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杨卫国 著

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出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502458485

商品编码：29729190601

包装：平装

出版时间：2014-03-01

基本信息

书名:电力电子技术(第2版)(本科)杨卫国

定价：39.00元

售价：26.5元,便宜12.5元,折扣67

作者:杨卫国

出版社：冶金工业出版社

出版日期：2014-03-01

ISBN：9787502458485

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《电力电子技术(第2版)》系统地、全面地介绍了各种常用的电力电子器件、直流-直流变换电路、交流-直流变换电路(含有源逆变电路)、直流-交流变换电路、交流-交流变换电路、典型谐振软开关电路、电力电子技术应用中的问题、电力电子电路的计算机仿真等。本书覆盖了电力电子学的主要内容，着重强调了电力电子学的基本理论和基本分析方法。本书力求概念清晰、结构严谨、深入浅出、内容新颖、理论联系实际、务求实用。
　　《电力电子技术(第2版)》可作为普通高等院校自动化专业、电气工程及其自动化专业和相关专业的本科教材，也可供具有一定理论基础和实际经验的工程技术人员参考。本书由东北大学杨卫国、肖冬、冯琳等同志共同编写完成。

目录

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0　绪论
　0.1　概述
　0.2　电力电子器件
　0.3　电力电子器件今后的发展方向
　0.4　电能变换的基本类型
　0.5　电力电子技术的发展
　0.6　电力电子技术的应用
　0.7　课程性质与学习方法
1　电力电子器件
　1.1　电力电子器件的特点与分类
　　1.1.1　电力电子器件的特点
　　1.1.2　电力电子器件的分类
　1.2　功率二极管
　　1.2.1　功率二极管的主要类型
　　1.2.2　PN结型功率二极管基本结构、工作原理和基本特性
　　1.2.3　肖特基势垒二极管
　　1.2.4　功率二极管的主要参数
　1.3　晶闸管及派生器件
　　1.3.1　晶闸管的结构和工作原理
　　1.3.2　晶闸管的工作特性及主要参数
　　1.3.3　晶闸管的触发
　　1.3.4　派生晶闸管器件
　1.4　门极可关断晶闸管((STO)
　　1.4.1　GTO的结构和工作原理
　　1.4.2　GTO的特性及主要参数
　　1.4.3　GTO的驱动电路
　　1.4.4　GTO的大可关断阳极电流和电流关断增益
　1.5　功率晶体管(CTR)
　　1.5.1　GTR的结构和工作特性
　　1.5.2　GTR的特性及主要参数
　　1.5.3　GTR的驱动电路
　　1.5.4　GTR的二次击穿现象和安全工作区
　1.6　功率场效应晶体管(Power MOSFET)
　　1.6.1　Power MOSFET的结构和工作原理
　　1.6.2　Power MOSFET的特性及主要参数
　　1.6.3　Power MOSFET的驱动电路
　　1.6.4　Power MOSFET的防静电击穿保护
　1.7　绝缘栅双极型晶体管(IGBT)
　　1.7.1　IGBT的结构和工作原理
　　1.7.2　IGBT的特性及主要参数
　　1.7.3　IGBT的驱动电路
　　1.7.4　IGBT的擎住效应和安全工作区
　1.8　其他新型电力电子器件
　　1.8.1　静电感应晶体管(SIT)
　　1.8.2　静电感应晶闸管(SITH)
　　1.8.3　MOS控制晶闸管(MCT)
　　1.8.4　集成门极换流晶闸管(IGCT)
　　1.8.5　注入增强型门极换流晶体管(IEGT)
