本书是电工学领域的经典教材。作者通过讲授电工学原理来激励学生学习，并关注于解决各个工程领域的特定的或者有趣的问题，同时还提供了详尽的例题和实际的 应用范例。本书的主要内容包括：电阻电路，电感与电容，暂态分析，正弦稳态分析，频率响应、波特图和谐振，逻辑电路，计算机、微控制器和基于计算机的仪器仪表系统，二极管，放大器的技术参数和外部特性，场效应晶体管，双极结型晶体管，运算放大器，磁路和变压器，直流电机，交流电机。

译 者 序 自2001 年教育部颁发了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》以来，国内高等院校不断加大在公共课和专业课教学中推广与普及双语教学的力度，推动着双语教学的改革与试点。双语教学的开展与普及对于中国高等教育的全球化发展和培养国际化、高素质的综合性人才具有显著的积极意义。自2007年1月，本书的部分译者开始了电工学课程双语教学的改革试点，通过广泛比较各种相关课程的外文原版教材，最终选择了由Allan R. Hambley撰写的Electrical Engineering: Principles and Applications一书。该教材一直被美国蒙大拿大学、科罗拉多大学以及加拿大滑铁卢大学的机械、化学、环境、地理、计算机等专业所选用。 这本书是Electrical Engineering: Principles and Applications, Seventh Edition的完整翻译版本，书中内容包括电路分析、数字系统、模拟电子技术和电机学等几大主题。该教材的特点是：对知识点和概念的介绍清晰、生动，列举的应用电路的实例非常丰富，而且文字叙述简明、生动；同时，习题量大，便于学生自学和复习。从教材的结构与内容来看，原版教材与国内现行的电工学课程的教学大纲和教学要求基本吻合，满足该课程开展相关教学工作的需要。 综上所述，本书适用于机械、资环、动力、化工、生物、土木、材料等非电类专业的电工学课程的教学，也可以作为电气工程、计算机、自动化等专业学生的专业导论课程的参考教材。 本书由重庆大学电工学课程组来组织翻译工作。彭光金翻译了第1章和第2章；孙韬翻译了第3章和第4章；杨子康翻译了第6章和第8章；熊兰翻译了第5章、第7章、第9章、第11章、第12章、第15章、第16章和附录；余传祥翻译了第10章、第13章、第14章；熊露婧参与了第15章、第16章的翻译工作。最后由熊兰负责全书的统稿工作。 由于译者水平有限，书中难免存在缺点和错误，恳请广大读者批评指正。 前 言 与之前版本一样，编写本书的主要原因有以下三点：第一，从长远来看，有利于学生学好电工学的基本概念；第二，通过讲述电工学原理如何在应用实例中解决特定的、有趣的问题，激发学生的专业学习热情；第三，尽量表述简洁、清晰，便于学生学习和掌握要领。 本书的内容包括电路分析、数字系统、模拟电子技术和电机学，适用于电气工程专业学生的导论课程或者非电类专业学生的综合性课程。先修课程只需要基础物理学和单变量微积分。采用此书来授课有助于在以下多方面培养理论和实践技能： ? 基本电路的分析和测量 ? 一阶和二阶电路的暂态响应 ? 交流稳态电路 ? 谐振与频率响应 ? 数字逻辑电路 ? 微控制器 ? 基于计算机的仪器仪表系统 ? 二极管电路 ? 放大电路 ? 场效应晶体管和双极结型晶体管(三极管)电路 ? 运算放大器 ? 变压器 ? 交流电机和直流电机 ? 采用MATLAB的计算机辅助电路分析 本书注重基本概念，每一章都安排一段文字概括介绍电工学的基本理论在其他领域中的应用，例如内燃机中的抗振信号处理、心脏起搏器、有源噪声控制、在渔业中使用RFID标签等。 非常欢迎读者提出宝贵的建议，如何改进本书的建议尤其有价值，而且将体现在今后的修订版中，作者的E-mail是：arhamble@mtu.edu. 学生的在线资源 ? MasteringEngineering。课后作业延长了教师的课外辅导时间，引导学生按照自己的学习节奏复习工程教材中的难题，有助于学生了解到自己学习的偏差，并帮助学生采用更简单的步骤解题。本书还提供了视频解答以辅助求解每章中有代表性的习题。