電路分析和電子線路基礎,模擬電子技術是電子信息類等專業(yè)的兩門核心工程基礎課程,既具有較強的系統(tǒng)性,又強調工程性,是從事電子系統(tǒng)硬件學習的入門課程!峨娐贩治鲈砼c電子線路基礎 上冊·電路分析原理》將兩門課程的教學內容有機融合在一起,既克服電路課程“不接地氣”的缺陷,又解決電子線路基礎/模擬電子技術課程“接地有余而頂天不足”的問題。全書分上、下兩冊,上冊為電路分析原理部分,共6章:電路的基本概念與基本定律、電子線路中主要器件的電路模型、電路分析的基本方法、交流穩(wěn)態(tài)電路分析、線性動態(tài)電路瞬態(tài)分析、二端口網絡。書中著重基本概念、基本原理和基本電路的分析與應用。例題和習題除圍繞上述重點外,還注重思考性、啟發(fā)性,使讀者能增強分析問題和解決問題的能力。
為提高讀者應用計算機輔助手段分析設計電子電路,該書附錄介紹了利用Multisim進行電路分析和設計的方法。
本冊既可單獨用于電子信息類等相關專業(yè)本?齐娐贩治稣n程的教材,也可與下冊配合作為電路分析原理與電子線路基礎單門課程的教材!峨娐贩治鲈砼c電子線路基礎 上冊·電路分析原理》對于相關工程技術人員也是一本實用的參考書。
電路分析(電路基礎、電路原理等,簡稱電路)與電子線路基礎(模擬電子技術、模擬電子技術基礎等,簡稱模電)是高等學校電類相關專業(yè)的核心基礎課程,大多數(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎課及專業(yè)課都要求將這兩門基礎課程作為基本的先修課程,而電路課程又要求具備高等數(shù)學及大學物理的基礎,因此,國內各高等學校電類專業(yè)大多將這兩門課安排在大學物理和高等數(shù)學課程基本結束時再開設,比較合理的時間應該在大學二年級第一學期開設電路課程,第二學期開設模電課程。但是,隨著科學技術的發(fā)展,各專業(yè)需要在教學中安排的新知識和新技術不斷增加,由于受這兩門基礎課的時間安排限制,課程安排非常困難。另一方面,高等學校面臨學生就業(yè),進一步加劇了這種排課的壓力。為了克服排課的壓力,我們嘗試了將電路課程提前到大學一年級開設,雖然時間上得到一定的緩解,但是,由于先修基礎的不足,導致教學過程進展十分艱難,效果也差強人意,造成學生的學習基礎不牢,連帶影響整個人才培養(yǎng)的質量得不到保障。
從教學過程和教學內容來看,電路課程是第一門涉及電類專業(yè)的基礎課,學生基本不具備專業(yè)知識,這門課程延續(xù)了先修課程高等數(shù)學和大學物理的理論分析嚴謹?shù)奶攸c,從方法上給出了嚴密的介紹并在教學中要求學生進行嚴格的訓練。但是,電路問題本身卻是從電磁場問題中近似抽象出來的,而電路理論僅僅是在由近似得到電路模型上作數(shù)學分析,因此,電路課程教學一直以來都處于一種比較尷尬的境地,一方面課程中要求學生牢牢掌握這些基礎方法,另一方面學生卻茫然于這些方法的實際應用價值,使得電路課程往往“不接地氣”。
模電課程是電路課程最緊密的后續(xù)課程,這門課程實踐性很強,也是學生接觸電子電氣類工程的第一門課程。在大多數(shù)教材和實際教學中,模電課程都十分強調工程實際,學習中要理論聯(lián)系實際,但是,往往實際有余而理論不足,過分強調電子電路分析設計中的工程近似,對于電路分析理論的應用則多數(shù)僅僅限于最基本的KCL和KVL。這就加深了學生在學習過程中對電路課程教學目標的誤解,也使得模電課程教學流于表面的實踐性,不能很好地適應集成電路設計等的高級需求,簡單地說,模電課程“接地有余而頂天不足”。
