發表於2024-12-23
電路理論與電子技術基礎/應用型本科信息大類專業“十三五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載
本書作為電路理論與電子技術入門教材,一方麵,內容由淺入深、通俗易懂,循序漸進地將各個知識點講解清楚,以引導學生學習並掌握;另一方麵,在章後附有習題,通過經典題型讓學生掌握每章所講授的基本內容,提高學生學習興趣,進而達到使學生刻苦鑽研、自覺學習的目的。本書的編寫特點:傳統性、實用性和先進性。一方麵,將必要理論基礎知識係統地組織在一起,滿足基礎要求;另一方麵,結閤實用、易學的特點,將不必要的理論推導摒棄,使內容精簡,滿足少學時要求。在傳統理論的基礎上,本書注重理論與實際的結閤,加強瞭實際應用的內容。所建立的模型來源於實際的認識規律,闡述瞭理想元件與實際器件的辯證關係,同時本書還提供瞭一些實物圖片。每章均附有習題,以幫助學生更好地掌握本章內容。
本書電路理論部分主要講述基爾霍夫定律和理想電路的基本元件、電阻電路的等效變換、電路分析的一般方法、網絡定理、動態電路的時域分析、正弦穩態分析、三相電路、非正弦周期電流電路的穩態分析、二端口網絡、變壓器和電磁鐵等;電子技術部分主要介紹瞭常見的半導體器件、各種放大電路、集成運算放大器、直流穩壓電路、門電路和組閤邏輯電路、觸發器和時序邏輯電路、存儲器等內容。
本書作為電路理論與電子技術入門教材,一方麵,內容由淺入深、通俗易懂,循序漸進地將各個知識點講解清楚,以引導學生學習並掌握;另一方麵,在章後附有習題,通過經典題型讓學生掌握每章所講授的基本內容,提高學生學習興趣,進而達到使學生刻苦鑽研、自覺學習的目的。
本書可以作為高校教學的參考教材,也是一本可以供工程技術人員選用的參考資料。
為瞭方便教學,本書配有電子課件等教學資源包,任課教師和學生可以登錄“我們愛讀書”網(www.ibook4us.com)免費注冊並瀏覽,或者發送郵件至hustpeiit@163.com免費索取。
第1章基爾霍夫定律和理想電路的基本元件
第1章
基爾霍夫定律和理想電路的基本元件
1.1電路理論中的常用基本變量及基爾霍夫定律
1.1.1常用變量、參考方嚮、關聯參考方嚮及功率的判斷
在電路理論中,一般常用變量為電壓(降)、電流和電功率。有時也用到電位、電位能、電荷、磁通、磁通鏈等。電壓用小寫字母u或v錶示,電流用小寫字母i錶示,電功率用字母P錶示。
1. 電流
從物理學中我們已經知道,電荷質點的運動稱為電流。在物理學中已經學過電流強度的概念。我們將單位時間內通過導體橫截麵積的電量定義為電流強度,用i錶示,其方嚮規定為正電荷移動的方嚮。
i=dq(t)dt
式中,q的基本單位為庫倫(C),t的基本單位為秒(s),電流強度i的基本單位為安培(A)。其中,10-3 A=1 mA(毫安),10-6 A=1 μA(微安),103 A=1 kA(韆安),106 A=1 MA(兆安)。
電流強度i用於衡量電流的大小,簡稱電流。所以i既是物理現象又是強度(大小)的錶示。電流就其成因來看大緻可以分為以下三類。
(1) 傳導電流。在金屬導體中自由電子的有規則的運動,以及在電解質中正負離子的有規則的運動都稱為傳導電流。
(2) 運流電流。電子、離子甚至宏觀帶電體在空間做機械運動形成運流電流。
(3) 位移電流。由公式i=dq(t)dt可知,如果有交變電壓加在電容器兩極闆上,由於電場的交變,在接有電容器的電路中導體各橫截麵的電量也隨時間變化,電路中也會形成電流,這種電流稱為位移電流。
電流的速度為電磁場建立的速度,也就是光速,即為c=3×108米/秒。
電流按其大小與方嚮是否隨時間而變,又可以分為以下兩種。
(1) 穩恒電流。電流的大小、方嚮都不隨時間而變,是恒定不變的,這樣的電流又稱為直流電流,用大寫字母I錶示。它在測量儀錶上的標誌為DC(直流電流錶)。
(2) 交變電流。大小、方嚮都隨時間而變的電流,又稱為交流電流,用i(t)錶示。它在測量儀錶上的標誌為AC(交流電流錶)。
注:
隻改變大小,不改變方嚮的電流稱為脈動電流,比如將正弦交變電流通過半波整流或全波整流後得到的電流,隻改變大小,未改變方嚮,故為脈動電流;現將脈動電流歸為交流電流。
電流的正方嚮規定為正電荷移動的方嚮,但是在復雜電路中如果未經計算,則很難判斷電流的正方嚮,並且如果是交流電流,無法在圖中標示齣每一瞬間電流的方嚮。因此,有必要在電路圖中預先規定各支路電流的參考方嚮。當真實方嚮與參考方嚮一緻時,電流的代數值為正;當真實方嚮與參考方嚮相反時,電流的代數值為負。
圖1��1與圖1��2中i的方嚮都是假定方嚮或參考方嚮,但通過計算後得齣圖1��1中i1=3 A,說明其電流的真實方嚮與參考方嚮相同,確實是從a點流到b點的3 A電流。而計算後得齣圖1��2中i2=-5 A,說明其真實方嚮與參考方嚮相反,不是從c點流到d點,而是從d點流到c點,真實方嚮用虛綫及i′1和i′2錶示。
圖1��1電流的真實方嚮與假定方嚮相同
圖1��2電流的真實方嚮與假定方嚮相反
由上述分析,可得齣以下結論。
(1) 電路分析計算之前必須規定電流的參考方嚮,並在圖中標示齣來。
(2) 電流的真實方嚮由計算結果(代數值)與參考方嚮共同確定:代數值為正,說明電流的真實方嚮與參考方嚮相同;代數值為負,說明電流的真實方嚮與參考方嚮相反。
(3) 電流是標量,不是矢量。
2. 電壓
兩點間的電位之差稱為電壓。電壓用u或U錶示。
在庫侖場中,由於庫侖場是保守力場,故電荷處於電場中不同的位置將具有不同的電位能。電荷在電場中移動,電場力所做的功是電位能改變的量度,將試驗電荷q0從a點移到b點,電場力做功為ΔWab。
ΔWab=Wa-Wb=q0∫baE�遜l��=q0∫∞aE�遜l��-q0∫∞bE�遜l��
式中,E�呶�電場強度,q0∫∞aE�遜l�呤莙0在電場中a點所具有的電位能,q0∫∞bE�遜l�呤莙0在電場中b點所具有的電位能。
單位電荷所具有的電位能稱為電位,故a點的電位Ua=q0∫∞aE�遜l�遯0=∫∞aE�遜l�摺M�理,b點的電位Ub=∫∞bE�遜l�摺F渲校�無窮遠點∞,稱為參考電位點,其電位為零。
所以電位是電場的固有屬性的錶徵,僅與産生電場的電荷有關,與試驗電荷無關。
a點與b點之間的電壓為
uab=Ua-Ub=Waq0-Wbq0=∫∞aE�遜l��-∫∞bE�遜l��=∫baE�遜l��
uab僅與a、b兩點的位置有關,與計算路徑無關。如圖1��3所示,a、b兩點之間的電壓僅僅取決於a、b兩點,而與電荷移動路徑是a→g→b還是a→f→b無關。這一結論可證明如下:
圖1��3正電荷的移動路徑
∫a→g→bE�遜l��=∫gaE�遜l��+∫bgE�遜l��
=∫∞aE�遜l��-∫∞gE�遜l��+∫∞gE�遜l��-∫∞bE�遜l��
=∫∞aE�遜l��-∫∞bE�遜l��
=∫∞aE�遜l��+∫b∞E�遜l��
=∫baE�遜l��=uab
∫a→f→bE�遜l��=∫faE�遜l��+∫bfE�遜l��
=∫∞aE�遜l��-∫∞fE�遜l��+∫∞fE�遜l��-∫∞bE�遜l��
=∫∞aE�遜l��-∫∞bE�遜l��
=∫∞aE�遜l��+∫b∞E�遜l��
=∫baE�遜l��=uab
Uab=dwdq
式中:w錶示能量,單位為焦耳(J);q錶示電荷量,單位為庫侖(C);uab錶示a、b兩點間的電壓,單位為伏特(V)。
10-3 V=1 mV(毫伏),10-6 V=1 μV(微伏),103 V=1 kV(韆伏), 106 V=1 MV(兆伏)。
電壓按其大小、方嚮是否隨時間而變可分為直流電壓和交流電壓兩大類。
(1) 直流電壓:大小、方嚮都不隨時間而變,是恒定值,用大寫字母U錶示。
(2) 交流電壓:大小、方嚮都隨時間而變,是時間函數,用u(t)錶示。
同樣,在分析計算之前必須假定電壓的參考方嚮(參考極性)。用“+”錶示高電位端,用“-”錶示低電位端,“+”“-”標示在元件或支路的兩端。計算結果代數值為正,錶明該段電路電壓的真實極性與參考極性相同;如果代數值為負,則錶明該段電路電壓的真實極性與參考極性相反。如圖1��4和圖1��5所示,圖1��4中uab為參考極性,計算結果uab=3 V,錶明uab的真實極性與參考極性相同,確實是a端為高電位端,b端為低電位端,用u′ab錶示;而圖1��5中計算結果ucd=-5 V,錶明該段電路電壓的真實極性與參考極性相反,真實情況是d端為高電位端,c端為低電位端,用u′cd錶示。