读者可以将题解与书打包购买，也可以从网址www.masteringengineering.com付费下载。 ? 资源网站。这是一个公开的网站(www.pearsonhighered.com/engineering-resources)，其中包含的资源如下： ? 学生解答手册。每章有一个pdf文件，给出部分章节的练习和每章带星号习题的详解，以及每章测试题的详解。 ? MATLAB文件夹。里面有书中介绍的MATLAB电路分析案例的m文件。 教师的在线资源 教师的在线资源包括： ? MasteringEngineering。在线辅导作业项目有助于教师完成作业自动评分和了解学生的个人反馈，通过不断地布置任务，跟踪了解班级的学习进展或者学生的个人学习能力。 ? 完整的教师解答手册。 ? PPT文件，给出书中所有的图表。 这一版的新增内容 ? 在每章的最后增加了最受学生欢迎的测试题，用于学生复习知识，为考试做准备。测试题的答案在附录D中给出，其详解在学生的在线资源文件夹里。 ? 第1章～第7章均新增了例题。 ? 更换了大约一半的习题或者修改了相关的错误。 ? 将过去版本中包含计算机、微控制器和以计算机为基础的仪器仪表系统等内容的两章合并为一章，即第8章。 ? 修改了附录C，与最新的工程基础考试要求保持一致。 ? 第2章～第6章均新增了采用MATLAB的符号运算工具箱的网络分析案例。 ? 更改了过去版本文字中的小错误，使表述更清晰。 先修课程 先修课程为基础物理学和单变量微积分。提前掌握微分方程对学习本课程会有所帮助，但不是必需的。微分方程将在第4章暂态分析中用到。 教学特点 本书包括多种激发学生兴趣、避免概念混淆和指导学生择业的内容，符合教学要求，包括： ? 每章开头给出本章的学习目标。 ? 学习目标之后给出本章相关内容的简介，或者强调要点和需要避免的常见错误。 ? 给出电工学理论在其他工程领域的应用，例如有源噪声控制、心脏起搏器。 ? 给出解题过程的详细步骤，例如提供了节点电压分析法的解题步骤、戴维南等效电路的解题步骤。 ? 每章最后都增加了测试题，用于学生测试所学的知识。答案见附录D。 ? 每章的部分习题和测试题的完整解答可参见学生的在线资源，以此帮助学生深入学习，并明确需要补充的知识点。 ? 在每章最后总结重要的知识点，供学生参考复习。 ? 在书中以加阴影形式列出重要的公式，引起学生的注意，并有助于记住重要的结论。 满足专业认证的教学要求 本书可以为多种授权证书培训提供很好的选择，工程认证的标准要求毕业生应该具有“应用数学、科学和工程知识的能力”以及“发现、表述和解决工程问题的能力”。本书正是为培养学生的这些能力而编写的。 同时，认证标准还要求学生具备“跨学科的团队协作能力”和“有效沟通的能力”。基于本书的课程，可以为非电类专业的学生提供相关的知识以及有效地与电气工程师沟通的能力训练。本书也帮助电气工程师了解电工学理论在其他工程领域的应用。为了加强交流，每章的部分习题均要求学生以自己的语言来解释电工学的基本概念。 内容及组织 第一部分 基本电路的分析 第 1 章定义电流、电压、功率和能量，介绍基尔霍夫定律，定义电压源、电流源和电阻。 第 2 章分析电阻电路，介绍网络化简法、节点电压分析法、网孔电流分析法等电路分析方法，采用戴维南等效、叠加原理以及惠斯通电桥来解题。 第 3 章介绍电容、电感和互感。 第 4 章讨论电路的暂态响应，首先介绍一阶RL和RC电路与时间常数，然后讨论二阶电路。 第 5 章讨论正弦稳态电路的性能(附录A有助于复习复数的知识)，掌握功率的计算、交流电路的戴维南和诺顿等效以及关于对称三相电路的分析计算。 第 6 章讨论频率响应、波特图、谐振、滤波器和数字信号处理，初步建立傅里叶变换理论(表示信号由具有不同幅值、相位和频率的各种正弦分量组成)的基本概念。 第二部分 数字系统 第 7 章介绍逻辑门、数值的二进制数表示，分析组合逻辑电路和时序逻辑电路，讨论布尔代数、德·摩根定律、真值表、卡诺图、编码器、译码器、触发器和寄存器。 第 8 章以飞思卡尔HCS12/9S12为例，介绍基于嵌入式系统的微型计算机，讨论计算机结构与存储器类型。讲述如何采用微控制器进行数字信号处理，以及讲解相关的指令程序。