本书为《电路原理》第七版,涵盖了有关电元件和电路的完整而简明的基础知识,重点强调了分析、应用和技术实践。与前一版本相比,这一版本做了很多改进,但内容与结构基本保持不变。
新特点与改进
技术实践测验每一章末尾附有一个多重选择的测验,用于测试学生对电路现象的掌握情况,这些电路现象是由于某一变化或错误所引起的。引入另一个电路参数的错误或变化时,学生必须能确定一个特定的量或参数是否增加、减少或保持不变。在每一章的末尾给出答案。
工程标注第1章的扩充内容中讲述了工程标注,以及在科学和工程标注模式下计算器的使用。
电气安全第2章中介绍了有关电气安全的内容,以一些“安全提示”作为补充。“安全提示”出现在正文中适当的位置。
技术实践从3.6节开始介绍技术实践,这是改进的内容。在很多技术实践部分和例题当中,介绍并使用了一种称为分析、计划和测量(APM,analysis,planning,and measurement)的系统方法。
电路仿真在本书附带的光盘中有EWB(Electronics Workbench)电路仿真环境,用于技术实践和问题分析。除此之外,还增加了Multisim仿真电路。为了保证向后兼容性,考虑到那些还没有升级到Multisim的用户,我们保留了EWB文件。
电路仿真辅导网站上仍继续提供有关EWB和PSpice的辅导教程。除此之外,现在还提供了Multisim的在线辅导教程。所有的辅导都可以从ww.prenhall.com/floyd下载以供学生使用。
主要术语每一章中的术语都是很重要的。每一章的开始都列出了本章的主要术语。在每章末尾及本书最后的术语表中给出了每个术语的定义。
答案提示有一些注释会提示学生到哪里能找到问题及练习的答案,这些注释会出现在每一章中。
其他特点
●章首内容包括每一章的学习目标和主要术语列表
●基本上每一章的末尾都有技术实践部分
●书中附有大量高质量的插图
●包含大量实例
●每一章都配有与实例相关的问题,而且在最后附有答案
●每一章的末尾都有章节复习题并配有答案
●许多章节都包含技术实践部分
●每一章的末尾都配有自测题及答案
●每一章的末尾都附有小结和公式清单
. ●每一章中都配有针对本章的习题。本版增加了更多有难度的题目,这些题目会用星号标示出来。题号为奇数的问题配有答案,答案在本书的后面给出
●书后的术语表给出了书中所有主要术语的定义
●采用传统的电流方向(本书另一个版本中采用电子流动方向作为电流方向)
补充学习资料
ElectronicsWm'kbemh/Mu!fisim光盘随书附带光盘中有一套EWB仿真电路文件和一套与本书中的问题相对应的Multisim电路仿真文件。这些电路中的很多都隐藏着错误。此光盘还含有Multisim的增强教科书版本,便于读者阅读所提供的电路文件。如果读者需要把ElectronicsWorkbench软件用于其他用途,可以购买此软件。购买该软件请与当地的Prentice Hall销售代表或Electronics Workbench联系。
支持网站(www.prenlmll.com/floyd)此网站面向学生提供测试的机会。在网上,学生可以测试自己的学习进展情况并且可以回答测试样题。
章节结构特点说明
章首每一章章首的内容包括每一章的学习目标、主要术语列表,以及包括补充材料和学习辅导资料的网络资源。
每节复习每一节的最后都有复习,由若干问题或者练习组成,强调了每一节里介绍的主要概念。复习的答案在每一章的末尾给出。
实例与练习每章都有大量的实例,有助于解释和阐明基本概念和具体的分析过程。每一个实例的最后都有一个相关问题练习,要求学生解决与实例相似的问题,这些练习强化并且扩展了实例本身的要求。
技术实践很多章都含有技术实践部分,与每一章的主题密切相关,同时强调逻辑思维和APM结构化方法。在适当的地方还会用到特殊的技术实践方法,比如半分法。
实践中的技术理论(简称为技术实践)这是每一章(第1章和第翅章除外)最后的一个特殊部分,给出与每一章中特定主题相关的实际应用。每一个技术实践部分都有一系列学习方法,包括附有电路图的电路板布线比较,电路分析,使用确定电路工作状态的仪器,某些情况下还包括开发简单的测试过程。技术实践的结果和答案可以在指导资料手册中找到。
