电工学原理与应用（第五版）（英文版）pdf/txt下载_在线阅读全文

内容简介

　　本书是电工学概论领域的经典教材，也是畅销教材。作者通过讲授嗲工学原理来激励学生学习，并应用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应用范例。本书包含电路分析、数字系统、电子器件与电路、电机学四大模块，主要内容包括：电阻性电路、电感与电容、瞬态电路分析、正弦稳态电路分析、频率响应与谐振、数字逻辑电路、微机原理、基于计算机的测量系统、二极管、放大电路、场效应管和三极管、运算放大器、磁路与变压器及直流、交流电机。

目　　录

1 Introduction
1.1 Overview of Electrical Engineering
1.2 Circuits, Currents, and Voltages
1.3 Power and Energy
1.4 Kirchhoff’s Current Law
1.5 Kirchhoff’s Voltage Law
1.6 Introduction to Circuit Elements
1.7 Introduction to Circuits
Summary
Problems
2.1 Resistances in Series and Parallel
2.2 NetworkAnalysis by Using Series and Parallel Equivalents
2.3 Voltage-Divider and Current-Divider Circuits
2.4 Node-VoltageAnalysis

1 Introduction 
1.1 Overview of Electrical Engineering 
1.2 Circuits, Currents, and Voltages 
1.3 Power and Energy 
1.4 Kirchhoff’s Current Law 
1.5 Kirchhoff’s Voltage Law 
1.6 Introduction to Circuit Elements 
1.7 Introduction to Circuits 
Summary 
Problems
2 Resistive Circuits 
2.1 Resistances in Series and Parallel 
2.2 NetworkAnalysis by Using Series and Parallel Equivalents 
2.3 Voltage-Divider and Current-Divider Circuits 
2.4 Node-VoltageAnalysis 
2.5 Mesh-CurrentAnalysis 
2.6 Thévenin and Norton Equivalent Circuits 
2.7 Superposition Principle 
2.8 Wheatstone Bridge 
Summary 
Problems
3 Inductance and Capacitance 
3.1 Capacitance 
3.2 Capacitances in Series and Parallel 
3.3 Physical Characteristics of Capacitors 
3.4 Inductance 
3.5 Inductances in Series and Parallel 
3.6 Practical Inductors 
3.7 Mutual Inductance 
3.8 Symbolic Integration and Differentiation Using MATLAB 
Summary 
Problems
4 Transients 
4.1 First-Order RC Circuits 
4.2 DC Steady State 
4.3 RL Circuits 
4.4 RC and RL Circuits with General Sources 
4.5 Second-Order Circuits 
4.6 TransientAnalysis Using the MATLAB 
Symbolic Toolbox 
Summary 
Problems
5 Steady-State Sinusoidal Analysis 
5.1 Sinusoidal Currents and Voltages 
5.2 Phasors 
5.3 Complex Impedances 
5.4 CircuitAnalysis with Phasors and Complex Impedances 
5.5 Power inAC Circuits 
5.6 Thévenin and Norton Equivalent Circuits 
5.7 Balanced Three-Phase Circuits 
5.8 ACAnalysis Using MATLAB 
Summary 
Problems
6 Frequency Response, Bode Plots, and Resonance 
6.1 Fourier Analysis, Filters, and Transfer Functions 
6.2 First-Order Lowpass Filters 
6.3 Decibels, the Cascade Connection, and Logarithmic Frequency
Scales 
6.4 Bode Plots 
6.5 First-Order Highpass Filters 
6.6 Series Resonance 
6.7 Parallel Resonance 
6.8 Ideal and Second-Order Filters 
6.9 Transfer Functions and Bode Plots with MATLAB 
6.10 Digital Signal Processing 
Summary 
Problems
7 Logic Circuits 
7.1 Basic Logic Circuit Concepts 
7.2 Representation of Numerical Data in Binary Form 
7.3 Combinatorial Logic Circuits 
7.4 Synthesis of Logic Circuits 
7.5 Minimization of Logic Circuits 
7.6 Sequential Logic Circuits 
Summary 
Problems
8 Microcomputers 
8.1 Computer Organization 
8.2 Memory Types 
8.3 Digital Process Control 
8.4 The 68HC11 Microcontroller 
8.5 The Instruction Set andAddressing Modes for the 68HC11 
8.6 Assembly-Language Programming 
Summary 
Problems
9 Computer-Based Instrumentation Systems 
9.1 Measurement Concepts and Sensors 
9.2 Signal Conditioning 
9.3 Analog-to-Digital Conversion 
9.4 LabVIEW 
Summary 
Problems
10 Diodes 
10.1 Basic Diode Concepts 
10.2 Load-LineAnalysis of Diode Circuits 
10.3 Zener-Diode Voltage-Regulator Circuits 
10.4 Ideal-Diode Model 
10.5 Piecewise-Linear Diode Models 
10.6 Rectier Circuits 
10.7 Wave-Shaping Circuits 
10.8 Linear Small-Signal Equivalent 
Circuits 
Summary 
Problems
11 Ampliers: Specications and External Characteristics 
11.1 BasicAmplier Concepts 
11.2 CascadedAmpliers 
11.3 Power Supplies and Efciency 
11.4 AdditionalAmplier Models 
11.5 Importance ofAmplier Impedances in VariousApplications 
11.6 IdealAmpliers 
11.7 Frequency Response 
11.8 LinearWaveform Distortion 
11.9 Pulse Response 
11.10 Transfer Characteristic and Nonlinear Distortion 
11.11 DifferentialAmpliers 
11.12 Offset Voltage, Bias Current, and Offset Current 
Summary 
Problems
12 Field-Effect Transistors 
12.1 NMOS and PMOS Transistors 
12.2 Load-Line Analysis of a Simple NMOS Amplier 
12.3 Bias Circuits 
12.4 Small-Signal Equivalent Circuits 
12.5 Common-SourceAmpliers 
12.6 Source Followers 
12.7 CMOS Logic Gates 
Summary 
Problems
13 Bipolar Junction Transistors 
13.1 Current and Voltage Relationships 
13.2 Common

