内容简介
《电子与电工技术》是根据教育部高职高专人才培养培训方案的指导思想编写而成的。书中系统地介绍了电工、模拟电子和数字电子技术的基础理论及相关实训项目。《电子与电工技术》共16章,具体内容包括:企业供电与安全用电,常用电工测量仪表,直流电路,正弦交流电路,三相交流电路,磁路和变压器,电动机,继电一接触器控制,常用半导体器件,放大电路,电源电路,数字电路基础,组合逻辑电路,时序逻辑电路,数/模转换与模/数转换,半导体存储器简介。另外,书中还包括8个实训项目。
《电子与电工技术》力求简明实用,对基础理论本着够用、实用的原则作系统介绍;每介绍完一个知识点,都配有相关的例题分析;每章末附有习题。
《电子与电工技术》可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校和民办高校机电类专业及近机类专业的教材,也可作为机电行业工程技术人员的参考书或培训教材。
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目录
第1章 企业供电与安全用电
1.1 发电、输电和配电概述
1.1.1 电力的生产和输送
1.1.2 电力系统、电力网及动力系统的概念
1.1.3 电力分配
1.2 电力线路
1.2.1 架空线路
1.2.2 车间线路
1.2.3 电缆线路
1.3 导线的安全条件与选择
1.3.1 导线截面的选择
1.3.2 导线的选择
1.4 安全用电与触电急救
1.4.1 电流对人体的伤害
1.4.2 触电的常见原因
1.4.3 防止触电及预防保护措施
1.4.4 触电急救
小结
习题
第2章 常用电工测量仪表
2.1 电工仪表基本知识
2.1.1 电工仪表的种类
2.1.2 电工仪表的常用符号
2.2 电流、电压和电功率的测量
2.2.1 电流的测量
2.2.2 电压的测量
2.2.3 电功率的测量
2.3 万用表
2.3.1 万用表的结构
2.3.2 万用表(MF500B型)的使用方法
2.3.3 操作注意事项
2.4 兆欧表
2.4.1 兆欧表的结构与原理
2.4.2 兆欧表的使用方法及注意事项
2.5 电能表
2.5.1 铭牌名称及型号
2.5.2 电能表的技术参数
2.5.3 电能表的工作原理
2.5.4 电能表的接线
2.5.5 电能表使用注意事项
实训一 利用万用表测量相关参数
小结
习题
第3章 直流电路
3.1 电路和电路模型
3.1.1 电路的定义及功能
3.1.2 电路模型与电路图
3.2 电路的基本物理量
3.2.1 电流
3.2.2 电压
3.3 电功率与电能
3.3.1 电功率
3.3.2 电能
3.4 电阻元件
3.4.1 电阻元件及伏安特性
3.4.2 电阻元件的功率
3.4.3 电阻的串联
3.4.4 电阻的并联
3.4.5 电阻的混联
3.5 电压源和电流源
3.5.1 电压源
3.5.2 电流源
3.5.3 两种电源模型的等效条件
3.6 电路分析方法
3.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL)
3.6.2 基尔霍夫电压定律(KVL)
3.6.3 电位及参考点
3.6.4 支路电流法
3.6.5 支路电流法的计算步骤
3.6.6 节点电压法
3.6.7 叠加定理及其证明
3.6.8 戴维南定理
3.6.9 诺顿定理
小结
习题
第4章 正弦交流电路
4.1 正弦量的基本概念
4.1.1 17E弦量的三要素
4.1.2 相位差
4.1.3 E弦量的有效值
4.2 正弦量的相量表示法
4.2.1 E弦量的表示方法
4.2.2 用旋转有向线段表示正弦量
4.2.3 E弦量的相量表示
4.2.4 两个同频率正弦量之和
4.3 电容元件和电感元件