　　1.8.6　功率集成电路和智能功率模块(PIC&IPM;)
　本章小结
　习题与思考题
2　直流-直流变换电路
　2.1　降压斩波电路
　　2.1.1　电流连续模式时的工作情况
　　2.1.2　电流断续模式时的工作情况
　2.2　升压斩波电路
　　2.2.1　电流连续模式时的工作情况
　　2.2.2　电流断续模式时的工作情况
　2.3　升降压复合斩波电路
　　2.3.1　电流连续模式时的工作情况
　　2.3.2　电流断续模式时的工作情况
　2.4　库克电路
　　2.4.1　库克电路稳态工作过程分析
　　2.4.2　库克电路基本输入输出关系
　2.5　Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
　2.6　复合型DC-DC斩波电路
　　2.6.1　二象限DC-DC斩波电路
　　2.6.2　四象限DC-DC斩波电路
　　2.6.3　多相多重DC-DC斩波电路
　2.7　带隔离的直流-直流变换电路
　　2.7.1　正激电路
　　2.7.2　反激电路
　　2.7.3　半桥式隔离的降压电路
　　2.7.4　全桥式隔离的降压电路
　　2.7.5　推挽电路
　　2.7.6　全波整流电路和全桥整流电路
　本章小结
　习题与思考题
3　交流-直流变换电路(含有源逆变电路)
　3.1　不可控整流电路
　　3.1.1　单相不可控整流电路
　　3.1.2　三相不可控整流电路
　3.2　单相可控整流电路
　　3.2.1　单相半波可控整流电路
　　3.2.2　单相桥式全控整流电路
　　3.2.3　单相全波可控整流电路
　　3.2.4　单相桥式半控整流电路
　3.3　三相半波可控整流电路
　　3.3.1　三相半波共阴极组可控整流电路带电阻性负载
　　3.3.2　三相半波共阴极组可控整流电路带阻感性负载
　　3.3.3　三相半波共阴极组可控整流电路带反电动势负载
　　3.3.4　三相半波共阳极组可控整流电路
　3.4　三相桥式全控整流电路
　　3.4.1　三相桥式全控整流电路带电阻性负载
　　3.4.2　三相桥式全控整流电路带阻感性负载
　3.5　三相桥式半控整流电路
　　3.5.1　三相桥式半控整流电路带电阻性负载
　　3.5.2　三相桥式半控整流电路带阻感性负载
　3.6　变压器漏感对整流电路的影响
　　3.6.1　换流期间的电压电流波形
　　3.6.2　换相压降△∪Ud的计算
　　3.6.3　换相重叠角γ的计算
　3.7　有源逆变电路
　　3.7.1　逆变的概念
　　3.7.2　三相半波有源逆变电路
　　3.7.3　实现有源逆变的条件
　　3.7.4　三相桥式有源逆变电路
　　3.7.5　有源逆变失败的原因与小逆变角的限制
　3.8　晶闸管的相控触发电路与同步问题
　　3.8.1　单结晶体管移相触发电路
　　3.8.2　同步信号为锯齿波的触发电路
　　3.8.3　集成触发电路
　　3.8.4　触发电路的定相
　3.9　整流电路的谐波和功率因数
　　3.9.1　谐波和无功功率分析基础
　　3.9.2　带阻感性负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析
　3.10　大功率可控整流电路
　　3.10.1　带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
　　3.10.2　多重化整流电路
　本章小结
　习题与思考题
4　直流-交流变换电路
　4.1　逆变电路的基本原理及换流方式
　　4.1.1　电网换流
　　4.1.2　负载谐振式换流
　　4.1.3　强迫换流
　4.2　逆变电路的类型
　4.3　电压型逆变电路
　　4.3.1　电压型单相逆变电路
　　4.3.2　电压型三相逆变电路
　4.4　电流型逆变电路
　　4.4.1　电流型单相逆变电路
　　4.4.2　电流型三相逆变电路
　4.5　多重逆变电路和多电平逆变电路
　　4.5.1　多重逆变电路
　　4.5.2　多电平逆变电路
　4.6　正弦脉宽调制(SPWM)逆变电路