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前　　言

导读本书是电工学电气工程概论领域的经典英文教材，也是畅销教材。本书包含了电路原理、基本电磁测量、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与电机学等六门课程的基本内容，适用于理工类大专院校机械、化工、生物、资环、土木工程等非电类本科专业的“电工学”或者“电工电子技术”课程作为双语教学和全英文教学的教材，也可以作为电气工程、计算机、自动化等本科专业的“专业导论”课程的教材。本书包含电路分析、数字系统、（模拟与数字）电子技术与电机学四大模块，主要内容包括：电阻性电路、电感与电容、瞬态电路分析、正弦稳态电路分析、频率响应与谐振、数字逻辑电路、微机原理、基于计算机的测量系统、二极管、放大电路、场效应管和三极管、运算放大器、磁路与变压器以及直流、交流电动机。与以前版本比较，第五版增加了各章测试的内容，便于学生在每章结束时进行复习与自我学习评价；增加了使用MATLAB和符号工具箱进行网络分析的内容；增加了约150个习题，并修改了部分以前的习题；增加了使用MATLAB求解积分和微分方程、分析交流电路以及瞬态电路的内容。本书还提供了丰富的教师与学生在线使用资源，包括：各章的PPT教学课件；完整的习题求解过程；书中大量关于网络分析实例的MATLAB程序及电路仿真分析实例的Multisim程序等。具体信息请参见前言的介绍。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教学大纲和教学基本要求基本吻合，可以满足电工学课程双语教学的需要。该教材的特点是：注重理论体系的完整，同时兼顾应用实践的拓展；文字叙述简明、生动，对知识点和概念的介绍清晰、形象，列举的实例电路及其软件分析丰富且贴近工程应用。同时，练习、习题与测试题量大，便于学生自学和复习。经过本人数届双语教学试点(通常为1学期72学时)，有时也根据不同专业的课时与教学内容需求选择教材中的不同模块内容，学生对教材的总体评价是内容丰富，易学、易懂，对培养学生的创造力和想象力有潜移默化的影响，也将为学生今后的跨学科知识融合与专业技能训练打下扎实的基础。熊兰重庆大学电气工程学院前言与过去的版本一致，编写本书的指导思想主要有以下三点：第一，从长远来看，学生学好基本概念就是为将来的发展打好基础；其次，通过解决不同领域的实际和有趣的问题，可以激发学生的学习热情；第三，尽可能避免学生遭遇学习挫折。本书主要包括电路分析、数字系统、电子学与电机学等内容，适用于电气工程专业学生的导论课程或者非电专业的学生的综合性课程。只要学习过基础物理学和单变量微积分的课程即可。采用本书授课，有利于提高以下方面的理论与实验技能：基本电路分析与测量一阶和二阶电路的瞬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测量仪器（包括LabVIEW软件）二极管电路放大电路场效应管与双极结型晶体管运算放大器变压器交流电机与直流电机计算机辅助电路分析（Multisim和MATLAB软件）本书注重基本概念，每一章都安排一段内容，概括介绍电气工程理论在其他领域中的应用，主要包括内燃机中的抗震信号处理、心脏起搏器、动态噪声控制和全球定位系统等。作者非常欢迎读者对本书进行评价，尤其是提出宝贵的修改意见和建议，这将体现在修订版中。作者电子邮件地址：arhamble@mtu.edu。MATLAB及其符号工具箱在本书中，我们将给出更多的实例来阐明如何将MATLAB软件应用于网络分析，包括如何发挥其符号数学解决能力。所有例题、练习和习题都基于MATLABR2008a版本，而符号工具箱则基于Maplesoft公司的Maple软件。注意，如果采用其他版本的软件，可能因为具备不同的功能导致以下两种结果：其一，不能运行程序；其二，运行程序的结果与本书提供的形式有不同。