章末内容以下是每一章末的教学内容:
●小结
●主要术语
●公式
●自测题
●技术实践练习(故障检修测验)
●习题
●答案
对使用本书进行电路教学的建议
课程重点突出本书极具灵活性,是针对两学期课程系列而编写的。其中关于直流的内容(第1章至第10章)在第一学期讲授,关于交流的内容(第11章至第22章)在第二学期讲授。在一学期中讲授完直流与交流的内容也是可行的,但是需要很好地选择和缩减某些内容。
通常情形下,时间的限制或课程的侧重点会影响所讲授的内容。如果是这样,选择教学内容有几种备选方案。以下,我们提出了忽略或者删节某些内容的建议。这并不意味着某些内容相对来说不重要,但是在具体专业的背景下,这些内容不像非常基础的内容一样必须加以高度重视。因为课程重点、层次和授课时间随专业的不同而不同,因此必须基于具体的需求来忽略或者缩减某些内容。由此,以下建议仅作为一个总的指导原则。
1.可以考虑将以下各章作为删节或可选内容:
●第8章,电路理论和变换
●第9章,支路、网孔和节点分析
●第10章,磁场和电磁场
●第19章,基本滤波器
●第20章,交流分析中的电路定理
●第21章,电抗电路的脉冲响应
●第22章,电力应用中的多相位系统
2.技术实践和故障检修部分是可以删节的,这不会影响到其他教学内容。
3.在讲述内容连贯的基础上,指导教师可以忽略或删节其他一些具体内容。
指导教师可以慎重地按照教学需要改变课本中内容的先后次序。例如,有关电容器和电感器的内容(第13章和第14章)可以放在第一学期直流课程的最后讲授,而将13.6节、13.7节、14.6节和14.7节中关于交流的内容推迟到第二学期讲授。另一种方案是将第13章和第14章的内容放在第二学期讲授,但是要在第13章(电容器)后紧接着讲授第16章(及C电路),在第14章(电感器)后紧接着讲授第17章(RL电路)。
技术实践这一部分将会介绍基本概念和元器件的应用,有助于激发读者的兴趣。对于如何应用有以下建议:
●作为一章中的组成部分,用于解释说明如何将概念和元器件应用于实践中。可将此任务
布置为家庭作业。
●作为附加学分的作业。
●作为课堂活动,以促进课堂讨论和教师与学生的互动,帮助学生理解为什么需要掌握这些知识。
电抗电路的讲授第16章到第18章使教师可以方便地运用两种教学方法来讲授电抗电路的内容。
第一种是基于元件来讲授相关内容。也就是说,首先讲解第16章(RC电路),然后讲授第17章(RL电路),最后讲授第18章(RLC电路与谐振)。
第二种是基于电路类型来讲授相关内容。也就是说,首先讲授有关串联电抗电路的所有内容,然后讲解有关并联电抗电路的所有内容,最后讲述有关串并联电抗电路的所有内容。为了便于应用此方法,每一章分成以下几个部分:第一部分介绍串联电抗电路,第二部分介绍并联电抗电路,第三部分介绍串并联电抗电路,第四部分介绍特殊主题。所以,对于串联电抗电路,可以按顺序讲授这三章中的第一部分;对于并联电抗电路,可以按顺序讲授这三章中的第二部分;对于串并联电抗电路,可以按顺序讲授这三章中的第三部分;最后讲授这三章中的第四部分。
致学生
任何职业训练都需要付出刻苦的努力,电子学也不例外。学习新知识最好的方法是阅读、思考和操作。本书的编排可以对你提供帮助,书中包括总览、每一节的学习目标、大量的实例、实践练习以及配有答案的复习题。
不要期望在阅读一遍之后,就可以对每一个概念了解得非常清楚。仔细阅读课本中的每一节,并且思考一下自己都读了些什么内容。在尝试解答例题后面的相关习题之前,先逐步将例题解答出来。有些时候需要不止一遍地阅读某些部分的内容。在每一节之后,通过回答各节的复习题来检查你对内容的理解。
复习每章的小结和公式,做多重选择的自我测试题,最后解答每一章后面的问题。在每一章的末尾,可以核对你的技术实践测验和自我测试的答案;在本书的末尾提供了奇数标号习题的答案。解决问题是检查理解程度和巩固概念最重要的方式。
电子学领域的职业机会
电子学领域丰富多彩,在很多方面都可获得职业机会。由于电子学在当前有着多方面的应用,并且新技术正在快速发展,因此电子学的将来无可限量。在我们的生活当中,几乎没有一个领域未曾经历通过某种程度电子技术应用的增强和改善。在这些领域中,对于全面掌握有关电气和电子的基础知识并且愿意继续深造的专业技术人员始终有极大的需求。