　　4.6.1　SPWM基本原理
　　4.6.2　单极性调制与双极性调制
　　4.6.3　同步调制和异步调制
　　4.6.4　SPWM波的生成
　　4.6.5　电流滞环控制SPWM
　本章小结
　习题与思考题
5　交流-交流变换电路
　5.1　交流调压电路
　　5.1.1　单相交流调压电路
　　5.1.2　三相交流调压电路
　　5.1.3　其他交流电力控制电路
　5.2　交-交变频电路
　　5.2.1　三相输入-单相输出交-交变频电路
　　5.2.2　三相输入-三相输出交-交变频电路
　5.3　矩阵式交-交变频电路
　本章小结
　习题与思考题
6　谐振软开关技术
　6.1　谐振软开关的基本概念
　　6.1.1　谐振开关的基本概念
　　6.1.2　谐振开关的分类
　6.2　准谐振电路
　　6.2.1　零电压开关准谐振电路
　　6.2.2　零电流开关准谐振电路
　　6.2.3　谐振直流环
　6.3　PWM软开关电路
　　6.3.1　零开关PWM软开关电路
　　6.3.2　零转换PWM软开关电路
　本章小结
　习题与思考题
7　电力电子技术应用中的一些问题
　7.1　电力电子器件的保护
　　7.1.1　过电压保护
　　7.1.2　过电流保护
　　7.1.3　电压上升率及电流上升率的限制
　7.2　电力电子器件的串并联技术与系统容量扩展
　　7.2.1　晶闸管的串并联应用
　　7.2.2　GTO的串并联应用
　　7.2.3　Power MOSFET的串并联应用
　　7.2.4　ICBT的串并联应用
　7.3　电力电子器件的功耗、散热器及冷却
　　7.3.1　电力电子器件的功率损耗
　　7.3.2　散热器
　　7.3.3　冷却
8　电力电子电路的计算机仿真
　8.1　建模与仿真
　8.2　常用仿真软件及其特点
　　8.2.1　常用工具
　　8.2.2　通用电路仿真软件
　　8.2.3　基于理想开关模型的专用仿真软件
　8.3　典型电力电子器件的仿真模型及仿真实例
　　8.3.1　MATLAB Simulink／Power System工具箱简介
　　8.3.2　晶闸管的仿真模型及仿真实例
　　8.3.3　晶闸管三相桥式整流器的仿真
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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电力电子技术——现代电力系统的基石 电力电子技术，作为一门连接电力与电子的交叉学科，在现代社会中扮演着至关重要的角色。它以半导体器件为核心，通过对电能的变换、控制和管理，极大地提升了能源的利用效率，推动了工业自动化、新能源发展以及智能化社会的进程。本书旨在深入浅出地剖析电力电子技术的核心原理、关键技术和广泛应用，为读者构建一个系统而完整的知识体系，使其能够深刻理解并掌握这一前沿领域。 一、 電力电子技术的核心概念与发展脉络 电力电子技术的核心在于利用半导体器件，如二极管、晶闸管（SCR）、双极型晶体管（BJT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等，实现电能的开关、整流、逆变、变频、变压等功能。这些器件在电路中充当“电子开关”，能够根据控制信号的指令，快速、精确地接通或断通电流，从而实现对电能的精确控制。 电力电子技术的发展历程大致可以分为几个阶段。早期以机械开关和真空管为基础，效率低下，体积庞大。20世纪50年代硅晶体管的出现标志着电力电子技术的开端，随后晶闸管的发明更是将电力电子技术推向了一个新的高度，广泛应用于大功率场合。进入20世纪80年代，MOSFET和IGBT等功率MOS器件的出现，以其高开关速度、低损耗和易于驱动的特点，成为电力电子技术发展的重要里程碑，极大地促进了电力电子设备的小型化、高效化和智能化。 二、 功率半导体器件——电力电子技术的“心脏” 功率半导体器件是电力电子技术最核心的组成部分。