上述结论毋庸置疑，如果启动MATLABR2008b版本，将默认使用MuPAD（MathWorks公司的产品），而不是Maple软件工具。在线学生学习资源全新的网址为学生提供了更新、更丰富的资源，可单独购买资源下载账号。登录www.pearsonhighered.com/hambley即可获取下列资源：Pearson eText，这是一部完整的在线电子书，具有重点内容提示、笔记和检索功能。视频解答，针对每章有代表性的习题提供完整的逐步求解过程。学生解答手册，每章的PDF文件提供了各章练习和标注有星号的习题的答案，以及全部测验题的详细解答。MATLAB文件夹，包含了书中讨论到的例题的m文件，除了使用Symbolic工具箱分析例题，这些文件也可以采用MathScript软件来运行。还有一个MathScript文件夹，包含其能够运行的m文件。Multisim 10.1文件夹，包含了Multisim软件使用教程，以及书中大量电路的仿真分析。从附录D中可以获取更丰富的信息。OrCAD 16.2文件夹，包含OrCAD Capture CIS 16.2软件使用教程，从附录D中可以获取更丰富的信息。（OrCADCapture的新版本可以从以下网址下载：http://www.ema-eda.com/products/orcad/demosoftware.aspx。）附录G，即OrCAD10.5软件的使用教程。该PDF文件便于使用以前版本的教师能够继续使用该版本的程序，也是对本书第四版附录D的更新。虚拟仪器文件夹，包含9.4节涉及的LabVIEW程序。教师资源教师资源如下：完整版本的习题解答本书配套的PPT教师资源可以在www.personhighered.com下载，如果需要账号和密码，请联系本地的Pearson代理。第五版的新增内容增加了测验题，便于学生在每章结束时进行复习和测验。附录E包含实际测试的所有答案，完整解答则在网站的学生资源中给出。第2章~第6章增加了使用MATLAB和符号工具箱进行网络分析的内容。增加了大约150道习题，替换并更新了以前版本的习题。在第2章增加了对电导的讨论，阐述如何快速写出节点和网孔方程，并使用MATLAB对网络方程进行数值与符号求解，并增加了两个新例子。删除了采用叠加原理求解含受控源电路的内容，增大了叠加原理应用的篇幅。3.8节增加了使用MATLAB求解积分和微分方程的内容。 4.6节增加了采用MATLAB符号工具箱进行瞬态分析的内容。第5章增加了复功率的概念，5.8节增加了使用MATLAB分析交流电路的内容。6.9节增加了传递函数和波特图。修改了数字信号处理的内容，并移至6.10节进行讨论。将第9章修改为阐述LabVIEW软件的升级。对全书的内容进行了修订与完善。新版本的附录D用于介绍NationalInstrument公司的Multisim软件，学生通过网络可以获取使用Multisim软件求解书中习题的方法，从附录D中可以获取更丰富的信息。以前版本的附录D（基于OrCAD10.5）也可以在网站中下载。附录E增加了实际测试的答案。基础知识应掌握基础物理学和单变量微积分的知识，提前学习过微积分的课程对于学习本书会有所帮助，但并不是必要的。微分方程将在第4章的瞬态分析中出现，可以从基本的计算中训练求解技巧。教学特点本书采取了多种方式来激发学生的学习兴趣、避免概念混淆和引导学生了解材料与本专业的相关性。教学特点如下：每章开始有一段对于学习目标的描述。在页边空白处适当强调和总结关键知识点或者学生需要避免的共性错误。用加框文字表示电工理论在其他工程领域的应用，例如，关于动态噪音的消除（第313页）、心脏起搏器（第411页）。解题过程循序渐进，例如节点电压分析的解题步骤总结（第94页~第95页）或者戴维宁等效的小结（第113页）。每章结束有一组测验题，方便学生测验所学知识，答案见附录E，完整的解答在网站下载的学生解答手册中。对于书中的练习和测验题的完整解答，以PDF文件形式上传于网站中供学生下载，这有利于学生建立信心，并确定自己需要补充学习的内容。在每章结束时进行小结，以供学生参考。重要公式在书中用黑体标出，提示读者重视这些重要的结果。