我们不得不再三强调彻底理解本书中基本原理的重要性——大多数雇主更喜欢聘用的人员是,不仅在基本知识和技能方面有全面扎实的基础,而且渴望学习新的知识和技术。如果你已经在基础知识方面进行了良好的培训,雇主往往会在指派你做工作的具体项目中对你再次进行培训。
经历过电子技术培训的人员往往可以胜任多种类型的工作。以下简要讨论了几种最普遍的工作。
维修公司技术员这一类型的技术员工负责修理或者调整商业用途的和客户手上的电子设备,这些设备由于需要进行维修而返回到销售商或生产商那里。这些领域的具体产品包括:电视机、录像机、CD播放机、立体声设备、民用波段收音机,以及计算机硬件等。该领域中也有(个体)自主经营的机会。
工业生产技师生产员工负责在生产线上测试电子产品,或者负责维护和检修用于产品生产和测试的电子和机电系统。实际上,无论生产什么产品,各种类型的工厂都要使用电子控制的自动化设备。
实验室技师这些技术人员通常在研究与开发实验室里负责制作实验电路板和原型,也可能负责测试新的或修改过的电子系统。在产品的开发阶段,他们通常与工程师紧密配合。
领域服务技术员领域服务人员在用户处维护及修理电子设备——例如计算机系统、雷达设施、自动银行设备和安全系统。
工程助理/助理工程师在设想的实现以及电子系统基本的设计和开发阶段,此类人员与工程师紧密配合。工程助理经常需要在一个项目中从最初的设计阶段一直服务到早期生产阶段。
技术编撰技术编撰汇总技术信息,并且利用这些信息编写手册及制作音像资料。从事此类工作的基本要求是:具有对特定系统的广博知识,并且拥有能清楚地解释系统原理及操作的能力。
技术销售对于高科技产品,需要经过技术培训的人员作为销售代表。对技术概念的理解能力以及将产品的技术特点传达给潜在客户的能力是非常有价值的。在此领域中,正如技术编撰一样,口头及书面表达能力是至关重要的。事实上,对于任何技术工作类型来说,好的交流和沟通能力都是很重要的。因为,为了使其他人能够很容易地理解你所做的事情,你必须能够清晰地记录数据并且解释程序、结论和行为。
电子学领域的里程碑
在开始学习电路之前,让我们简要地回顾一下对今天的电子技术起到了关键作用的一些重要发展历程。在电学和电磁学领域中,很多早期先驱者的姓名还以熟悉的单位和量的名称的形式存留在我们的记忆当中,比如欧姆、安培、伏特、法拉、亨利、库仑、奥斯特和赫兹。这些名字都是一些著名的例子。更加著名的人物,如富兰克林和爱迪生,在电学和电子学历史上具有举足轻重的地位,他们对电学和电子学做出了巨大的贡献。
电子学的起源早期的电子试验包括真空管中的电流。Heinrich Geissler(1814-1879)将玻璃试管中的空气基本抽空,发现有电流流过时试管发光。后来,William Crookes(1832-1919)发现真空管中的电流似乎是由微粒组成的。Thomas Edison(1847-1931)用带有极板的碳丝灯泡做实验,发现在热的灯丝与正电极板之间有电流。他为此申请了专利,但从未加以利用。
另一些早期的实验测量了在真空管里流动的微粒的特性。Joseph Thompson爵士(1856-1940)测量了这些微粒的特性,后来将其称为电子。
虽然无线电报通信可以追溯到1844年,但是电子学基本上是20世纪的概念,因为它起源于真空管放大器的发明。John A.Fleming在1904年制造出了一个早期的真空管,在其中只允许电流向一个方向流动。这个器件称为Fleming管,是真空二极管的始祖。在1907年,Lee deforest将一个栅极加到真空管中。这个称为声子(audiotmn)的新器件可以放大微弱信号。由于加上了这个控制电极,deforest掀起了电子学的变革浪潮。该器件的改进版本使得横贯大陆的电话服务及无线电成为可能。1912年,在加利福尼亚的圣何塞,已经有无线电业余爱好者进行定期的音乐广播了。
