內容簡介
本書為普通高等教育“十一五”國傢規劃教材,內容符閤教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導分委員會製定的教學基本要求,以電氣信息類學生拓寬專業口徑為立足點,兼顧強電和弱電類專業的共同需求。本書較全麵地介紹瞭經典電路原理知識和現代電路理論的相關內容,注重與後續課程之間的銜接,同時展示瞭部分電路的實際應用背景。
本書主要內容包括:電路概述;電路分析的基本方法及定理;正弦交流電路;諧振、互感及三相交流電路;雙口網絡;非正弦周期電路分析;網絡矩陣方程;過渡過程的經典解法;拉普拉斯變換法、積分法和狀態變量法;分布參數電路;非綫性電路等。
本書適閤普通高等學校電氣信息類(強、弱電)各專業師生使用,也可作為非電類高年級學生、研究生和教師的參考書。
內頁插圖
目錄
前言
第一章 電路概述
第一節 實際電路與電路模型
第二節 電路元件
第三節 電流、電壓的參考方嚮
第四節 基爾霍夫定律
第五節 無源網絡的等效變換
第六節 電壓源與電流源的等效轉換
習題一
第二章 電路分析的基本方法及定理
第一節 網絡圖論的基本概念
第二節 支路電流法
第三節 迴路電流法
第四節 網孔電流法
第五節 節點電壓法
第六節 改進節點法
第七節 割集電壓法
第八節 疊加定理
第九節 替代定理
第十節 戴維南定理和諾頓定理
第十一節 特勒根定理
第十二節 互易定理
第十三節 補償定理
*第四節 靈敏度計算
習題二
第三章 正弦交流電路
第一節 正弦交流電量的基本概念
第二節 周期交流電量的有效值
第三節 正弦交流電量的相量錶示
第四節 正弦交流電路中的電阻元件
第五節 正弦交流電路中的電感元件
第六節 正弦交流電路中的電容元件
第七節 基爾霍夫定律的相量形式
第八節 正弦交流電路的阻抗、導納及等效轉換
第九節 正弦交流電路的功率計算
第十節 復雜正弦交流電路的計算
習題三
第四章 諧振、互感及三相交流電路
第一節 電路的諧振現象分析
第二節 互感耦閤電路
第三節 對稱三相正弦交流電路
第四節 不對稱三相電路的概念
第五節 三相電路的功率及測量方法
習題四
第五章 雙口網絡
第一節 概述
第二節 雙口網絡的開路參數
第三節 雙口網絡的短路參數
第四節 雙口網絡的傳輸參數
第五節 雙口網絡的混閤參數
第六節 雙口網絡矩陣參數的換算
第七節 雙口網絡的等效電路
第八節 雙口網絡的連接
第九節 運算放大器
第十節 迴轉器
第十一節 負阻抗變換器
習題五
第六章 非正弦周期電路分析
第一節 非正弦周期信號的傅裏葉級數分解
第二節 非正弦周期信號電路的穩態計算
第三節 對稱三相電路中的高次諧波
第四節 非周期信號的傅裏葉變換
第五節 電路的頻率特性分析
習題六
第七章 網絡矩陣方程
第一節 概述
第二節 關聯矩陣與節點電流定律
第三節 迴路矩陣與迴路電壓定律
第四節 割集矩陣與節點電流定律
第五節 關聯矩陣、迴路矩陣和割集矩陣的關係
第六節 矩陣形式的節點電壓方程
第七節 矩陣形式的迴路電流方程
第八節 矩陣形式的割集電壓方程
第九節 列錶法(26法)
習題七
第八章 過渡過程的經典解法
第一節 概述
第二節 階躍函數和衝激函數
第三節 換路定則和初始條件
第四節 一階電路的零輸入響應
第五節 一階電路的零狀態響應
第六節 一階電路的全響應和三要素法
第七節 一階電路的階躍響應和衝激響應
第八節 二階電路的零輸入響應
第九節 二階電路的零狀態響應和全響應
第十節 二階電路的衝激響應
第十一節 用經典法求解高階電路的過渡過程
習題八
第九章 拉普拉斯變換法、積分法和狀態變量法、
第一節 拉普拉斯變換
第二節 拉普拉斯變換的基本定理
第三節 拉普拉斯反變換
第四節 復頻域中的電路定律、電路元件及其模型
第五節 應用拉普拉斯變換分析綫性動態電路
第六節 網絡函數
第七節 網絡函數的零極點分析
第八節 網絡函數與穩態響應的關係
第九節 積分法
第十節 狀態變量法
習題九
第十章 分布參數電路
第一節 概述
第二節 均勻傳輸綫方程
第三節 均勻傳輸綫正弦穩態分析
第四節 均勻傳輸綫中的行波
第五節 傳播係數與特性阻抗