4.3.1 电容元件
4.3.2 电感元件
4.4 三种元件伏安特性的相量形式
4.4.1 电阻元件伏安特性的相量形式-
4.4.2 电感元件伏安特性的相量形式
4.4.3 电容元件伏安特性的相量形式
4.5 RLC串联电路
4.5.1 电压与电流的关系
4.5.2 电路的三种性质
4.6 E弦交流电路的功率
4.6.1 有功分量和无功分量
4.6.2 有功功率、无功功率和视在功率
4.6.3 功率因数的提高
实训二 R、L、C的串联电路
小结
习题
第5章 三相交流电路
5.1 三相正弦电压源
5.1.1 对称三相正弦电压
5.1.2 三相电源的连接
5.2 三相负载
5.2.1 负载的Y形连接
5.2.2 三相负载的△形连接
5.3 三相电路的功率
实训三 三相负载的Y、△形连接
小结
习题
第6章 磁路和变压器
6.1 磁场和磁路
6.1.1 磁场和磁路的基本概念
6.1.2 磁场的基本物理量
6.2 磁路的基本定律
6.2.1 磁路的欧姆定律和磁阻
6.2.2 安培环路定律(全电流定律)
6.2.3 磁路基尔霍夫定律
6.3 变压器的结构和工作原理
6.3.1 变压器的作用
6.3.2 变压器的基本结构
6.3.3 变压器的工作原理
6.4 变压器的特性
6.4.1 外特性
6.4.2 损耗与效率
6.4.3 额定值
6.5 特殊变压器
6.5.1 自耦变压器
6.5.2 仪用互感器
小结
习题
第7章 电动机
7.1 电动机的种类和主要用途
7.2 三相异步电动机的结构和工作原理
7.2.1 三相异步电动机的结构
7.2.2 三相异步电动机的工作原理
7.3 三相异步电动机的特性
7.3.1 转子电路各物理量的分析
7.3.2 三相异步电动机的电磁转矩
7.3.3 三相异步电动机的机械特性
7.4 三相异步电动机的选择与使用
7.4.1 三相异步电动机的选择
7.4.2 三相异步电动机的使用
小结
习题
第8章 继电-接触器控制
8.1 几种常用的低压电器
8.1.1 刀开关
8.1.2 熔断器(保险丝)
8.1.3 按钮
8.1.4 交流接触器
8.1.5 继电器
8.1.6 行程开关
8.1.7 低压断路器
8.2 电气原理图的绘制规则
8.2.1 控制线路的结构图和原理图
8.2.2 电气原理图绘制的基本规则
8.3 三相异步电动机的基本控制
8.3.1 点动控制
8.3.2 启停控制
8.3.3 正反转控制
8.3.4 行程控制
8.3.5 顺序控制
8.3.6 时间控制
8.4 应用举例
8.4.1 C620-1型机床电气控制
8.4.2 加热炉自动上料控制线路
实训四 三相电机控制
小结
习题
第9章 常用半导体器件
9.1 半导体
9.1.1 本征半导体与掺杂半导体
9.1.2 PN结
9.2 晶体二极管
9.2.1 晶体二极管的结构
9.2.2 晶体二极管的伏安特性
9.2.3 晶体二极管的主要参数
9.2.4 晶体二极管的简易测试
9.2.5 特殊二极管
9.3 晶体三极管
9.3.1 晶体三极管的结构和分类
9.3.2 晶体三极管的电流分配和放大作用
9.3.3 晶体三极管的伏安特性和主要参数
9.3.4 晶体管的简易测试
小结
习题
第10章 放大电路
10.1 基本放大电路
10.1.1 基本放大电路的组成
10.1.2 基本放大电路的工作原理
10.2 放大电路中的负反馈
10.2.1 直流负反馈
10.2.2 交流负反馈
10.3 多级放大电路
10.4 集成运算放大电路
10.4.1 理想集成运放的特点
10.4.2 基本运算电路
实训五 晶体管共射单管放大电路
小结
习题
第11章 电源电路
11.1 整流电路
11.1.1 单相半波整流电路
11.1.2 单相桥式整流电路
11.1.3 单向桥式整流电路中二极管的选择
