电路学概论

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具体描述

本书内含13章,第1章由单位、特性开始讲述电学的基本概念。第2章至第9章是讨论简单电路分析,先针对基本元件电路说明电学定理及电路计算分析方式;第6、7章探讨一阶、二阶电路的零输入响应、零态响应、完全响应等,最后在第8、9章内,说明弦波稳态分析用之方法。第10章介绍标准的耦合元件。第11章三相电路在分析电力系统上相当重要,几乎所有交流电力产生、电力输送及工业使用均会採用。第12章至第13章讨论复杂的网路分析,第12章说明频率响应,是在描述网路的频域特性,在工程上、科学的应用或分析上扮演重要的角色;第13章说明拉普拉斯转换,其特色是在将微分方程式转换成代数方程式,再经过反拉普拉斯转换即可求解的解题技巧。

本书特色

  1.本书结合电路学与基本电学的观念,可供读者在学习中;同时复习到基本电学的概念。
  2. 本书内容编排特别注重基本观念,由浅入深,并以例题及插图说明,期使读者能够融会贯通。
  3. 各章节均有丰富的例题与习题,供读者练习。
电子系统的基石:深入探索基础电子学原理 书籍名称:《基础电子学原理与应用》 内容简介: 本书旨在为读者构建一个全面而深入的现代电子学知识体系,重点关注构成所有电子系统核心的基础物理现象、元器件特性以及电路分析的严谨方法。它并非侧重于特定领域(如电力系统或微电子工艺),而是致力于打牢读者对“电”与“磁”在半导体和集成电路层面如何相互作用的理解。 第一部分:电学基础与元器件的物理本质 本部分将从电荷、电场、电位等基本概念出发,系统回顾和深化读者对经典电磁学的理解,但核心将快速过渡到半导体物理的微观层面,为理解现代电子元器件的工作机制奠定坚实的物理基础。 1. 电荷运动的统计力学描述: 我们将详细解析导体、半导体和绝缘体中电荷载流子的行为。重点阐述漂移(Drift)和扩散(Diffusion)电流的物理机制,并引入载流子浓度的热力学平衡条件。对于半导体,深入探讨费米能级、本征载流子浓度以及杂质(施主和受主)掺杂对载流子分布的影响。理解这些基础概念是分析PN结特性的前提。 2. 重要的两端器件:电阻、电容与电感 电阻的微观模型: 讨论材料电阻率与温度的关系,并引入非线性电阻(如热敏电阻、光敏电阻)的工作原理。 电容的场域存储: 深入分析理想电容与实际电容(包括漏电流和寄生电感)的区别。特别关注介质极化现象及其在储能中的作用。 电感的动态特性: 从法拉第电磁感应定律出发,建立集中参数模型与分布参数模型的联系。阐述电感在交流电路中的阻抗特性,并讨论实际电感中的铁损与铜损。 3. 半导体PN结的形成与特性: 这是本书的核心基石之一。我们将详细推导PN结的内建电势、空间电荷区宽度,并精确描述其在不同偏置条件下的I-V特性曲线。不仅限于理想模型,本书还将分析结电容、击穿现象(雪崩击穿与齐纳击穿)的物理成因及对电路设计的影响。 第二部分:核心有源器件的等效模型与分析 本部分将从PN结出发,构建出描述现代电子系统功能实现所必需的放大和开关元件的等效电路模型。 4. 双极型晶体管(BJT)的运作机制与模型: 详细解析BJT的载流子注入、输运过程,并基于Ebers-Moll模型构建其精确的直流和交流等效电路。重点讲解共射、共基、共集三种基本组态的输入阻抗、输出阻抗、电流增益和电压增益的计算方法。此外,本书将引入高频下的混合$pi$模型,分析过渡频率($f_T$)的限制。 5. 场效应晶体管(FET)的控制效应: 侧重于MOSFET的结构、电场效应原理以及其阈值电压的确定。读者将学习如何从“空穴/电子的积累、耗尽、反型”三个区域来理解其工作特性。