它们是实现电能控制的基础，其性能直接决定了电力电子设备的工作效率、可靠性和整体性能。本书将详细介绍各类常用功率半导体器件的结构、工作原理、性能特点、驱动方式以及选择原则。 二极管： 作为最简单的功率器件，二极管在整流电路中发挥着关键作用。我们将探讨不同类型的二极管，如快恢复二极管、肖特基二极管及其在不同应用场景下的选择。 晶闸管（SCR）： 晶闸管是大功率电力电子电路中的重要器件，尤其在相控调压、直流输电等领域有广泛应用。我们将深入研究其触发原理、门极控制特性、关断条件以及不同类型晶闸管（如双向晶闸管TRIAC）的应用。 功率晶体管（BJT, MOSFET, IGBT）： 双极型晶体管（BJT）： 虽然在现代高频电力电子应用中逐渐被MOSFET和IGBT取代，但BJT在某些特定的大功率场合仍有使用。我们将分析其电流控制特性和不同结构。 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）： MOSFET以其高开关速度、高输入阻抗和易于驱动的优点，在低压、高频的电力电子电路中占据主导地位，如开关电源、DC-DC变换器等。本书将详细介绍其电压控制原理、导通和阻断特性，以及不同类型的MOSFET（如NMOS, PMOS, N沟道, P沟道）。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）： IGBT结合了BJT的低导通压降和MOSFET的易于驱动、高开关速度的优点，成为中高压、大电流应用的首选器件，如变频器、逆变焊机等。我们将深入探讨IGBT的混合结构、驱动要求、热特性以及与其他器件的性能对比。 理解这些功率器件的特性，是设计和分析电力电子电路的基础。我们将通过详细的电路模型和性能指标，帮助读者掌握器件的选择和应用技巧。 三、 基本电力电子变换器——电能的“变形金刚” 电力电子变换器是实现电能形式转换的核心电路。它们能够将一种形式的电能（如交流电）转换为另一种形式（如直流电），或改变其电压、频率等参数。本书将系统介绍几种最基本、最常用的电力电子变换器。 整流器： 将交流电转换为直流电的电路。我们将介绍单相和三相整流器，包括半波整流、全波整流、桥式整流，以及带滤波和不带滤波的情况。同时，还会讨论相控整流器，它们能够控制输出直流电压的幅值。 逆变器： 将直流电转换为交流电的电路。这是实现交流电动机调速、连接直流电源到交流电网的关键。我们将学习方波逆变器、PWM（脉冲宽度调制）逆变器等，并重点介绍PWM技术如何实现对输出电压和频率的精确控制，以及谐波抑制的方法。 DC-DC变换器： 在不改变电源性质（直流）的前提下，改变电压幅值的电路。这是开关电源、便携式电子设备电源管理的核心。我们将详细讲解： 升压变换器（Boost Converter）： 输出电压高于输入电压。 降压变换器（Buck Converter）： 输出电压低于输入电压。 升降压变换器（Buck-Boost Converter）： 输出电压可以高于或低于输入电压，且极性相反。 SEPIC（单端初级电感变换器）和Cuk变换器： 具有隔离或电压极性反转等特性的DC-DC变换器。 我们将分析这些变换器的工作原理、拓扑结构、关键元件的参数选择以及稳态和动态特性。 AC-AC变换器（交流调压器、变频器）： 交流调压器： 通过改变输出交流电压的幅值，实现对负载功率的控制，如电加热、照明调光等。 变频器（Frequency Converter）： 改变输出交流电的频率，从而实现对交流电动机转速的精确控制，是工业自动化领域不可或缺的技术。我们将介绍直接变频器和间接变频器（V/f控制，矢量控制等）。 四、 控制技术与稳健性——电力电子系统的“大脑”与“神经” 仅仅拥有功率器件和变换器电路是不够的，精确而稳健的控制是电力电子系统正常工作的关键。控制系统的设计直接影响到系统的性能、响应速度、精度以及稳定性。 开关模式与控制策略： 各种变换器的工作状态依赖于功率器件的开关。