11.2 滤波电路
11.2.1 电容滤波电路
11.2.2 RC之π型滤波电路
11.3 稳压电路
11.3.1 简单并联型稳压电路
11.3.2 串联型稳压电路
小结
习题
第12章 数字电路基础
12.1 数字电路概述
12.1.1 数字信号与模拟信号
12.1.2 数字电路
12.2 数制和编码
12.2.1 数制
12.2.2 数制转换
12.2.3 编码
12.3 逻辑代数基础
12.3.1 逻辑变量与逻辑函数
12.3.2 常用逻辑函数
12.3.3 逻辑函数表示法及其相互转化
12.4 逻辑函数的化简
12.4.1 逻辑代数的基本定律与规则
12.4.2 逻辑函数的公式化简法
12.4.3 逻辑函数的卡诺图化简法
12.4.4 包含无关项的逻辑函数的化简
12.5 门电路基础
12.5.1 最简单的门电路
12.5.2 TTL门电路
12.5.3 TTL门电路电气特性
12.5.4 TTL集成门的选用要点及注意事项
12.5.5 其他功能的门电路
12.5.6 CMOS门电路
实训六 集成门电路的功能测试
小结
习题
第13章 组合逻辑电路
13.1 概述
13.2 组合逻辑电路的分析与设计
13.2.1 组合逻辑电路的分析
13.2.2 组合逻辑电路的设计
13.3 常用组合逻辑电路及其应用
13.3.1 编码器
13.3.2 译码器
13.3.3 数据选择器和数据分配器
13.3.4 数值比较器
13.4 组合逻辑电路中的竞争与冒险
实训七 组合逻辑电路的设计与测试
小结
习题
第14章 时序逻辑电路
14.1 概述
14.2 触发器
14.2.1 基本RS触发器
14.2.2 同步RS触发器
*14.2.3 JS触发器
14.2.4 D和T触发器
14.2.5 触发器的功能转换
14.3 时序逻辑电路的分析方法
14.4 计数器与寄存器
14.4.1 计数器
14.4.2 寄存器
14.5 时序逻辑电路的设计方法
实训八 触发器与计数器的测试与应用
小结
习题
第15章 数/模转换与模/数转换
15.1 概述
15.2 数/模转换器
15.3 模/数转换器
小结
习题
第16章 半导体存储器简介
16.1 概述
16.2 只读存储器(ROM)
16.3 随机存取存储器(RAM)
小结
习题
习题参考答案
附录A 常用电气图用图形符号及新旧符号对照
附录B 主要物理量的符号及单位
附录C 半导体元器件型号命名方法
附录D 常用半导体器件的参数
参考文献
精彩书摘
安全用电包括用电时的人身安全和设备安全。电气事故有其特殊的严重性。当发生人身触电时,轻则烧伤,重则死亡;当发生设备事故时,轻则损坏电气设备,重则引起火灾或爆炸。由于我们经常接触各种电气设备,因此必须十分重视安全用电问题,防止电气事故的发生。但如果因工作疏忽或不重视安全用电,则仍有可能发生触电事故,因此还应重视安全用电和触电急救常识。
1.4.1电流对人体的伤害
电流通过人体时,对人体伤害的严重程度与通过人体电流的大小、频率、流经途径及人体状况等多种因素有关,而且各种因素之间有着十分密切的关系。
1.危害程度与电流大小的关系
电流通过人体时,人体会有麻、痛等感觉,更严重者会引起颤抖、痉挛、心脏停止跳动乃至死亡。通过人体的电流越大,人体的生理反应越明显,人的感觉越强烈。
对于工频交流电,按照通过人体电流大小的不同以及人体所呈现的不同状态,可将电流分为以下三级。
……
前言/序言
为适应高职教育对人才培养的需求,本书对电子与电工技术的内容体系进行了整体优化,对传统的以学科为主线的教学内容进行了必要的调整和合并,适当降低了理论深度和难度,拓宽了知识面,强化了岗位技能所需的新技术、新知识。同时,结合维修电工(中、高级)考证的需要,添加了相关维修电工考证的内容。