我们将重点推导并应用Shichman-Hodges模型(或更现代的紧凑模型基础),分析其饱和区和线性区的跨导特性,并讨论其在开关电路中的优势。 6. 晶体管的非线性与失真分析: 超越小信号线性分析,本书将引入二阶和三阶谐波失真(HD2, HD3)的概念,探讨晶体管的静态工作点(Q点)选择对输出波形保真度的重要性。理解晶体管作为非线性器件时的物理限制是设计高保真系统的关键。 第三部分:线性电路分析的数学工具与系统方法 本部分将提供一套严谨的数学工具箱,用于分析由电阻、电容、电感和受控源构成的线性电路。 7. 时域与频域分析:瞬态响应与稳态响应 一阶与二阶系统响应: 利用微分方程求解RC、RL、RLC电路的自然响应(瞬态响应)和阶跃响应。重点讲解阻尼系数与固有频率对响应曲线形态的影响。 拉普拉斯变换的应用: 引入复频域(s域)的概念,将微分方程转化为代数方程,简化复杂的瞬态和稳态电路求解过程,包括利用零点和极点分析系统稳定性。 8. 交流稳态分析与网络定理: 在交流稳态下,用相量(Phasor)取代时间函数,系统性地应用基尔霍夫定律(KCL, KVL)。全面复习和应用节点电压法、网孔电流法,并深入探讨叠加定理、互易定理、最大功率传输定理等网络定理在简化分析中的高效性。 9. 频率响应与滤波理论: 将交流分析扩展到不同频率范围。定义电路的幅频特性和相频特性。详细分类和推导一阶(RC, RL)和二阶(RLC)无源滤波器(低通、高通、带通、带阻)的截止频率、带宽和品质因数(Q值)的计算。理解这些概念是设计信号选择电路的基础。 第四部分:反馈、耦合与系统建模 本部分将目光从单个元器件转移到相互连接形成的系统层面,探讨如何利用负反馈原理来控制和稳定电路性能。 10. 运算放大器(Op-Amp)的理想与非理想模型: 从其核心结构(差分放大器)的物理原理出发,建立理想运放模型(无穷大开环增益、无穷大输入阻抗、零输出阻抗)。随后,详细分析有限开环增益、共模抑制比(CMRR)以及输入失调电压等非理想参数对实际电路(如反相放大器、加法器、积分器)性能的影响。 11. 负反馈原理与稳定性分析: 负反馈是电子学中最强大的概念之一。本书将深入探讨负反馈对增益、输入/输出阻抗以及带宽的影响。引入波德图(Bode Plot)作为分析频率响应和反馈系统稳定性的核心工具,解释相位裕度(Phase Margin)和增益裕度(Gain Margin)在判断系统是否振荡中的关键作用。 12. 耦合与级联:多级放大器的设计考量: 分析多级放大器中各级间的电容(或变压器)耦合方式。探讨级联带来的总增益、带宽展宽或压缩问题。特别关注在设计多级系统时,如何通过合理的输入输出阻抗匹配来最大化信号传输效率,同时避免特定频率响应的“陷波”效应。 --- 本书的特点在于强调物理直觉与数学严谨性的结合。它避免了仅仅停留在“黑箱”元件的使用层面,而是通过深入剖析半导体结的物理行为和晶体管内部的载流子运动,使读者能够真正理解为什么某个元件会表现出特定的电学特性,从而具备设计、分析和调试复杂电子系统的基础能力。所有理论推导均采用清晰的数学步骤,并辅以大量的实例和习题,确保知识的转化和应用。

著者信息

图书目录

第1 章 基本概念
1-1 单位系统
1-2 电荷与电流
1-3 电压
1-4 功率与能量
1-5 独立电源与相依电源
1-6 基本电源波形
本章习题

第2 章 电阻器与直流电阻电路
2-1 线性性质
2-2 电源转换
2-3 分支、节点、回路与网目
2-4 电阻器
2-5 电阻器串并联电路
2-6 欧姆定律
2-7 克希荷夫电流定律与电压定律
2-8 Y 型与△型电路
本章习题