导读
本书是电工学电气工程概论领域的经典英文教材，也是畅销教材。本书包含了电路原理、基本电磁测量、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与电机学等六门课程的基本内容，适用于理工类大专院校机械、化工、生物、资环、土木工程等非电类本科专业的“电工学”或者“电工电子技术”课程作为双语教学和全英文教学的教材，也可以作为电气工程、计算机、
自动化等本科专业的“专业导论”课程的教材。本书包含电路分析、数字系统、（模拟与数字）电子技术与电机学四大模块，主要内容包括：电阻性电路、电感与电容、瞬态电路分析、正弦稳态电路分析、频率响应与谐振、数字逻辑电路、微机原理、基于计算机的测量系统、二极管、放大电路、场效应管和三极管、运算放大器、磁路与变压器以及直流、交流电动机。与以前版本比较，第五版增加了各章测试的内容，便于学生在每章结束时进行复习与自我学习评价；增加了使用MATLAB和符号工具箱进行网络分析的内容；增加了约150个习题，并修改了部分以前的习题；增加了使用MATLAB求解积分和微分方程、分析交流电路以及瞬态电路的内容。本书还提供了丰富的教师与学生在线使用资源，包括：各章的PPT教学课件；完整的习题求解过程；书中大量关于网络分析实例的MATLAB程序及电路仿真分析实例的Multisim程序等。具体信息请参见前言的介绍。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教学大纲和教学基本要求基本吻合，可以满足电工学课程双语教学的需要。该教材的特点是：注重理论体系的完整，同时兼顾应用实践的拓展；文字叙述简明、生动，对知识点和概念的介绍清晰、形象，列举的实例电路及其软件分析丰富且贴近工程应用。同时，练习、习题与测试题量大，便于学生自学和复习。经过本人数届双语教学试点(通常为1学期72学时)，有时也根据不同专业的课时与教学内容需求选择教材中的不同模块内容，学生对教材的总体评价是内容丰富，易学、易懂，对培养学生的创造力和想象力有潜移默化的影响，也将为学生今后的跨学科知识融合与专业技能训练打下扎实的基础。
熊兰 重庆大学电气工程学院
前言与过去的版本一致，编写本书的指导思想主要有以下三点：第一，从长远来看，学生学好基本概念就是为将来的发展打好基础；其次，通过解决不同领域的实际和有趣的问题，可以激发学生的学习热情；第三，尽可能避免学生遭遇学习挫折。本书主要包括电路分析、数字系统、电子学与电机学等内容，适用于电气工程专业学生的导论课程或者非电专业的学生的综合性课程。只要学习过基础物理学和单变量微积分的课程即可。采用本书授课，有利于提高以下方面的理论与实验技能：
基本电路分析与测量 一阶和二阶电路的瞬态响应 交流稳态电路 谐振与频率响应 数字逻辑电路 微控制器
基于计算机的测量仪器（包括LabVIEW软件） 二极管电路 放大电路 场效应管与双极结型晶体管 运算放大器 变压器 交流电机与直流电机
计算机辅助电路分析（Multisim和MATLAB软件）本书注重基本概念，每一章都安排一段内容，概括介绍电气工程理论在其他领域中的应用，主要包括内燃机中的抗震信号处理、心脏起搏器、动态噪声控制和全球定位系统等。作者非常欢迎读者对本书进行评价，尤其是提出宝贵的修改意见和建议，这将体现在修订版中。作者电子邮件地址：arhamble@mtu.edu。
MATLAB及其符号工具箱在本书中，我们将给出更多的实例来阐明如何将MATLAB软件应用于网络分析，包括如何发挥其符号数学解决能力。所有例题、练习和习题都基于MATLAB
R2008a版本，而符号工具箱则基于Maplesoft公司的Maple软件。注意，如果采用其他版本的软件，可能因为具备不同的功能导致以下两种结果：其一，不能运行程序；其二，运行程序的结果与本书提供的形式有不同。上述结论毋庸置疑，如果启动MATLAB
R2008b版本，将默认使用MuPAD（MathWorks公司的产品），而不是Maple软件工具。