本书将详细介绍不同的开关模式，如硬开关和软开关（零电压开关ZVS、零电流开关ZCS），以及它们对提高效率和降低电磁干扰（EMI）的重要性。 脉冲宽度调制（PWM）： PWM是实现电压和频率精确控制的最重要手段。我们将深入讲解各种PWM生成方法，如等效脉冲法、三角波比较法、矢量控制等，以及如何根据不同的应用需求选择合适的PWM策略。 反馈控制系统： 为了使电力电子系统能够稳定工作并快速响应外部变化，反馈控制是必不可少的。我们将介绍PID（比例-积分-微分）控制器及其在电力电子系统中的应用，以及如何设计合适的控制器参数以保证系统的稳定性和动态性能。 系统稳定性分析： 任何控制系统都面临稳定性问题。我们将运用电路分析和控制理论的方法，分析电力电子变换器的稳定性，识别潜在的不稳定因素，并提出相应的改进措施。 电磁兼容性（EMC）与滤波技术： 电力电子器件的快速开关会产生大量的电磁干扰，可能影响其他电子设备的正常工作。同时，变换器输出的电压和电流中往往含有谐波，需要进行滤波处理。本书将介绍电磁干扰的产生机理、抑制方法以及滤波器的设计原则。 五、 电力电子技术的典型应用与未来展望 电力电子技术已经渗透到现代社会的方方面面，其应用领域之广泛、影响之深远，令人惊叹。 工业驱动： 变频器在电机调速中的广泛应用，极大地提高了工业生产的效率和灵活性，降低了能源消耗。 新能源发电： 太阳能光伏发电： 光伏逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为可并网的交流电，是光伏发电系统的核心。 风力发电： 风力发电机组需要电力电子变换器来匹配风机和电网的接口，实现能量的最大化捕获和电网的稳定接入。 电动汽车（EVs）和混合动力汽车（HEVs）： 电力电子技术是电动汽车的“心脏”，包括电池管理系统（BMS）、DC-DC变换器、车载充电器、电机驱动器等，都离不开电力电子的支撑。 柔性直流输电（HVDC）： 在远距离、大功率输电以及连接不同频率或不同同步组的电网时，HVDC技术展现出独特的优势，而其核心则是大功率的AC-DC和DC-AC变换器。 绿色照明与显示技术： LED驱动电源、开关电源在各种照明和显示设备中起着关键作用。 家用电器与消费电子： 几乎所有的现代家用电器，如电视机、电脑、空调、冰箱等，都离不开高效的开关电源。 展望未来，随着对能源效率、环境保护和智能化要求的不断提高，电力电子技术将继续迎来更大的发展机遇。新型功率器件（如宽禁带半导体SiC、GaN）的出现，将使电力电子设备在更高的电压、更高的频率下工作，实现更小的体积、更高的效率和更低的成本。智能电网、能源互联网、物联网等新兴领域的发展，也对电力电子技术提出了新的挑战和要求。 本书将力求在理论讲解的基础上，结合实际工程应用案例，帮助读者深入理解电力电子技术的原理和方法，为读者在相关领域的研究、设计和工程实践打下坚实的基础。通过学习本书，读者将能够掌握分析、设计和优化电力电子系统所需的核心知识和技能，为未来的科技发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，没有花里胡哨的图案，就是那种典型的教材风格，蓝白相间的配色，中央是清晰的宋体书名和作者信息。拿到手里分量十足，沉甸甸的感觉，让人觉得内容肯定很扎实。内页的纸张质量中等偏上，印刷清晰度不错，图表线条都很锐利，阅读起来没有太大的视觉疲劳。我印象最深的是它目录的编排，逻辑性很强，从基础的电力电子器件讲起，逐步深入到各种变换器的拓扑结构和控制策略，层次分明，循序渐进。特别是它对不同器件的特性分析，讲得非常透彻，不会只停留在公式的罗列上，还会结合实际应用场景去解释，这点对于初学者非常友好。比如在讲解MOSFET和IGBT的开关特性时，配上了详细的时序图和波形分析，让人对开关损耗的产生机制有了更直观的认识。这本书的整体排版也比较紧凑，每一页的信息量都很大，需要静下心来慢慢消化。翻阅过程中，能感受到作者在内容组织上的用心良苦，力求将复杂的理论用最简洁明了的方式呈现出来。