第3 章 电阻电路定理
3-1 分压定理
3-2 分流定理
3-3 重叠定理
3-4 戴维宁定理与诺顿定理
3-5 互易定理
3-6 最大功率转移定理
本章习题

第4 章 直流电阻电路分析
4-1 支路电流法(branch current method
4-2 网目电流分析法(mesh current method
4-3 网目分析的视察法
4-4 节点电压分析法(node voltage method)
4-5 节点分析的视察法
4-6 含相依电源的电路分析
本章习题

第5 章 电容器与电感器
5-1 电容器
5-2 电容器串并联电路
5-3 电感器
5-4 电感器串并联电路
5-5 储存于电容器之能量
5-6 储存于电感器的能量
本章习题

第6 章 一阶电路:RC与RL电路
6-1 零输入响应
6-2 零态响应
6-3 完全响应
6-4 步级响应
6-5 脉冲响应
6-6 应用视察法求一阶电路响应的解
本章习题

第7 章 二阶电路:RLC电路
7-1 零输入响应
7-2 零态响应
7-3 完全响应
※7-4 状态空间法
7-5 对偶电路
本章习题

第8 章 弦波交流电路与相量
8-1 弦波信号
8-2 频域相量
8-3 电路元件之电压-电流相量关系
8-4 阻抗与导纳
8-5 克希荷夫定律与阻抗组合
本章习题

第9 章 弦波稳态分析
9-1 弦波输入之稳态响应
9-2 弦波输入之完全响应
9-3 节点分析法
9-4 网目分析法
9-5 重叠定理
9-6 弦波稳态功率和能量
9-7 最大功率转移定理
本章习题

第10 章 磁耦合电路
10-1 互感
10-2 互感的极性
10-3 耦合系数
10-4 电感矩阵
10-5 理想变压器
10-6 等效电路
10-7 变压器的种类及自耦变压器
本章习题

第11 章 三相电路分析
11-1 平衡之三相电源
11-2 三相负载
11-3 三相系统分析
11-4 平衡三相系统之功率
11-5 不平衡三相系统
本章习题

第12 章 频率响应
12-1 网路函数
12-2 谐振电路
12-3 品质因数与频带宽度
12-4 泸波器
本章习题

第13 章 拉普拉斯转换分析
13-1 拉普拉斯转换的定义
13-2 拉普拉斯转换的性质
13-3 常用函数的拉普拉斯转换
13-4 反拉普拉斯转换
13-5 双边拉普拉斯转换及其反转换
13-6 拉普拉斯转换的应用
本章习题

附录
附-A 单位之关系
附-B SI 制基本单位与导出单位
附-C 电之各种单位间之关系
附-D 希腊字母及其代表之量
附-E 专有名词中英文对照表

图书序言

图书试读

用户评价

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「 circuitos eléctricos」这本书,简直是我近期阅读体验中的一匹黑马!我一直对科技发展充满好奇,但对于“电路”这个概念,总是觉得它离我太遥远,太专业,仿佛是工程师们的专属领域。然而,这本书完全打破了我的这种固有观念。它并没有把电路学写成一本枯燥的教科书,而是把它描绘成一门充满智慧和创意的学科,与我们的生活息息相关。 作者在书中巧妙地将一些看似复杂的电路原理,融入到了日常生活的方方面面。比如,在讲解串联和并联时,它会用家里的灯泡线路来举例,一个灯泡坏了,是整排都不亮,还是只有那个灯泡不亮,这种生活化的场景,瞬间就让我明白了串并联的区别。又比如,它会分析智能手机是如何在小小的机身里集成如此多的功能,而这些都离不开精密的电路设计。 我尤其喜欢书中的一个章节,是关于“电路的保护机制”。里面讲解了保险丝、断路器等是如何工作的,以及它们在防止电路过载、保护电器安全方面的重要作用。这让我深刻地认识到,电路设计不仅仅是为了实现功能,更重要的是要考虑安全性和可靠性。这种从“功能”到“安全”的视角切换,让我对电路学有了更全面的认识。 这本书的文字流畅,逻辑清晰,即使是对电路完全没有基础的读者,也能轻松跟上作者的思路。而且,它在讲解过程中,还穿插了一些电路发展史上的趣闻轶事,让整个阅读过程充满了趣味性,不会感到枯燥乏味。如果你也曾对电路学感到陌生,想了解它是如何塑造我们现代世界的,那么「 circuitos eléctricos」绝对是你的不二之选。它会让你发现,原来电路学并非只有冰冷的数字和公式,它背后蕴含着人类的智慧和对生活的热爱。