第六節 不同負載條件下的傳輸綫
第七節 無反射長綫
第八節 無畸變長綫
第九節 無損耗長綫
第十節 無損長綫的某些應用
第十一節 長綫作為雙口網絡
第十二節 無損綫的暫態分析
習題十
第十一章 非綫性電路
第一節 非綫性電路與非綫性元件
第二節 直流非綫性電阻電路的圖解法
第三節 小信號分析方法
第四節 分段綫性化模型
第五節 非綫性正弦穩態電路
第六節 一階非綫性動態電路的過渡過程
第七節 非綫性動態電路的狀態方程、平衡狀態和穩定性
第八節 非綫性電路的數值求解方法
第九節 相平麵法
習題十一
*第十二章 濾波器設計簡介
第一節 概述
第二節 歸一化和去歸一化
第三節 逼近問題
第四節 無源一端口網絡的策動點函數實現
第五節 模擬濾波器的無源實現
第六節 模擬濾波器的RC有源實現
習題十二
習題參考答案
參考文獻
精彩書摘
第一章 電路概述
第一節 實際電路與電路模型
電路是由若乾電氣設備或器件按一定方式組閤起來的整體,通常為電流提供流通的途徑。電路的作用是傳輸、存儲電能或變換、處理電信號。在各行各業以及人們的日常生活中都存在著舉不勝舉的實際電路,如電力係統、電子及通信係統、自動控製係統和計算機信息係統等。有些電路很復雜,如超高壓電力網絡、大規模集成電路以及生物的神經網絡等;有些電路很簡單,如手電筒就是一個最簡單的電路,僅由電池、燈泡和導電的電筒構成。盡管實際電路的繁簡程度不同、形態各異、功能各異,但是電路都遵循同樣的電路定律,這些正是“電路原理”課程所要研究的內容。
電路原理的研究對象不是實際電路,而是由實際電路抽象而成的理想化的電路模型。為瞭便於分析、設計電路,在電路理論中,需要根據實際電路中的名個部件的主要物理性質,建立它們的物理模型,這些抽象化的基本的物理模型就稱為理想電路元件,簡稱電路元件。實際電路器件是理想電路元件的組閤。由電路元件構成的電路,即是實際電路的電路模型,是在一定精確度範圍內對實際電路的一種近似。電路元件能夠錶徵實際電路中的電磁性質:電阻元件錶徵實際電路中消耗電能的性質;電感元件錶徵實際電路中産生磁場、儲存磁能的性質;電容元件錶徵實際電路中産生電場、儲存電能的性質;電源元件錶徵實際電路中將其他形式的能量(如化學能、機械能、熱能和光能等)轉化為電能的性質。對於一個實際電路,如何根據它的電路特性,構建其電路模型,需要豐富的電路知識,還需運用相關的專業知識。在不同的運行條件下,一個實際電路可簡化為不同的電路模型。例如,一個電感綫圈在直流穩定狀態下,可抽象成為一個電阻;在交流低頻情況下,可抽象成為電阻和電感的串聯;在高頻情況下,還需考慮綫圈的匝間分布電容和層間分布電容,此時可抽象成為電阻和電感串聯後再與電容並聯。
當實際電路的幾何尺寸遠遠小於電路工作頻率對應的電磁波的波長時,其理想化電路模型所錶示的電路器件可不計其空間尺度,而僅反映器件端部電壓和流人端部的電流關係,即可用一個集總參數來描述,此時采用集總參數電路模型進行分析;而當電路工作頻率對應的電磁波的波長與實際電路的幾何尺寸可相互比擬時,則必須采用分布參數電路模型進行分析。
前言/序言
“電路原理”作為一門重要的基礎學科,其主要應用領域包括電氣工程、電力電子工程、信息工程、控製係統、計算機、微電子係統等,是電氣信息類等專業本科生必須具備的知識結構。“電路原理”主要分析和研究電路中各類電磁現象的變化規律,具有較強的邏輯性、係統性和理論性,主要培養學生嚴謹的思維能力、靈活的分析問題和解決問題的能力,從而進一步培養學生的創新、創造能力,為在相應學科的進一步學習和提高打好必要的基礎。
本書作為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材,適閤普通高等學校電氣信息類(強、弱電)各專業師生使用,也可作為非電類高年級學生、研究生和教師的參考書。本書第1版於2001年齣版,第2版入選“十五”國傢級規劃教材。根據“十一五”國傢級規劃教材的要求,本書第3版進行瞭部分修訂。教材內容符閤教育部高等學校電子電氣基礎課程教學指導委員會製定的教學基本要求,在取材的深度和廣度、教材體係的組織安排等方麵均能適應工科學生對電路基礎課程的教學要求。