本书严格依据“以应用为目的,以必需够用为度”的原则,从实际应用的需要出发组织编写,尽量减少了实用性不强的理论和概念。
本书的基本理论可分为安全用电、电路基础、电气控制、模拟电子技术和数字电子技术五大部分,共16章,具体内容包括:企业供电与安全用电,常用电工测量仪表,直流电路,正弦交流电路,三相交流电路,磁路和变压器,电动机,继电一接触器控制,常用半导体器件,放大电路,电源电路,数字电路基础,组合逻辑电路,时序逻辑电路,数/模转换与模/数转换,半导体存储器简介。另外,书中还包括8个实训项目。
跨越古今,对话文明:一部关于人类智慧与文明演进的史诗 一、 文明之火的星火燎原:早期人类的智慧萌芽 故事的开端,并非电子的微光,也不是电的律动,而是人类文明最初的星火。我们回溯到人类尚未掌握火种的远古时代,那时,生存是唯一的主题。然而,即使在最艰苦的环境下,人类的智慧也如同不灭的火苗,悄然燃烧。 想象一下,在非洲广袤的草原上,一群早期人类围坐在篝火旁,火光映照着他们粗犷而充满好奇的脸庞。他们不是在研究电路板,也不是在调试变压器,而是用最原始的工具——石块和木棍——去探索和改造周围的世界。他们学会了用尖锐的石器切割兽皮,用粗糙的陶器煮食,用搭建简陋的庇护所抵御风雨。这些看似简单的行为,却是人类理解自然规律、运用物质改造环境的最初尝试。他们观察太阳的升降,感知季节的更替,并逐渐掌握了狩猎和采集的技巧。 这种早期的智慧,并非源于抽象的理论,而是根植于对生存环境的直接感知和反复实践。他们学会了观察动物的习性,了解植物的生长周期,并能根据这些信息来规划自己的生活。例如,他们会发现某种植物的果实可以食用,而另一种植物的汁液可能带来伤害。他们会观察到,在某些季节,某些动物会聚集在特定的水源地。这些都是宝贵的经验积累,是人类早期认知世界的最基本方式。 在语言尚未发展完善的年代,知识的传承主要依靠口耳相传和肢体模仿。长者将狩猎的技巧、采集的经验、躲避危险的方法,通过故事、歌谣和演示,一代代传递下去。这种传承方式虽然缓慢,但却为人类文明的延续奠定了基础。每一次成功的狩猎,每一次丰收的采集,每一次新工具的发明,都像是文明之河中一颗颗闪耀的珍珠,串联起人类进步的轨迹。 从用石器敲打出火花,到用枝叶搭建起家园,再到用粗糙的陶器储存食物,这些都是人类在没有电力辅助的情况下,凭借自身的智慧和双手,对物质世界进行初步改造的伟大壮举。他们是真正的“实践者”,他们的每一次尝试,每一次创新,都如同在未知的黑暗中点燃的一支蜡烛,微弱却充满希望,为后世文明的蓬勃发展,播下了最原始的种子。 二、 智慧的曙光:文明的摇篮与思想的碰撞 随着人类社会的发展,农业的出现是又一个划时代的飞跃。它标志着人类从狩猎采集的游牧生活,转向了定居农业的文明时代。在肥沃的土地上,人类学会了耕种,学会了驯养,学会了管理。这不仅仅是生产方式的改变,更是人类思维方式的深刻变革。 想象一下,古埃及的尼罗河畔,人们用简陋的工具测量土地,规划灌溉。他们观察月亮的盈亏,制定历法,预测洪水。这些天文历法知识,是为了更好地指导农业生产,但其背后蕴含的,是对宇宙规律的初步探索和对时间概念的深刻理解。他们不需要了解电磁感应,但他们对日出日落的规律性观察,对季节变化的周期性认知,已经是一种早期的科学思维。 在古希腊,哲学家们开始摆脱纯粹的经验主义,将目光投向抽象的思维和逻辑。苏格拉底的诘问,柏拉图的理想国,亚里士多德的逻辑学,这些思想的火花,点燃了人类理性思考的火炬。他们开始思考“是什么”、“为什么”和“如何是”,尽管他们讨论的并非电流的强度和电压的差异,但他们对“知识”、“真理”、“美德”的探讨,是人类精神文明的基石。他们用辩论和思辨的方式,探索着世界的本质,试图构建一个有序、理性的宇宙观。 同时,在古中国,先贤们也在用自己的方式观察自然,感悟天地。