1921年,美国商业部长Herbert Hoover给一个无线电广播站发放了第一个许可证,其后的两年间共发放了600多个许可证。到20世纪20年代末,很多家庭都有了无线电收音机。Edwin Armstrong发明了一种新型的超外差式无线电收音机,解决了高频通信问题。1923年,美国研究员Vladimir Zworykin发明了第一个电视显像管;1927年,PhiloT.Famsworth为一个完整的电视系统申请了专利。
20世纪30年代无线电技术有了很大的发展,包括金属壳电子管、自动增益控制、小型收录机和方向性天线等。最早的电子计算机也是在这10年中开始开发的。现代计算机的根源可以追溯到衣阿华州立大学John Atanasoff的工作。从1937年开始,他就预想设计一台能够进行复杂数学运算的二进制机器。1939年,他和研究生Clifford Berry创造出了一台叫做ABC(Atanasoff Berry Computer)的二进制机器。这台机器使用真空管进行逻辑运算,用电容器作为存储器。1939年,Henry Boot和John Randall在英国发明了磁控电子管——一个微波振荡器。同年,Russell和Sigurd Varian在美国发明了速调微波管。
在二战期间,电子学得到了快速发展,磁控管和速调管使得雷达和甚高频通信的实现成为可能。阴极射线管改进后用于雷达。战争期间计算机开发工作继续进行。1946年,Johnvon Neumann在宾夕法尼亚大学开发出了第一台存储程序的计算机,称为Eniac(真正实现Eniac的工程技术人员是Presper Eekert和John Mauchly)。这个时期以晶体管的发明而告结束,这是该领域最重要的发明之一。
固态电子学用于早期无线电收音机的晶体检波器是现代固态器件的始祖。然而,固态电子学的时代始于1947年——贝尔实验室中晶体管的发明,发明者是Walter Brattain,John Bardeen和William Shoeldey。1947年出现了印制电路板,发明了晶体管。1951年,在宾夕法尼亚的艾伦镇开始了晶体管的商业化生产。
20世纪50年代最为重要的发明是集成电路。1958年9月12日,Jack Kilby在美国德州仪器公司制造了第一个集成电路。这一发明实际上揭开了现代计算机时代的序幕,并且给医疗、通信、生产和娱乐业带来了彻底的变革。从那以后,数以十亿计的“芯片”(集成电路后来称为芯片)制造了出来。
20世纪60年代开始太空竞争,刺激了设备小型化和计算机化的进程。因此太空竞争是电子学迅速发展背后的驱动力。1965年,Bob Widlar在Fairchild(仙童)半导体公司设计出了第一个成功的运算放大器,这个称为IxA709的运算放大器(“op-amp")虽然十分成功,但是仍有“锁定”及其他问题。后来,最流行的运算放大器741在Fairchild公司成型,这个运算放大器成为工业标准,并且在后来的多年中影响着运算放大器的设计。
1971年,一家新的公司开发出了微处理器。这家新公司由一组来自Fairchild公司的人员组成,实际上就是Intel(英特尔)公司。该产品就是4004芯片,拥有与Eniac计算机同样的处理能力。就在同一年,Intel公司发布了第一个8位处理器8008。1975年,Altair推出了第一部个人计算机,“Popular Science"杂志在1975年1月号的封面上登出了它的特写。20世纪70年代也是袖珍计算器面世和光集成电路有了新发展的时期。
到了20世纪肋年代,美国近一半的家庭都使用电缆耦合器取代电视天线。电子产品的可靠性、速度和小型化继续在20世纪80年代稳步发展,其中包括印制电路板的自动测试和校准。计算机成了仪器仪表的组成部分,并且产生了虚拟仪器,计算机成为工作平台上的一个标准工具。
20世纪90年代是互联网广泛应用的时期。1993年只有130个网站,而现在已有几百万个网站。各公司蜂拥而上建立自己的主页,很多无线电广播的早期发展和互联网类似。在1995年,FCC为一个新出现的、称为数字音频无线电服务的项目分配了频谱空间。1996年,FCC为下一代广播电视采用了数字电视标准。
2001年1月,21世纪已经来临。这些年主要的技术发展将是互联网的爆炸性增长,互联网上的通信量每100天增加一倍,看不到终止的势头。这些技术的未来将比以往更加辉煌。
Tom Floyd