圖1��4電壓的真實極性與參考極性相同
圖1��5電壓的真實極性與參考極性相反
圖1��6電壓、電流的關聯(參考)方嚮
當假定的電流從支路的高電位端流嚮低電位端時,電壓、電流的參考方嚮稱為關聯參考方嚮,簡稱為關聯方嚮,如圖1��6所示。
3. 關聯、非關聯方嚮
由前麵敘述可知,在電路分析時,既要為元件或電路中的電流假設參考方嚮,也要為它們標注電壓的參考極性,二者是可以獨立無關的、任意假定的。但為瞭下一步分析問題的方便,引入關聯參考方嚮和非關聯參考方嚮的概念。當電流的參考方嚮是從電壓參考方嚮的正極流入、負極流齣時,稱電壓和電流的參考方嚮是關聯的(associated);反之,稱電壓和電流的參考方嚮是非關聯的(no�瞐ssociated)。如圖1��7(a)和圖1��7(b)所示,圖中N代錶元件或電路的一個部分。關聯與非關聯一定是對某一個元件或電路而言的。如圖1��7(c)所示,電壓u、電流i的參考方嚮對A是非關聯的,對B就是關聯的。
圖1��7關聯、非關聯方嚮
4. 電功率
在單位時間內電場力所做的功,或者單位時間所轉換的電能,稱為電功率,用P錶示。
由uab=dwdq可知,dw=uab·dq
於是有
P=dwdt=uabdqdt=iuab
式中,P錶示電功率,單位為瓦特(W)。其中,10-3 W(瓦)=1 mW(毫瓦);10-6 W(瓦)=1 μW(微瓦),103 W(瓦)=1 kW(韆瓦),106 W(瓦)=1 MW(兆瓦)。
顯然,該式中uab與i的方嚮是關聯方嚮。在i、uab關聯方嚮下,若uab>0,i>0,P>0,則說明電壓的真實方嚮與假定的參考方嚮相同,電流的真實方嚮與參考方嚮也相同,正電荷從高電位移到低電位,電場力做功,電能減少,該段電路吸收功率(吸收能量),如圖1��8所示。q0為正試驗電荷或任意正電荷。
P=iuab<0,仍然在關聯方嚮下,若i>0,則說明電流的真實方嚮與參考方嚮一緻,電流是從a點流嚮b點的;因為uab<0,說明uab的真實方嚮與參考方嚮相反,應該是Ub為高電位,b為“+”極,Ua為低電位,a為“-”極,如圖1��9所示。現在正電荷從負極流嚮正極,不可能是正電荷産生的電場力做功,隻可能是外電場力或非電場力做功纔能把正電荷推嚮正極。正試驗電荷q0從低電位移動到高電位,電位能增加瞭,可以對外做功,相當於電源,如圖1��10所示。
圖1��8正試驗電荷q0從高電位移嚮低電位
圖1��9正試驗電荷q0從低電位移嚮高電位
圖1��10正電荷電位能增加
在關聯方嚮下,由P=ui可知:
若P>0,則該段電路吸收功率;
若P<0,則該段電路發齣功率。
若u、i的方嚮為非關聯方嚮,則計算功率時要增加一個負號,即P=-ui。
判斷其是吸收功率還是發齣功率的方法與判斷u、i的方嚮是否為關聯方嚮的方法相似:P>0,為吸收功率;P<0,為發齣功率。
本書是根據教育部“電工與電子技術”課程教學的基本要求及本科人纔培養的規格和特點,結閤現代電工與電子技術的發展趨勢而編寫的。
本書的編寫特點:傳統性、實用性和先進性。一方麵,將必要理論基礎知識係統地組織在一起,滿足基礎要求;另一方麵,結閤實用、易學的特點,將不必要的理論推導摒棄,使內容精簡,滿足少學時要求。在傳統理論的基礎上,本書注重理論與實際的結閤,加強瞭實際應用的內容。所建立的模型來源於實際的認識規律,闡述瞭理想元件與實際器件的辯證關係,同時本書還提供瞭一些實物圖片。每章均附有習題,以幫 電路理論與電子技術基礎/應用型本科信息大類專業“十三五”規劃教材 下載 mobi epub pdf txt 電子書
電路理論與電子技術基礎/應用型本科信息大類專業“十三五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載