針對教學組織和實施過程中的困難和困惑,殷瑞祥教授從2008年開始進行了課程融合小范圍嘗試,首先在兩門課程的教學中對自身先修基礎和相互之間的知識銜接方面進行調整,將電路課程與大學物理和電磁場理論課程銜接,同時適當?shù)匾腚娮与娐饭こ虒嶋H內容,模電課程中則加強與電路分析方法的銜接,力求使課程能夠“頂天立地”。
電路課程的內容調整,首先從描述電、磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程組出發(fā),在特定近似條件下逐步引出電路問題,明確電路的基礎是建立在一系列工程近似前提下的;接著將實際電子電氣線路中的器件建模融入電路課程,建立理想元件的基本概念,這樣就為原本偏于理論的電路課程找到工程立腳點,也從一開始就給學生建立起工程與電路理論之間的聯(lián)系,教學中更多地采用實際電子線路單元作為電路分析實例。
原先電路課程中的二端口網絡一章主要偏于網絡理論,實際上二端口網絡正是模電課程中最主要單元——放大電路的典型抽象,這是將兩門課程結合起來的天然結合點。
模電課程中,充分利用電路課程中已經建立的各種分析方法,有利于從系統(tǒng)角度理解電子線路的工作原理、故障原因、調整方向,在反饋放大電路的分析中,結合二端口網絡的連接方法及參數(shù)計算,很容易理解反饋對放大電路性能的影響原理,可以有效提高教學效率。
經過在兩門課程中教學內容的調整嘗試,結合教育部電工電子基礎課程教學指導分委員會對電子線路基礎課程內容的討論意見,我們開始思考將電路與模電融合為一門課的方案,并在課程教學內容調整的嘗試基礎上形成了本書的第一個講義版本,2015年在學校的創(chuàng)新班開始試用,由殷瑞祥教授講授96學時的融合課程——電路分析原理與電子線路基礎,經過四輪教學使用和不斷修改,最終形成現(xiàn)在這個版本的書稿。
在內容組織上,本書將涉及管級電路的“邏輯門電路”和模擬數(shù)字混合的“A/D、D/A轉換電路”各單列一章,以便與數(shù)字電路與邏輯設計課程銜接。
本書分為上、下兩冊,上冊為電路分析原理部分,下冊為電子線路基礎部分。將電子線路仿真軟件Multisim簡介作為附錄放在上冊末尾,供讀者參考,并在全書中作為電路例子的仿真工具。在下冊末尾則安排了半導體器件基礎附錄,供學生自學和參考。本書既可供單門課程電路分析原理與電子線路基礎作教材使用,也可供兩門單獨課程電路分析原理和電子線路基礎/模擬電子技術作教材使用。
與教材配套的數(shù)字教學資源包括各章主要例題的Multisim電路仿真文件、關鍵知識點的視頻講解、各章習題答案,可在與教材配套的Abook網站下載或通過掃描二維碼獲得。
本書是在殷瑞祥教授教學講義基礎上整理完成的,其中上冊1~6章由李志堅整理,下冊1~2章由晉建秀整理,3~6章由胡志輝整理,附錄由晉建秀和胡志輝整理編寫。
本書從教學嘗試到編寫大綱,均在華南理工大學電子與信息學院相關領導的關心下進行,得到華南理工大學電類平臺課程組全體老師的支持,教材內容的修改也得到參與教學的創(chuàng)新班所有同學們的積極反饋,在此作者一并表示衷心感謝。
在我們開展教學改革的過程中,始終得到教育部電工電子基礎課程教學指導分委員會的指導,主任委員東南大學王志功教授和西安交通大學鄧建國教授還就教材的組織給予了很多具體建議,對此編者表示深深的謝意。
本書承蒙教育部電工電子基礎課程教學指導分委員會主任委員東南大學王志功教授擔任主審,王教授在百忙之中審閱了全部書稿,為我們指出了錯漏之處并給出修改建議,感謝王教授對本書的大力支持。
感謝高等教育出版社編輯及相關工作人員為本書的出版付出的大量心血。
由于編者水平有限,本書難免存在缺點和錯誤,懇請廣大讀者批評指正。主編郵箱:etrxyin@scut.edu.cn.