在线学生学习资源全新的网址为学生提供了更新、更丰富的资源，可单独购买资源下载账号。登录www.pearsonhighered.com/hambley即可获取下列资源：
Pearson eText，这是一部完整的在线电子书，具有重点内容提示、笔记和检索功能。
视频解答，针对每章有代表性的习题提供完整的逐步求解过程。
学生解答手册，每章的PDF文件提供了各章练习和标注有星号的习题的答案，以及全部测验题的详细解答。
MATLAB文件夹，包含了书中讨论到的例题的m文件，除了使用Symbolic工具箱分析例题，这些文件也可以采用MathScript软件来运行。还有一个MathScript文件夹，包含其能够运行的m文件。
Multisim 10.1文件夹，包含了Multisim软件使用教程，以及书中大量电路的仿真分析。从附录D中可以获取更丰富的信息。
OrCAD 16.2文件夹，包含OrCAD Capture CIS 16.2软件使用教程，从附录D中可以获取更丰富的信息。（OrCAD
Capture的新版本可以从以下网址下载：http://www.ema-eda.com/products/orcad/demosoftware.aspx。）
附录G，即OrCAD
10.5软件的使用教程。该PDF文件便于使用以前版本的教师能够继续使用该版本的程序，也是对本书第四版附录D的更新。
虚拟仪器文件夹，包含9.4节涉及的LabVIEW程序。 教师资源 教师资源如下： 完整版本的习题解答 本书配套的PPT
教师资源可以在www.personhighered.com下载，如果需要账号和密码，请联系本地的Pearson代理。第五版的新增内容
增加了测验题，便于学生在每章结束时进行复习和测验。附录E包含实际测试的所有答案，完整解答则在网站的学生资源中给出。
第2章~第6章增加了使用MATLAB和符号工具箱进行网络分析的内容。 增加了大约150道习题，替换并更新了以前版本的习题。
在第2章增加了对电导的讨论，阐述如何快速写出节点和网孔方程，并使用MATLAB对网络方程进行数值与符号求解，并增加了两个新例子。删除了采用叠加原理求解含受控源电路的内容，增大了叠加原理应用的篇幅。
3.8节增加了使用MATLAB求解积分和微分方程的内容。 4.6节增加了采用MATLAB符号工具箱进行瞬态分析的内容。
第5章增加了复功率的概念，5.8节增加了使用MATLAB分析交流电路的内容。
6.9节增加了传递函数和波特图。修改了数字信号处理的内容，并移至6.10节进行讨论。 将第9章修改为阐述LabVIEW软件的升级。
对全书的内容进行了修订与完善。 新版本的附录D用于介绍National
Instrument公司的Multisim软件，学生通过网络可以获取使用Multisim软件求解书中习题的方法，从附录D中可以获取更丰富的信息。以前版本的附录D（基于OrCAD
10.5）也可以在网站中下载。 附录E增加了实际测试的答案。 基础知识
应掌握基础物理学和单变量微积分的知识，提前学习过微积分的课程对于学习本书会有所帮助，但并不是必要的。微分方程将在第4章的瞬态分析中出现，可以从基本的计算中训练求解技巧。
教学特点本书采取了多种方式来激发学生的学习兴趣、避免概念混淆和引导学生了解材料与本专业的相关性。教学特点如下：
每章开始有一段对于学习目标的描述。 在页边空白处适当强调和总结关键知识点或者学生需要避免的共性错误。
用加框文字表示电工理论在其他工程领域的应用，例如，关于动态噪音的消除（第313页）、心脏起搏器（第411页）。
解题过程循序渐进，例如节点电压分析的解题步骤总结（第94页~第95页）或者戴维宁等效的小结（第113页）。
每章结束有一组测验题，方便学生测验所学知识，答案见附录E，完整的解答在网站下载的学生解答手册中。
对于书中的练习和测验题的完整解答，以PDF文件形式上传于网站中供学生下载，这有利于学生建立信心，并确定自己需要补充学习的内容。
在每章结束时进行小结，以供学生参考。 重要公式在书中用黑体标出，提示读者重视这些重要的结果。

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