电和弱电类专业的共同需求。本书较全面地介绍了经典电路原理知识和现代电路理论的相关内容,注重与后续课程之间的衔接,同时展示了部分电路的实际应用背景。
本书主要内容包括:电路概述;电路分析的基本方法及定理;正弦交流电路;谐振、互感及三相交流电路;双口网络;非正弦周期电路分析;网络矩阵方程;过渡过程的经典解法;拉普拉斯变换法、积分法和状态变量法;分布参数电路;非线性电路等。
本书适合普通高等学校电气信息类(强、弱电)各专业师生使用,也可作为非电类高年级学生、研究生和教师的参考书。
内页插图
目录
前言
第一章 电路概述
第一节 实际电路与电路模型
第二节 电路元件
第三节 电流、电压的参考方向
第四节 基尔霍夫定律
第五节 无源网络的等效变换
第六节 电压源与电流源的等效转换
习题一
第二章 电路分析的基本方法及定理
第一节 网络图论的基本概念
第二节 支路电流法
第三节 回路电流法
第四节 网孔电流法
第五节 节点电压法
第六节 改进节点法
第七节 割集电压法
第八节 叠加定理
第九节 替代定理
第十节 戴维南定理和诺顿定理
第十一节 特勒根定理
第十二节 互易定理
第十三节 补偿定理
*第四节 灵敏度计算
习题二
第三章 正弦交流电路
第一节 正弦交流电量的基本概念
第二节 周期交流电量的有效值
第三节 正弦交流电量的相量表示
第四节 正弦交流电路中的电阻元件
第五节 正弦交流电路中的电感元件
第六节 正弦交流电路中的电容元件
第七节 基尔霍夫定律的相量形式
第八节 正弦交流电路的阻抗、导纳及等效转换
第九节 正弦交流电路的功率计算
第十节 复杂正弦交流电路的计算
习题三
第四章 谐振、互感及三相交流电路
第一节 电路的谐振现象分析
第二节 互感耦合电路
第三节 对称三相正弦交流电路
第四节 不对称三相电路的概念
第五节 三相电路的功率及测量方法
习题四
第五章 双口网络
第一节 概述
第二节 双口网络的开路参数
第三节 双口网络的短路参数
第四节 双口网络的传输参数
第五节 双口网络的混合参数
第六节 双口网络矩阵参数的换算
第七节 双口网络的等效电路
第八节 双口网络的连接
第九节 运算放大器
第十节 回转器
第十一节 负阻抗变换器
习题五
第六章 非正弦周期电路分析
第一节 非正弦周期信号的傅里叶级数分解
第二节 非正弦周期信号电路的稳态计算
第三节 对称三相电路中的高次谐波
第四节 非周期信号的傅里叶变换
第五节 电路的频率特性分析
习题六
第七章 网络矩阵方程
第一节 概述
第二节 关联矩阵与节点电流定律
第三节 回路矩阵与回路电压定律
第四节 割集矩阵与节点电流定律
第五节 关联矩阵、回路矩阵和割集矩阵的关系
第六节 矩阵形式的节点电压方程
第七节 矩阵形式的回路电流方程
第八节 矩阵形式的割集电压方程
第九节 列表法(26法)
习题七
第八章 过渡过程的经典解法
第一节 概述
第二节 阶跃函数和冲激函数
第三节 换路定则和初始条件
第四节 一阶电路的零输入响应
第五节 一阶电路的零状态响应
第六节 一阶电路的全响应和三要素法
第七节 一阶电路的阶跃响应和冲激响应
第八节 二阶电路的零输入响应
第九节 二阶电路的零状态响应和全响应
第十节 二阶电路的冲激响应
第十一节 用经典法求解高阶电路的过渡过程
习题八
第九章 拉普拉斯变换法、积分法和状态变量法、
第一节 拉普拉斯变换
第二节 拉普拉斯变换的基本定理
第三节 拉普拉斯反变换
第四节 复频域中的电路定律、电路元件及其模型
第五节 应用拉普拉斯变换分析线性动态电路
第六节 网络函数
第七节 网络函数的零极点分析
第八节 网络函数与稳态响应的关系
第九节 积分法
第十节 状态变量法
习题九
第十章 分布参数电路
第一节 概述
第二节 均匀传输线方程
第三节 均匀传输线正弦稳态分析
第四节 均匀传输线中的行波
第五节 传播系数与特性阻抗
第六节 不同负载条件下的传输线
第七节 无反射长线
第八节 无畸变长线
第九节 无损耗长线
第十节 无损长线的某些应用
第十一节 长线作为双口网络
第十二节 无损线的暂态分析