老子的“道法自然”,孔子的“仁者爱人”,墨子的“兼爱非攻”,这些思想的精华,深刻地影响了中华文明的走向。他们关注人与自然的关系,关注人与人之间的和谐,关注社会的秩序。这些思想,虽然与电子技术的物理规律无关,却是人类社会组织、道德规范和精神追求的伟大探索。 文字的发明,更是文明传承的革命。从象形文字到甲骨文,从楔形文字到古希腊字母,文字的出现让知识得以被记录、被传播、被积累。人类的思想不再局限于口耳相传,而是可以通过书卷,跨越时间和空间的限制,与后人进行对话。历史学家记录帝王的兴衰,哲学家著述思想的精髓,科学家(在早期意义上)观察星辰的轨迹,记录动植物的形态。这些文字的载体,是思想的容器,是文明的 DNA。 这个时期,人类的智慧之光,如同文明的曙光,照亮了大地。他们用最原始的材料,创造出宏伟的建筑;他们用最朴素的逻辑,构建出精深的哲学;他们用最直观的观察,描绘出世界的万象。这些都是人类文明不可或缺的财富,是精神的土壤,是为未来更复杂、更精妙的科技发展,奠定思想和文化基础的重要阶段。 三、 思想的火花与机械的律动:工业时代的序曲 人类文明的进程,从来都不是线性的。从经验主义到理性主义,从哲学思辨到对自然现象的更细致观察,每一个阶段都充满了思想的碰撞和创新的火花。 随着文艺复兴和启蒙运动的到来,人们开始重新审视自然,并用更系统、更量化的方式去研究它。哥白尼的日心说,伽利略的自由落体定律,牛顿的万有引力定律,这些伟大的发现,是人类对宇宙运行规律认识的飞跃。他们不再满足于模糊的描述,而是试图用数学的语言去解释自然。这是一种向“精确”和“量化”迈进的思维转变,虽然此时还没有出现“电子”和“电工”的概念,但这种科学精神的觉醒,是为后续科学技术的爆发式发展,铺平了道路。 紧接着,工业革命的滚滚洪流席卷而来。蒸气机的轰鸣,工厂的烟囱,取代了过去手工作坊的宁静。瓦特对蒸汽机的改进,极大地提高了生产力,改变了社会的面貌。人们开始发明各种各样的机械,从纺织机到火车,再到轮船。这些机械的运转,虽然依赖于机械能,但其背后蕴含的,是对能量转化和利用的深刻理解。工程师们通过反复试验,优化设计,使得机器能够更高效、更稳定地工作。 在机械制造领域,齿轮、杠杆、滑轮这些简单的机械原理,被巧妙地组合运用,产生了巨大的能量。人们学会了如何设计复杂的传动系统,如何精确地加工零件,如何制造更大、更强的机器。这些技术的发展,让物质生产能力得到了前所未有的提升。 这个时期,数学和物理学的进步,为未来的科技发展提供了理论支撑。微积分的发明,使得对连续变化的现象进行分析成为可能;热力学的发展,让我们理解了能量的转化和守恒。这些基础科学的突破,如同孕育着未来科技的温床。 同时,早期的光学和声学研究,也让我们对物质的本质有了更深入的认识。望远镜的发明,让我们看到了更遥远的星辰;显微镜的发明,让我们窥见了微观世界的奥秘。人们开始思考光的性质,声音的传播,这些看似与电子技术无关的研究,实则是在不断拓展人类对自然世界的认知边界。 这个时期,文明的进步,更多地体现在对机械力量的掌握和对物质世界的精细改造。人类的智慧,如同不断增长的齿轮,咬合紧密,驱动着社会以前所未有的速度前进。他们用铁和火,创造了工业时代的奇迹,为人类社会进入一个全新的、更加依赖能量和信息的时代,敲响了序曲。 四、 思想的连接与信息的洪流:迈向现代文明 当人类的目光从宏观的机械力量,逐渐转向微观世界的奥秘时,一场更加深刻的变革正在悄然酝酿。正如前面所提到的,人类文明的演进,充满了思想的连接与信息的洪流。 在科学研究领域,法拉第对电磁现象的深入研究,是关键的转折点。他通过一系列精巧的实验,发现了电生磁,磁生电的规律,这为我们理解电与磁之间的密切联系奠定了基础。这些研究,虽然在当时并没有直接的应用,但它们揭示了自然界一种深刻而强大的力量。 