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「 circuitos eléctricos」这本书,简直是给我打开了一扇全新的大门!我一直觉得“电路”这个词听起来就很“硬核”,感觉只有那些数学功底特别扎实、逻辑思维特别严谨的人才能搞懂。但这本书,它用一种极其温柔且富有启发性的方式,让我看到了电路学的另一面——它不仅是技术,更是艺术,是连接我们与数字世界的重要桥梁。 作者在书中的叙述方式非常独特,他并不急于灌输大量的专业术语,而是先从“为什么”开始。为什么我们需要电路?电路是如何工作的?它又如何让我们享受现代科技带来的便利?这些根本性的问题,在书的一开始就被巧妙地解答了。而且,他会将一些抽象的概念,比如“电压”和“电流”的意义,通过生动的比喻和深入浅出的讲解,变得非常容易理解。 我最喜欢的一个部分,是关于“信号”在电路中的传递。作者用了很多生动的例子来解释,比如收音机如何接收到远方的信号,手机如何将我们的声音转化为电信号进行传输。他甚至会讲解一些基础的数字电路概念,比如“门电路”,并用非常直观的方式展示它们是如何实现逻辑运算的。这让我觉得,原来我们每天使用的各种电子设备,背后都是这样精密且巧妙的设计。 这本书的排版也做得非常好,大量的图示和清晰的流程图,让复杂的电路图变得不再令人望而生畏。而且,作者还会适时地加入一些历史背景和技术发展的故事,让读者在学习知识的同时,也能感受到科技进步的脉络。总而言之,「 circuitos eléctricos」这本书,它不仅仅是一本关于电路的书,更是一本关于如何理解我们所处科技世界的书。它用最通俗易懂的方式,向我们展示了电路学的美妙之处,绝对值得所有对科技感兴趣的朋友阅读。

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「 circuitos eléctricos」这本书,我真的要大力推荐给所有对“电”这个东西感到好奇但又望而却步的人!我个人一直对科技很感兴趣,但每次看到关于电路的专业书籍,都觉得头昏脑胀,那些复杂的公式和图表简直让人想直接放弃。然而,这本「 circuitos eléctricos」完全不一样,它就像一位经验丰富的向导,用一种非常人性化的方式,带我一步一步探索电路的奥秘。 一开始,作者并没有直接进入那些令人头疼的计算,而是从生活中的小事入手,比如为什么电灯会亮,为什么冰箱会制冷。这些日常现象,经过作者的讲解,竟然都和电路有着千丝万缕的联系。他用非常生动的语言,把一些原本抽象的物理概念,比如“电阻”和“功率”,描绘得栩栩如生。我印象最深刻的是,他用“摩擦力”来类比电阻,解释电流在电路中流动时会遇到的阻碍,这个比喻真的太贴切了! 而且,书中对于一些初学者容易混淆的概念,比如电压、电流、电阻之间的关系,也给出了非常清晰的解释。他并没有一味地强调公式,而是更注重理解概念的本质。例如,在解释“电压”时,他用了“电位差”的概念,并将其与高低水位的区别联系起来,让人一下子就明白了这个“推力”的意义。 另外,这本书的图文结合也非常到位。大量的插图和表格,不仅帮助理解,也让阅读过程更加轻松有趣。有些插图甚至带有小小的幽默感,让我在学习过程中不至于感到过于严肃。总而言之,「 circuitos eléctricos」这本书,它没有高高在上的学术腔调,而是真正站在读者的角度,用最简单、最贴近生活的方式,将电路学的知识传递给我们。如果你想真正理解我们身边的电子设备是如何工作的,那么这本书绝对是你的首选。