习题十
第十一章 非线性电路
第一节 非线性电路与非线性元件
第二节 直流非线性电阻电路的图解法
第三节 小信号分析方法
第四节 分段线性化模型
第五节 非线性正弦稳态电路
第六节 一阶非线性动态电路的过渡过程
第七节 非线性动态电路的状态方程、平衡状态和稳定性
第八节 非线性电路的数值求解方法
第九节 相平面法
习题十一
*第十二章 滤波器设计简介
第一节 概述
第二节 归一化和去归一化
第三节 逼近问题
第四节 无源一端口网络的策动点函数实现
第五节 模拟滤波器的无源实现
第六节 模拟滤波器的RC有源实现
习题十二
习题参考答案
参考文献
精彩书摘
第一章 电路概述
第一节 实际电路与电路模型
电路是由若干电气设备或器件按一定方式组合起来的整体,通常为电流提供流通的途径。电路的作用是传输、存储电能或变换、处理电信号。在各行各业以及人们的日常生活中都存在着举不胜举的实际电路,如电力系统、电子及通信系统、自动控制系统和计算机信息系统等。有些电路很复杂,如超高压电力网络、大规模集成电路以及生物的神经网络等;有些电路很简单,如手电筒就是一个最简单的电路,仅由电池、灯泡和导电的电筒构成。尽管实际电路的繁简程度不同、形态各异、功能各异,但是电路都遵循同样的电路定律,这些正是“电路原理”课程所要研究的内容。
电路原理的研究对象不是实际电路,而是由实际电路抽象而成的理想化的电路模型。为了便于分析、设计电路,在电路理论中,需要根据实际电路中的名个部件的主要物理性质,建立它们的物理模型,这些抽象化的基本的物理模型就称为理想电路元件,简称电路元件。实际电路器件是理想电路元件的组合。由电路元件构成的电路,即是实际电路的电路模型,是在一定精确度范围内对实际电路的一种近似。电路元件能够表征实际电路中的电磁性质:电阻元件表征实际电路中消耗电能的性质;电感元件表征实际电路中产生磁场、储存磁能的性质;电容元件表征实际电路中产生电场、储存电能的性质;电源元件表征实际电路中将其他形式的能量(如化学能、机械能、热能和光能等)转化为电能的性质。对于一个实际电路,如何根据它的电路特性,构建其电路模型,需要丰富的电路知识,还需运用相关的专业知识。在不同的运行条件下,一个实际电路可简化为不同的电路模型。例如,一个电感线圈在直流稳定状态下,可抽象成为一个电阻;在交流低频情况下,可抽象成为电阻和电感的串联;在高频情况下,还需考虑线圈的匝间分布电容和层间分布电容,此时可抽象成为电阻和电感串联后再与电容并联。
当实际电路的几何尺寸远远小于电路工作频率对应的电磁波的波长时,其理想化电路模型所表示的电路器件可不计其空间尺度,而仅反映器件端部电压和流人端部的电流关系,即可用一个集总参数来描述,此时采用集总参数电路模型进行分析;而当电路工作频率对应的电磁波的波长与实际电路的几何尺寸可相互比拟时,则必须采用分布参数电路模型进行分析。
前言/序言
“电路原理”作为一门重要的基础学科,其主要应用领域包括电气工程、电力电子工程、信息工程、控制系统、计算机、微电子系统等,是电气信息类等专业本科生必须具备的知识结构。“电路原理”主要分析和研究电路中各类电磁现象的变化规律,具有较强的逻辑性、系统性和理论性,主要培养学生严谨的思维能力、灵活的分析问题和解决问题的能力,从而进一步培养学生的创新、创造能力,为在相应学科的进一步学习和提高打好必要的基础。
本书作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材,适合普通高等学校电气信息类(强、弱电)各专业师生使用,也可作为非电类高年级学生、研究生和教师的参考书。本书第1版于2001年出版,第2版入选“十五”国家级规划教材。根据“十一五”国家级规划教材的要求,本书第3版进行了部分修订。教材内容符合教育部高等学校电子电气基础课程教学指导委员会制定的教学基本要求,在取材的深度和广度、教材体系的组织安排等方面均能适应工科学生对电路基础课程的教学要求。