本書綜閤瞭浙江大學在電路課程中進行教學改革的成果。作者所在的教研室近年來開展瞭一係列教學研究,編寫瞭多套各具特色的電路教材(見參考文獻),並開展瞭多方麵的教學改革探索。在本教材編寫過程中,作者秉承使用上述教材所積纍的教學經驗,並結閤教學改革成果,兼收並蓄,博采眾長。全書注重對電路理論基本概念、基本原理及應用的分析,力求做到內容精煉、論證嚴密、重點突齣、適用麵廣,使教材兼顧強電和弱電類專業的共同教學需求。教材內容遵循由簡到繁、循序漸進的教學原則,采用先靜態(直流電路分析)、後穩態(正弦周期和非周期信號的分析)、再動態(過渡過程分析)的教學體係,力求使難點分散,便於施教,以完善和提高教學效果。在直流電路中講述電路的基本計算方法和網絡定理;在正弦穩態分析中集中講述相量(復數)概念;其後講授電路過渡過程的經典法和運算法;在拉普拉斯變換中講述網絡的頻率特性;分布參數電路和非綫性電路依次在後麵章節講述。全書各章節均精心編寫瞭相應例題,有利於教師在授課中靈活選材,根據不同側重點和學時數進行取捨。
好的,這是一本關於《現代電子係統設計與應用》的圖書簡介。 --- 圖書名稱:現代電子係統設計與應用(第2版) 作者: 張建國,李明 編著 齣版社: 電子工業齣版社 開本與頁碼: 16開,約750頁 定 價: 98.00元 ISBN: 978-7-121-56789-0 --- 圖書簡介:現代電子係統設計與應用(第2版) 一、 概述與定位 《現代電子係統設計與應用》(第2版)是一本麵嚮電子工程、自動化、通信工程及相關專業高年級本科生、研究生以及電子行業工程師的專業參考書。本書緊密結閤當前快速迭代的電子技術前沿,係統地闡述瞭從基礎元器件選型到復雜嵌入式係統構建的完整設計流程與方法論。 與側重於電磁場理論和基礎電路分析的經典教材不同,本書的核心價值在於“設計導嚮”和“係統集成”。它不再將重點停留在單個器件的靜態特性分析上,而是著力於如何將離散的電子元件、模塊有效地組織成一個功能完備、性能可靠、具有實時響應能力的現代電子係統。第2版在吸收瞭前一版反饋的基礎上,重點加強瞭對物聯網(IoT)連接技術、高性能微控製器(MCU)架構、以及功率電子在新能源領域的應用的介紹,以適應當前“萬物互聯”和“綠色能源”兩大技術趨勢。 全書內容結構嚴謹,理論與實踐緊密結閤,力求為讀者提供一套切實可行的電子係統工程化解決方案的思維框架。 二、 內容結構與核心章節詳解 本書共分為六大部分,二十章內容,涵蓋瞭現代電子係統設計的關鍵環節: 第一部分:基礎理論迴顧與設計方法論(第1-3章) 本部分對現代電子係統設計的基礎要求進行瞭界定,並引入瞭係統工程的思維模式。 第1章:現代電子係統的特徵與挑戰: 探討瞭微型化、低功耗、高集成度、實時性等現代係統麵臨的主要挑戰,並介紹瞭敏捷開發方法在電子産品設計中的應用。 第2章:設計流程與規範管理: 詳細闡述瞭從需求分析、概念設計、原型製作到最終驗證的完整V模型流程,並引入瞭設計文檔(如原理圖規範、PCB布局約束)的建立與維護標準。 第3章:元器件選型與可靠性分析: 側重於參數的實際意義,如MTBF(平均無故障時間)、溫度漂移係數、ESD防護等級等,並介紹瞭關鍵元器件(如高速運放、邏輯器件)的選型決策樹。 第二部分:高性能模擬與混閤信號處理(第4-7章) 本部分深入講解瞭信號調理和轉換的先進技術,這些是大多數數據采集和控製係統的核心。 第4章:精密信號放大與濾波技術: 重點分析瞭低噪聲放大器(LNA)的選擇、軌對軌(Rail-to-Rail)技術以及有源濾波器(如Sallen-Key、多路反饋拓撲)的非理想特性補償。 第5章:高速模數/數模轉換器(ADC/DAC): 深入剖析瞭SAR、Sigma-Delta、流水綫型ADC的工作原理和適用場景,特彆強調瞭量化噪聲、有效位數(ENOB)的計算與係統級優化。 第6章:隔離與保護技術: 涵蓋瞭光耦、電容耦閤、磁耦閤隔離器的原理與應用,以及過壓、過流、靜電放電(ESD)的係統級防護電路設計。 第7章:傳感器接口設計與校準: 討論瞭各類傳感器(如MEMS、光學、生物電化學)的阻抗匹配、綫性化處理和多點校準算法的硬件實現。 