最后，还介绍了以计算机为基础的仪器仪表系统，分析了测量、信号调理、模数转换等概念。 第三部分 电子器件与电路 第 9 章介绍二极管的电路模型、负载线分析和各种应用电路，例如整流电路、稳压电路和波形整形电路等。 第10 章介绍放大器在实际应用中的性能参数和缺陷，包括增益、输入阻抗、输出阻抗、负载效应、频率响应、脉冲响应、非线性失真、共模抑制和直流失调等内容。 第 11 章介绍MOS场效应晶体管(FET)的结构、特性曲线、负载线分析、大信号和小信号模型、偏置电路，以及共源极放大器和共漏极放大器的直流与交流分析。 第 12 章类似于第11章讲解的FET的内容安排，介绍双极结型晶体管(BJT)的结构、特性曲线、负载线分析、大信号和小信号模型、偏置电路，以及共射极放大器和共集电极放大器的直流与交流分析。 第 11 章和第12章的授课顺序可以交换，也可以在授课时跳过这两章中部分小节的内容，节约时间来讲述其他主题。 第 13 章讨论运算放大器的结构、工作原理及其应用。非电类专业的学生能从本章学习如何使用和设计运算放大器，应用于本专业领域的测量仪器。 第四部分 电机学 第 14 章复习基本的磁场理论，分析磁路和变压器。 第 15 章和第16章分别讲解直流电机和交流电机。重点介绍电动机而不是发电机，因为非电类专业的工程师更多地接触电动机而不是发电机。在第15章学习了直流电机之后，还介绍了多种电动机的等效电路和性能参数的计算，也讨论了通用电动机及其应用。 第 16 章讲解交流电机，从三相感应电动机入手，再介绍同步电动机，从功率因数校正的角度介绍其优越性。对小型电动机例如单相感应电动机也进行了介绍，在本章最后还讲解了步进电动机和无刷直流电动机。 致谢 感谢密歇根理工大学电气与计算机工程系的同事们，在我撰写本书和其他工作中不断给予我帮助与鼓励。 在我撰写本书的各个阶段，得到了来自其他高校和学院的审稿教授们许多很好的建议，这些建议使本书终稿得以顺利地完成，特此一并感谢。 本书的审稿者包括： Ibrahim Abdel-Motaled, Northwestern University William Best, Lehigh University Steven Bibyk, Ohio State University D. B. Brumm, Michigan Technological University Karen Butler-Purry, Texas A＆M University Robert Collin, Case Western University Joseph A. Coppola, Syracuse University Norman R. Cox, University of Missouri at Rolla W. T. Easter, North Carolina State University Zoran Gajic, Rutgers University Edwin L. Gerber, Drexel University Victor Gerez, Montana State University Walter Green, University of Tennessee Elmer Grubbs, New Mexico Highlands University Jasmine Henry, University of Western Australia Ian Hutchinson, MIT David Klemer, University of Wisconsin, Milwaukee Richard S. Marleau, University of Wisconsin Sunanda Mitra, Texas Tech University Phil Noe, Texas A＆M University Edgar A. O’Hair, Texas Tech University John Pavlat, Iowa State University Clifford Pollock, Cornell University Michael Reed, Carnegie Mellon University