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我必须说,「 circuitos eléctricos」这本书真的颠覆了我对电路学的刻板印象!在我过去的学习经验里,电路学总是和“死记硬背”以及“考前突击”划上等号,总觉得是属于少数“天赋异禀”的理工科学生才能掌握的学科。但这本书,它就像一位耐心的老师,用一种非常“慢”但“稳”的方式,带我一步一步走进电路的世界。 它没有一上来就抛出欧姆定律、基尔霍夫定律这些“大魔王”,而是从最基础的“电”是什么,电为何会流动,以及我们为什么会用到“电”来展开。这种追本溯源的做法,对于那些和我一样,只是对“为什么”感到好奇,而不是仅仅为了应付考试的学习者来说,简直是太友好了。作者在解释“电荷”的概念时,引用了很多生活中常见的例子,比如摩擦生电、静电感应,这些都是我们每天都会遇到但可能从未深入思考过的现象。 让我感到惊喜的是,书中对于一些复杂的电路元件,比如电容和电感,并没有用过于深奥的数学公式去讲解,而是侧重于它们的功能和在电路中的作用。例如,它会解释电容就像一个小水库,可以储存电荷,在需要时释放;电感则像是弹簧,能够抵抗电流的变化。这种生动形象的比喻,让原本抽象的物理概念变得非常具体,我甚至能想象出它们在电路里是如何工作的。 而且,这本书的语言风格也很不一样。它不像传统的教材那样,用非常正式、刻板的学术语言,而是更偏向于一种对话式的、轻松的叙述。读起来感觉就像是和一位朋友在聊天,讨论电路的奥秘。这种风格让我觉得很放松,也更能集中注意力去理解内容。总之,如果你对电路学有兴趣,但又对传统的学习方式感到畏惧,那么「 circuitos eléctricos」绝对值得一试。它会让你重新认识电路学,甚至可能发现其中的乐趣。

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「 circuitos eléctricos」 是一本让人眼前一亮的书!我本身是理工背景,但坦白说,大学时期的电路学真的让我吃尽苦头,公式推导、繁复的计算,常常让人抓不到重点。然而,这本书的切入点非常不一样,作者似乎很懂得我们这些非电机科班出身的学习者在想什么。它没有一开始就丢出一大堆艰涩的理论,而是从生活中大家可能接触到的电路现象出发,比如家里的电灯为何会亮,手机充电的原理是什么,甚至是一些小家电的内部构造,都用相当生活化的例子来解释。 最让我印象深刻的是,它在讲解基础概念时,并没有直接跳到微分方程或拉普拉斯变换,而是循序渐进,用了很多有趣的类比。例如,在解释电流和电压时,作者用了水管和水流的比喻,这真的是让我豁然开朗!很多时候,我们感觉电路学难,就是因为抽象的概念太多,不容易具象化。这本书成功地把这些抽象的东西“落地”了,让我觉得原来电路学并没有想象中那么遥不可及。 此外,书中的插图和图表也做得非常用心。不是那种简单的示意图,而是带有一定细节的、能够帮助我们理解电路结构和信号变化的图。有时候,光看文字可能还是一知半解,但配上一张清晰的图,很多问题就迎刃而解了。甚至有些插图还带点幽默感,让阅读过程不会过于枯燥。对于我这种有点“视觉导向”的学习者来说,这简直是救星。 总之,如果你跟我一样,对电路学曾经有过阴影,或者想用一种更轻松、更贴近实际的方式去理解电路,我非常推荐这本「 circuitos eléctricos」。它不是那种要你成为电机专家的教科书,更像是一位经验丰富的工程师,带着你认识这个我们日常生活中无处不在的“电”的世界。读完之后,你会觉得,嗯,原来电路学也没有那么可怕,甚至还有点意思!

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