随后,麦克斯韦将这些实验规律,用数学的语言进行了统一的描述,提出了麦克斯韦方程组。这可以说是物理学史上的一个里程碑。它不仅统一了电和磁的理论,更预言了电磁波的存在。这种理论的抽象和升华,是人类思维能力的又一次巨大飞跃,是从对具体现象的观察,到对其内在规律的数学化描述的转变。 与此同时,人类在通信领域的探索也从未停止。从早期的信鸽、驿站,到电报的出现,信息的传播速度在不断加快。电报的发明,使得跨越地理距离的即时通信成为可能,这在很大程度上改变了商业、军事和政治的运作方式。它标志着人类开始更加重视信息的传递和共享。 再往前追溯,印刷术的普及,也为信息的广泛传播提供了基础。书籍不再是稀有的珍宝,知识得以更广泛地传播,思想得以更自由地交流。这种信息的流通,为科学技术的发展提供了土壤。 这个时代,人类的目光,开始聚焦于那些肉眼不可见,却又无处不在的自然力量。他们试图理解这些力量的本质,并将其转化为可以为人类服务的工具。从对化学元素的发现,到对原子结构的探索,人类对物质世界的认知,正在不断深入。 然而,这本书的简介,并非关于电磁波的传播,也非关于电报的发明,而是关于人类智慧如何从最原始的生存需求,一步步发展到能够理解和运用如此复杂和精密的自然力量。它讲述的是,在没有电子和电工技术作为支撑的漫长岁月里,人类是如何通过观察、实践、思考、交流,积累知识,发展思想,最终为这些现代科学技术,打下了坚实的基础。 这个时期,人类的智慧,如同汇聚成江河的涓涓细流,最终将汇入大海。信息不再是孤立的点,而是开始形成网络,知识的积累不再是线性的增长,而是呈指数级爆发。这是一场关于人类认知能力的革命,是为即将到来的、更加辉煌的科技时代,准备的物质和精神的双重盛宴。 五、 智慧的传承与文明的飞跃:迈向未来的展望 文明的演进,是一个不断积累、不断突破的过程。我们回顾过去,是为了更好地理解现在,并展望未来。 在没有电子和电工技术之前,人类社会是如何运转的?他们如何建造宏伟的建筑?如何进行长途的贸易?如何组织庞大的军队?他们的生活,依赖于自然力的驱动,依赖于手工的技艺,依赖于人力的付出。每一项成就,都凝聚着无数人的辛勤汗水和智慧结晶。 这本书的简介,就是要带领读者,穿越时光的隧道,去探寻那些在电子和电工技术尚未问世的时代,人类是如何运用他们的智慧,去理解世界,改造世界。它讲述的是,在那个没有电路板,没有芯片,没有变压器的时代,人类的创造力和探索精神,是如何如同不灭的火种,点亮了文明的长夜。 它描绘的是,古代的工匠如何运用杠杆和滑轮,将巨大的石块搬上高塔;古代的航海家如何依靠星辰和风向,远渡重洋;古代的农夫如何根据天象和节气,耕耘土地;古代的哲学家如何用逻辑和辩论,探寻宇宙的真理。这些看似与电子技术无关的智慧,却是人类文明最宝贵的财富。 这本书,并非要讲述电流的原理,也非介绍各种电气设备的工作方式,而是要展现人类智慧的普遍性,以及它在不同历史时期,如何以不同的方式,推动文明向前发展。它强调的是,任何一项伟大的科技成就,都不是凭空而来的,而是建立在漫长的历史积累和无数先驱者的智慧之上。 从钻木取火到冶炼金属,从发明车轮到修建水利,从创造文字到发展哲学,人类的每一步进步,都充满了智慧的光芒。这些智慧,如同星辰,虽然形态各异,但都在照亮人类前进的道路。 最终,这本书的简介,是想告诉读者:我们今天的科技成就,并非孤立的存在,它们是人类文明长河中,一颗颗璀璨的明珠。而这些明珠,之所以能够闪耀,是因为它们继承了前人智慧的火种,并在此基础上,不断创新,不断超越。 这篇简介,旨在激发读者对人类文明演进史的兴趣,对人类智慧的普遍性和创造力产生敬意,并理解任何一项看似高深的技术,都源于人类对世界永恒的探索和对知识不懈的追求。这是一种更宏大的视角,去审视人类文明的进步,以及其中蕴含的,超越具体技术门类的智慧与精神。