本书综合了浙江大学在电路课程中进行教学改革的成果。作者所在的教研室近年来开展了一系列教学研究,编写了多套各具特色的电路教材(见参考文献),并开展了多方面的教学改革探索。在本教材编写过程中,作者秉承使用上述教材所积累的教学经验,并结合教学改革成果,兼收并蓄,博采众长。全书注重对电路理论基本概念、基本原理及应用的分析,力求做到内容精炼、论证严密、重点突出、适用面广,使教材兼顾强电和弱电类专业的共同教学需求。教材内容遵循由简到繁、循序渐进的教学原则,采用先静态(直流电路分析)、后稳态(正弦周期和非周期信号的分析)、再动态(过渡过程分析)的教学体系,力求使难点分散,便于施教,以完善和提高教学效果。在直流电路中讲述电路的基本计算方法和网络定理;在正弦稳态分析中集中讲述相量(复数)概念;其后讲授电路过渡过程的经典法和运算法;在拉普拉斯变换中讲述网络的频率特性;分布参数电路和非线性电路依次在后面章节讲述。全书各章节均精心编写了相应例题,有利于教师在授课中灵活选材,根据不同侧重点和学时数进行取舍。
好的,这是一本关于《现代电子系统设计与应用》的图书简介。 --- 图书名称:现代电子系统设计与应用(第2版) 作者: 张建国,李明 编著 出版社: 电子工业出版社 开本与页码: 16开,约750页 定 价: 98.00元 ISBN: 978-7-121-56789-0 --- 图书简介:现代电子系统设计与应用(第2版) 一、 概述与定位 《现代电子系统设计与应用》(第2版)是一本面向电子工程、自动化、通信工程及相关专业高年级本科生、研究生以及电子行业工程师的专业参考书。本书紧密结合当前快速迭代的电子技术前沿,系统地阐述了从基础元器件选型到复杂嵌入式系统构建的完整设计流程与方法论。 与侧重于电磁场理论和基础电路分析的经典教材不同,本书的核心价值在于“设计导向”和“系统集成”。它不再将重点停留在单个器件的静态特性分析上,而是着力于如何将离散的电子元件、模块有效地组织成一个功能完备、性能可靠、具有实时响应能力的现代电子系统。第2版在吸收了前一版反馈的基础上,重点加强了对物联网(IoT)连接技术、高性能微控制器(MCU)架构、以及功率电子在新能源领域的应用的介绍,以适应当前“万物互联”和“绿色能源”两大技术趋势。 全书内容结构严谨,理论与实践紧密结合,力求为读者提供一套切实可行的电子系统工程化解决方案的思维框架。 二、 内容结构与核心章节详解 本书共分为六大部分,二十章内容,涵盖了现代电子系统设计的关键环节: 第一部分:基础理论回顾与设计方法论(第1-3章) 本部分对现代电子系统设计的基础要求进行了界定,并引入了系统工程的思维模式。 第1章:现代电子系统的特征与挑战: 探讨了微型化、低功耗、高集成度、实时性等现代系统面临的主要挑战,并介绍了敏捷开发方法在电子产品设计中的应用。 第2章:设计流程与规范管理: 详细阐述了从需求分析、概念设计、原型制作到最终验证的完整V模型流程,并引入了设计文档(如原理图规范、PCB布局约束)的建立与维护标准。 第3章:元器件选型与可靠性分析: 侧重于参数的实际意义,如MTBF(平均无故障时间)、温度漂移系数、ESD防护等级等,并介绍了关键元器件(如高速运放、逻辑器件)的选型决策树。 第二部分:高性能模拟与混合信号处理(第4-7章) 本部分深入讲解了信号调理和转换的先进技术,这些是大多数数据采集和控制系统的核心。 第4章:精密信号放大与滤波技术: 重点分析了低噪声放大器(LNA)的选择、轨对轨(Rail-to-Rail)技术以及有源滤波器(如Sallen-Key、多路反馈拓扑)的非理想特性补偿。 第5章:高速模数/数模转换器(ADC/DAC): 深入剖析了SAR、Sigma-Delta、流水线型ADC的工作原理和适用场景,特别强调了量化噪声、有效位数(ENOB)的计算与系统级优化。 第6章:隔离与保护技术: 涵盖了光耦、电容耦合、磁耦合隔离器的原理与应用,以及过压、过流、静电放电(ESD)的系统级防护电路设计。 第7章:传感器接口设计与校准: 讨论了各类传感器(如MEMS、光学、生物电化学)的阻抗匹配、线性化处理和多点校准算法的硬件实现。 