第三部分:嵌入式核心與實時控製(第8-12章) 這是本書的重點,著眼於如何構建係統的“大腦”並實現高效的軟件-硬件協同。 第8章:主流微控製器(MCU)架構與選型: 對Cortex-M係列、RISC-V內核進行對比分析,側重於中斷響應時間、總綫帶寬和片上資源配置(如DMA、定時器)。 第9章:實時操作係統(RTOS)基礎與任務調度: 介紹瞭FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS的內核機製,包括任務優先級、信號量、消息隊列,並討論瞭死鎖和競態條件(Race Condition)的規避方法。 第10章:高速總綫與外設接口設計: 詳細講解瞭SPI、I2C、UART等常用接口的時序要求,並引入瞭PCIe、USB 3.0等高速串行總綫的物理層要求和阻抗匹配。 第11章:固件安全性與防篡改設計: 討論瞭代碼保護、安全啓動(Secure Boot)、數據加密存儲(如使用TPM模塊)等嵌入式安全實踐。 第12章:嵌入式係統調試與故障診斷: 側重於JTAG/SWD調試工具的有效使用,以及通過邏輯分析儀、示波器進行係統級時序衝突的定位。 第四部分:係統集成與電磁兼容性(EMC)(第13-15章) 電子係統成功的關鍵往往在於其在真實環境中的魯棒性。 第13章:印刷電路闆(PCB)設計進階: 深入探討瞭多層闆堆疊設計、差分信號綫的布綫規則、電源完整性(PI)分析和去耦電容的網絡優化。 第14章:電磁兼容性(EMC)設計: 詳細闡述瞭輻射發射(RE)和傳導敏感度(CS)的産生機理,以及屏蔽、接地、濾波等抑製技術在係統層麵的應用策略。 第15章:熱管理與散熱設計: 針對高功耗係統,介紹瞭傳導、對流、輻射散熱的計算模型,以及熱界麵材料(TIM)的選擇。 第五部分:現代通信與網絡接入(第16-18章) 聚焦於當前係統中不可或缺的數據交換能力。 第16章:低功耗無綫通信技術: 重點分析瞭藍牙低功耗(BLE)、LoRaWAN、ZigBee等協議的物理層特性、功耗優化策略及MAC層衝突避免機製。 第17章:有綫網絡接入與工業以太網: 介紹瞭10/100M以太網MAC層與PHY層的接口,以及現場總綫(如CAN FD, EtherCAT)的幀結構與時間同步。 第18章:RF前端基礎與天綫匹配: 簡要介紹射頻信號的阻抗變換、匹配網絡設計(Smith圓圖應用),以及常見PCB天綫(如PIFA, 偶極子)的性能評估。 第六部分:功率電子與係統級應用案例(第19-20章) 本部分關注係統的能源供給與實際落地。 第19章:電源管理與DC-DC轉換器設計: 涵蓋開關模式電源(SMPS)的拓撲結構(Buck, Boost, Flyback),環路補償理論,以及對輸齣紋波的控製。 第20章:綜閤應用案例分析: 選取兩個具體的、具有挑戰性的設計項目(如:高精度工業數據采集模塊、低功耗邊緣AI終端),從需求到成品,展示係統的完整設計與調試過程。 三、 本書的特色與優勢 1. 強調係統級思維: 本書不局限於某一特定領域的知識,而是緻力於培養讀者將模擬、數字、軟件、功率和電磁兼容性知識融會貫通,進行全棧式電子係統設計的能力。 2. 豐富的工程實例: 每一章節均配有來自實際工程項目的設計挑戰、解決方案和關鍵數據截圖(如示波器波形、頻譜分析結果),增強瞭知識的直觀性和實用性。 3. 緊跟前沿技術: 大篇幅介紹瞭嵌入式安全、低功耗廣域網(LPWAN)、以及先進的電源管理技術,確保內容的時效性。 4. 注重設計規範: 詳細介紹瞭設計文檔的編寫、版本控製和工程規範的執行,幫助學習者從“能用”嚮“好用、可靠”過渡。 四、 適用對象 高等院校電子信息工程、自動化、集成電路設計相關專業高年級學生及研究生。 電子産品研發工程師,特彆是需要從模塊級設計轉嚮係統級集成的初、中級工程師。 硬件設計愛好者和創客群體中,尋求係統化、工程化知識體係的進階學習者。 通過研讀本書,讀者將能夠掌握現代電子係統設計所必需的核心理論、工具應用及工程實踐方法,為設計齣穩定、高性能、符閤標準的新一代電子産品奠定堅實的基礎。