Gerald F. Reid, Virginia Polytechnic Institute Selahattin Sayil, Lamar University William Sayle II, Georgia Institute of Technology Len Trombetta, University of Houston John Tyler, Texas A＆M University Belinda B. Wang, University of Toronto Carl Wells, Washington State University Al Wicks, Virginia Tech Edward Yang, Columbia University Subbaraya Yuvarajan, North Dakota State University Rodger E. Ziemer, University of Colorado, Colorado Springs 多年来，密歇根理工大学和其他学校使用本书的学生与教师给我提出了许多非常好的修改建议，并纠正了相关的错误，在此表示衷心的感谢。 非常感谢本书的编辑Julie Bai，支持我继续保持正确的撰写方向，并给予众多建议；也感谢Scott Disanno为本书出版所做的大量事务性工作。 最后，感谢Tony、Pam和Manson一直以来对我的鼓励和建议，感谢Judy(我故去的妻子)为我所做的难以列举的支持和帮助。 Allan R. Hambley

目 录 第1章 引言 1 1.1 电气工程综述 1 1.2 电路、电流与电压 4 1.3 功率与能量 10 1.4 基尔霍夫电流定律 12 1.5 基尔霍夫电压定律 15 1.6 电路元件简介 18 1.7 电路简介 24 本章小结 27 习题 28 测试题 35 第2章 电阻电路 37 2.1 电阻的串联与并联 37 2.2 利用串/并联的等效变换进行网络分析 41 2.3 分压和分流电路 44 2.4 节点电压分析法 48 2.5 网孔电流分析法 63 2.6 戴维南等效电路和诺顿等效电路 71 2.7 叠加原理 81 2.8 惠斯通电桥 83 本章小结 86 习题 87 测试题 99 第3章 电感与电容 102 3.1 电容 102 3.2 电容的串联与并联 109 3.3 电容器的物理特征 111 3.4 电感 114 3.5 电感的串联与并联 118 3.6 实际电感元件 119 3.7 互感 121 3.8 利用MATLAB进行符号微积分运算 122 本章小结 126 习题 127 测试题 134 第4章 暂态分析 136 4.1 一阶RC电路 136 4.2 直流稳态 141 4.3 RL电路 142 4.4 一般电源作用下的RC和RL电路 146 4.5 二阶电路 150 4.6 利用MATLAB的符号运算工具箱进行暂态分析 160 本章小结 165 习题 165 测试题 174 第5章 正弦稳态分析 176 5.1 正弦电流与电压 176 5.2 相量 182 5.3 复阻抗 186 5.4 使用相量和复阻抗进行电路分析 190 5.5 交流电路的功率 195 5.6 戴维南等效电路与诺顿等效电路 205 5.7 对称三相电路 209 5.8 使用MATLAB软件进行三相交流稳态分析 219 本章小结 223 习题 224 测试题 236 第6章 频率响应、波特图和谐振 238 6.1 傅里叶分析、滤波器和传递函数 238 6.2 一阶低通滤波器 245 6.3 分贝、级联和对数频率坐标 249 6.4 波特图 253 6.5 一阶高通滤波器 255 6.6 串联谐振 258 6.7 并联谐振 262 6.8 理想滤波器和二阶滤波器 264 6.9 使用MATLAB软件绘制波特图 270 6.10 数字信号处理 272 本章小结 279 习题 280 测试题 292 第7章 逻辑电路 294 7.1 逻辑电路的基本概念 294 7.2 二进制数的表示 297 7.3 组合逻辑电路 303 7.4 逻辑电路的综合 310 7.5 逻辑电路的化简 315 7.6 时序逻辑电路 