殷瑞祥,教授1982年本科畢業(yè)于南京工學院(東南大學)無線電技術專業(yè),1987年獲華南工學院通信與電子系統(tǒng)工學碩士學位,2000年獲華南理工大學通信與信息系統(tǒng)工學博士學位。
1999年至2013年擔任廣東省高等學校電工電子技術研究會理事長,2013年起擔任研究會名譽理事長;2001年起連續(xù)三屆(2001-2017)被聘為教育部高等學校電工電子基礎課程教學指導委員會委員。2015年被聘為廣東省高校電子信息類本科專業(yè)教學指導委員會主任委員。
長期從事電工電子基礎課程教學和集成電路設計與產業(yè)推廣工作,主編出版教材14本,其中十一五國家規(guī)劃教材2套,十二五國家規(guī)劃教材1套。2007年獲得教育部“對口支援西部地區(qū)高等學校工作先進個人”稱號。2007年獲得廣東省“南粵優(yōu)秀教師”稱號。
主要科研方向有數(shù)字信號處理的算法與實現(xiàn)、圖像處理、模式識別、超大規(guī)模集成電路設計等。主持和參加的科研項目20多項,其中國家自然科學基金項目5項,省級基金項目和重大專項6項。在國內外學術刊物發(fā)表學術論文50多篇。獲國家教學成果二等獎3項,省級科技進步獎1項,省級教學成果一等獎5項。
第1章 電路的基本概念與基本定律
本章導讀
1.1 從電磁場到集總參數(shù)電路
1.1.1 電與磁
1.1.2 電磁場的似穩(wěn)條件
1.1.3 似穩(wěn)電磁場與集總參數(shù)電路
1.2 電路基本概念
1.2.1 “場量”與“路量”
1.2.2 電路組成與功能
1.2.3 電路的基本物理量
1.2.4 電路拓撲的基本概念
1.3 電路模型
1.3.1 理想模型的概念
1.3.2 實際電路建模的必要性和可行性
1.3.3 電路建模方法
1.4 理想電路元件
1.4.1 單端口理想電路元件
1.4.2 二端口理想電路元件
1.5 電路的基本定律
1.5.1 基爾霍夫定律
1.5.2 特勒根定理
本章重要概念與關鍵公式
習題
第2章 電子線路中主要器件的電路模型
本章導讀
2.1 兀器件的互連及其電路模型
2.1.1 分布參數(shù)電路概念
2.1.2 均勻傳輸線模型
2.1.3 均勻傳輸線參數(shù)
2.2 單端口器件的電路模型
2.2.1 電阻器模型
2.2.2 電容器模型
2.2.3 電感器模型
2.2.4 電源模型
2.2.5 半導體二極管的電路模型
2.3 雙端口器件的電路模型
2.3.1 晶體管的電路模型
2.3.2 場效應晶體管電路模型
本章重要概念與關鍵公式
第3章 電路分析的基本方法
本章導讀
3.1 直流穩(wěn)態(tài)電路概念
3.2 等效電路分析方法
3.2.1 電路等效的概念
3.2.2 無源電阻網絡等效分析
3.2.3 含源電阻網絡等效分析
3.3 電路分析的系統(tǒng)方法
3.3.1 全電路方程
3.3.2 支路電流法
3.3.3 網孔電流分析法
3.3.4 節(jié)點電壓分析法
3.4 電路定理
……
第4章 交流穩(wěn)態(tài)電路分析
第5章 線性動態(tài)電路瞬態(tài)分析
第6章 二端口網絡
附錄 電子線路仿真軟件Multisim簡介
參考文獻