第三部分:嵌入式核心与实时控制(第8-12章) 这是本书的重点,着眼于如何构建系统的“大脑”并实现高效的软件-硬件协同。 第8章:主流微控制器(MCU)架构与选型: 对Cortex-M系列、RISC-V内核进行对比分析,侧重于中断响应时间、总线带宽和片上资源配置(如DMA、定时器)。 第9章:实时操作系统(RTOS)基础与任务调度: 介绍了FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS的内核机制,包括任务优先级、信号量、消息队列,并讨论了死锁和竞态条件(Race Condition)的规避方法。 第10章:高速总线与外设接口设计: 详细讲解了SPI、I2C、UART等常用接口的时序要求,并引入了PCIe、USB 3.0等高速串行总线的物理层要求和阻抗匹配。 第11章:固件安全性与防篡改设计: 讨论了代码保护、安全启动(Secure Boot)、数据加密存储(如使用TPM模块)等嵌入式安全实践。 第12章:嵌入式系统调试与故障诊断: 侧重于JTAG/SWD调试工具的有效使用,以及通过逻辑分析仪、示波器进行系统级时序冲突的定位。 第四部分:系统集成与电磁兼容性(EMC)(第13-15章) 电子系统成功的关键往往在于其在真实环境中的鲁棒性。 第13章:印刷电路板(PCB)设计进阶: 深入探讨了多层板堆叠设计、差分信号线的布线规则、电源完整性(PI)分析和去耦电容的网络优化。 第14章:电磁兼容性(EMC)设计: 详细阐述了辐射发射(RE)和传导敏感度(CS)的产生机理,以及屏蔽、接地、滤波等抑制技术在系统层面的应用策略。 第15章:热管理与散热设计: 针对高功耗系统,介绍了传导、对流、辐射散热的计算模型,以及热界面材料(TIM)的选择。 第五部分:现代通信与网络接入(第16-18章) 聚焦于当前系统中不可或缺的数据交换能力。 第16章:低功耗无线通信技术: 重点分析了蓝牙低功耗(BLE)、LoRaWAN、ZigBee等协议的物理层特性、功耗优化策略及MAC层冲突避免机制。 第17章:有线网络接入与工业以太网: 介绍了10/100M以太网MAC层与PHY层的接口,以及现场总线(如CAN FD, EtherCAT)的帧结构与时间同步。 第18章:RF前端基础与天线匹配: 简要介绍射频信号的阻抗变换、匹配网络设计(Smith圆图应用),以及常见PCB天线(如PIFA, 偶极子)的性能评估。 第六部分:功率电子与系统级应用案例(第19-20章) 本部分关注系统的能源供给与实际落地。 第19章:电源管理与DC-DC转换器设计: 涵盖开关模式电源(SMPS)的拓扑结构(Buck, Boost, Flyback),环路补偿理论,以及对输出纹波的控制。 第20章:综合应用案例分析: 选取两个具体的、具有挑战性的设计项目(如:高精度工业数据采集模块、低功耗边缘AI终端),从需求到成品,展示系统的完整设计与调试过程。 三、 本书的特色与优势 1. 强调系统级思维: 本书不局限于某一特定领域的知识,而是致力于培养读者将模拟、数字、软件、功率和电磁兼容性知识融会贯通,进行全栈式电子系统设计的能力。 2. 丰富的工程实例: 每一章节均配有来自实际工程项目的设计挑战、解决方案和关键数据截图(如示波器波形、频谱分析结果),增强了知识的直观性和实用性。 3. 紧跟前沿技术: 大篇幅介绍了嵌入式安全、低功耗广域网(LPWAN)、以及先进的电源管理技术,确保内容的时效性。 4. 注重设计规范: 详细介绍了设计文档的编写、版本控制和工程规范的执行,帮助学习者从“能用”向“好用、可靠”过渡。 四、 适用对象 高等院校电子信息工程、自动化、集成电路设计相关专业高年级学生及研究生。 电子产品研发工程师,特别是需要从模块级设计转向系统级集成的初、中级工程师。 硬件设计爱好者和创客群体中,寻求系统化、工程化知识体系的进阶学习者。 通过研读本书,读者将能够掌握现代电子系统设计所必需的核心理论、工具应用及工程实践方法,为设计出稳定、高性能、符合标准的新一代电子产品奠定坚实的基础。