320 本章小结 329 习题 330 测试题 338 第8章 计算机、微控制器和基于计算机的仪器仪表系统 340 8.1 计算机结构 340 8.2 存储器类型 343 8.3 数字过程控制 345 8.4 HCS12/9S12编程模型 347 8.5 CPU12的指令集和寻址模式 350 8.6 汇编语言编程 357 8.7 测量的概念和传感器 362 8.8 信号调理 366 8.9 模数转换 371 本章小结 374 习题 375 自测题 380 第9章 二极管 382 9.1 二极管的基本概念 382 9.2 二极管电路的负载线分析 385 9.3 稳压管稳压电路 387 9.4 理想二极管模型 390 9.5 二极管的分段线性模型 392 9.6 整流电路 394 9.7 波形整形电路 397 9.8 线性小信号等效电路 402 本章小结 406 习题 406 测试题 416 第10章 放大器的技术参数和外部特性 418 10.1 放大器的基本概念 418 10.2 级联放大器 422 10.3 功率和效率 425 10.4 其他放大器模型 427 10.5 放大器阻抗在不同应用中的重要性 430 10.6 理想放大器 432 10.7 频率响应 433 10.8 线性波形失真 436 10.9 脉冲响应 440 10.10 传输特性和非线性失真 442 10.11 差分放大器 444 10.12 失调电压、偏置电流和失调电流 448 本章小结 452 习题 452 测试题 462 第11章 场效应晶体管 464 11.1 NMOS管和PMOS管 464 11.2 简单NMOS放大器的负载线分析 471 11.3 偏置电路 473 11.4 小信号等效电路 476 11.5 共源极放大器 479 11.6 源极跟随器 483 11.7 CMOS逻辑门 486 本章小结 491 习题 492 测试题 498 第12章 双极结型晶体管 500 12.1 电流和电压的关系 500 12.2 共射极特性曲线 503 12.3 共射极放大器的负载线分析 504 12.4 pnp型BJT 509 12.5 大信号直流电路模型 510 12.6 BJT电路的大信号直流分析 512 12.7 小信号等效电路 519 12.8 共射极放大器 521 12.9 射极跟随器 525 本章小结 530 习题 530 测试题 539 第13章 运算放大器 541 13.1 理想运放 541 13.2 反相放大器 543 13.3 同相放大器 548 13.4 简单放大器的设计 551 13.5 运算放大器线性工作的缺陷 554 13.6 非线性限制 558 13.7 直流缺陷 562 13.8 差分放大器和仪用放大器 565 13.9 积分器和微分器 567 13.10 有源滤波器 569 本章小结 573 习题 573 测试题 584 第14章 磁路和变压器 586 14.1 磁场 586 14.2 磁路 593 14.3 电感和互感 598 14.4 磁性材料 601 14.5 理想变压器 604 14.6 实际变压器 610 本章小结 613 习题 614 测试题 622 第15章 直流电机 623 15.1 电动机概述 623 15.2 直流电机的工作原理 630 15.3 旋转直流电机 634 15.4 并励与他励直流电动机 638 15.5 串励直流电动机 642 15.6 直流电动机的调速 645 15.7 直流发电机 649 本章小结 652 习题 653 测试题 660 第16章 交流电机 661 16.1 三相感应电动机 661 16.2 感应电动机的等效电路和性能计算 667 16.3 同步电机 674 16.4 单相电动机 683 16.5 步进电动机和无刷直流电动机 686 本章小结 687 习题 688 测试题 692 附录A 复数 694 附录B 电阻的标称值与色标 700 附录C 工程基础考试 702 附录D 测试题的答案 703 附录E 学生的在线资源 710

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