对于我这种需要系统学习这门学科的人来说，这种严谨的结构是非常重要的指引。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的知识体系结构感到非常满意，它构建了一个非常扎实的电力电子技术知识框架。它没有盲目追求最新、最炫酷的器件或拓扑，而是将重点放在了那些经过时间检验、构成行业基石的核心原理上。例如，它对半控型和全控型器件的导通、关断机理的剖析，以及对PWM、SPWM等基本调制方法的深入讲解，都达到了教科书应有的深度和广度。书中对器件的选型和参数匹配也给予了足够的关注，这些细节之处往往是工程实践中最容易出错的地方。当我试图将书中的理论应用于一个实际的逆变器设计时，发现书中提供的设计流程和注意事项具有极高的指导意义。唯一美中不足的是，鉴于技术发展速度，某些关于新型宽禁带半导体（如SiC、GaN）的应用介绍篇幅略显保守，虽然这是特定版本阶段性的限制，但如果能增加一些前瞻性的讨论，对于激发读者的创新思维会更有帮助。总体而言，这是一本打基础的典范之作，为后续深入研究或直接参与工业设计提供了坚实的地基。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格用一个词来形容就是“严谨而内敛”。作者在阐述每一个概念时都极其谨慎，力求措辞的精确性，很少使用过于口语化或者夸张的表达。这对于学术著作来说是优点，但对于某些需要快速建立宏观概念的读者来说，可能需要多花点时间去适应。我记得初读到关于谐波分析的那一章时，各种傅里叶级数和功率谱密度的推导看得我有点头晕，公式之间的跳跃性似乎有点大，可能作者默认读者已经具备了扎实的信号处理基础。不过，一旦你跟上了作者的思路，你会发现这种严谨带来的好处是无与伦比的——每一个结论都有据可查，每一个简化假设都有明确的界定。书中的插图质量参差不齐，有些电路图画得非常规范，但有些涉及到物理结构示意图时，显得略微粗糙，像是用早期软件绘制的，但这并不影响核心内容的理解。总的来说，这是一本需要“啃”下去的书，而不是一本可以“泛读”的入门读物，它更像是一位经验丰富的老教授在给你上最硬核的专业课，不留情面地展示知识的全貌和深度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和耐用性表现中规中矩，属于那种可以经受住频繁翻阅和大量笔记的“工具书”级别。书脊的粘合度看起来很牢固，即便是频繁打开到中间部分，也没有出现松动的迹象，这对于需要对照不同章节的读者来说非常重要。纸张的选择上，似乎是偏向于吸收墨水的哑光纸，使得钢笔书写时不易洇墨，我习惯在书页边缘写下自己的理解和疑问，这本书的纸张非常适合做批注。不过，有一个小小的遗憾是，书中的符号标注有时不够一致，偶尔会出现同一个物理量在不同章节使用不同符号的情况，这在阅读初期造成了一些小小的困扰，需要对照附录或者上下文去确认，这或许是多位作者共同编撰时难以完全避免的瑕疵。但总的来说，它成功地营造了一种“经得起推敲”的专业氛围，让人觉得这是一份可以伴随职业生涯一段时间的参考资料，而不是一学期就束之高阁的快餐读物。

评分☆☆☆☆☆

作为一本面向本科生的教材，这本书在习题设置上确实下了不少功夫，这也许是它最体现价值的部分之一。每一章末尾的习题量都相当可观，涵盖了从基础计算到复杂系统分析的各个层面。不同于一些只给出简单代入公式的题目，这里的很多题目设计得很有深度，常常需要结合前后章节的知识点进行综合运用才能求解。我尤其欣赏它在部分习题后提供的“思路引导”，而不是直接给出完整答案。这种引导方式既保证了学生独立思考的空间，又在关键时刻提供了方向性的提示，避免了陷入死胡同。对于自学者来说，这无疑是一个巨大的福音。此外，书中对具体工程案例的引用也恰到好处，比如在高频开关电源那一章，它穿插介绍了几种主流的DC-DC拓扑的实际应用场景，虽然只是简略提及，但极大地激发了我对实际电路设计的兴趣，让我明白理论知识是如何落地生根的。这本书的实用价值，很大程度上体现在它对“知行合一”的这种微妙平衡的把握上。