内容简介
本书根据教育部*新的高等职业教育教学改革精神,结合企业工程经验,以培养技术应用型人才为目标编写的。教材将实用电路分析与实践按8个项目设计,分别为电路及基本元件测试、实际电阻电路分析与测试、家庭用电电路研究与设计(单相正弦交流电路等)、选频电路的分析与设计(谐振电路等)、三相电力传输分析与设计、初识变压器、照相机闪光灯电路分析与设计、方波信号认识与分析,共包含22个任务,55个子任务。其中理论知识点和实践技能点分解在各项目任务中。同时,教材中编入相关电路的Multisim仿真环节,使真实实验与仿真实验结合,提高实验效率,增强学生实验的主观能动性。本书在每个项目后都提供自测练习,供学生巩固相应知识点,同时配备有完善的电子教学课件、自测题答案以及教学素材,免费供读者使用,详见前言。
作者简介
作者任职于苏州工业职业技术学院,主持院级精品课程,有过多次省级、市级、院级科研工作及获奖经验,所教授的《实用电路分析》课程广受好评。
目录
目 录
项目 1 电路及基本元件测试 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1
任务 1―1 仪器仪表的认知与使用????????????????????????????????????????????????????????????????????1
1.1 认识电路?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8
1.1.1 电路的基本概念 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????8
1.1.2 描述电路的常见物理量 ??????????????????????????????????????????????????????????????9
【拓展知识 1】 测量的知识 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12
任务 1―2 电阻元件特性测试???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16
1.2 电阻元件??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19
1.2.1 电阻的基本概念 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19
1.2.2 线性电阻与非线性电阻 ???????????????????????????????????????????????????????????? 20
1.2.3 电导????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21
1.3 欧姆定律??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22
【拓展知识 2】 电阻的标注知识 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 24
任务 1―3 电源元件特性测试???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26
1.4 理想电源??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28
1.4.1 理想电压源???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28
1.4.2 理想电流源???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 32
1.5 实际电源??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35
1.5.1 实际电压源???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35
1.5.2 实际电流源???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36
1.6 电压源与电流源的等效互换??????????????????????????????????????????????????????????????? 37
【拓展知识 3】 受控源的知识 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 39
任务 1―4 电容元件特性测试???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 40
1.7 电容元件??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43
1.7.1 电容的基本概念 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 43
1.7.2 电容元件的功率和储能 ???????????????????????????????????????????????????????????? 46
1.7.3 电容的串/并联???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 47
【拓展知识 4】 电容器的选取 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 49
任务 1―5 电感元件特性测试???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 51
1.8 电感元件??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 52
1.8.1 电感的基本概念 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 52
1.8.2 电感的功率和储能 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? 55
1.8.3 电感的串/并联???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 56
任务 1―6 基尔霍夫定律验证测试?????????????????????????????????????????????????????????????????? 59
1.9 电路中的电位与电压的关系??????????????????????????????????????????????????????????????? 63
VI
1.10 基尔霍夫定律 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 66
【拓展知识 5】 线图理论与基尔霍夫定律公式的独立性 ???????????????????????????????????????? 70
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 74
自测练习 1 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 77
项目 2 电路的等效变换与分析测试 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 80
任务 2―1 电阻等效变换的分析与测试???????????????????????????????????????????????????????????? 80
2.1 等效的概念???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 82
2.2 电阻串/并联??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 82
2.3 电阻的混联???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 84
【拓展知识 6】 电阻串/并联的应用―电表的改装 ????????????????????????????????????????????? 86
任务 2―2 电源的等效变换探究与测试???????????????????????????????????????????????????????????? 88
2.4 电源的串/并联???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 89
2.5 两种实际电源模型的等效变换???????????????????????????????????????????????????????????? 91
【拓展知识 7】 受控源的介绍 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 92
任务 2―3 支路电流法应用??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 93
【拓展知识 8】 网孔电流法??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 96
任务 2―4 叠加定理的应用和验证?????????????????????????????????????????????????????????????????? 97
任务 2―5 戴维南定理的应用和验证??????????????????????????????????????????????????????????????101
【拓展知识 9】 诺顿定理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????106
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????107
自测练习 2 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????109
项目 3 正弦稳态电路分析及实践 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 111
任务 3―1 单相正弦交流电的了解和测量???????????????????????????????????????????????????????? 111
3.1 单相正弦交流电?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????113
3.1.1 正弦交流电路中的物理量 ????????????????????????????????????????????????????????113
3.1.2 正弦信号的相量表示法 ???????????????????????????????????????????????????????????116
【拓展知识 10】 相量形式的基尔霍夫定律????????????????????????????????????????????????????????121
任务 3―2 单相正弦交流稳态电路的相量法分析???????????????????????????????????????????????122
3.2 交流元件的相量模型???????????????????????????????????????????????????????????????????????125
3.2 阻抗与导纳???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????127
【拓展知识 11】 RLC 并联电路、三表法测电路元件参数的理论????????????????????????????131
任务 3―3 正弦交流电路中的功率?????????????????????????????????????????????????????????????????133
【拓展知识 12】 家用照明电路的工作原理????????????????????????????????????????????????????????139
任务 3―4 家庭照明电路操作技能?????????????????????????????????????????????????????????????????141
3.4 家庭照明电路操作技能????????????????????????????????????????????????????????????????????146
3.4.1 导线的连接与绝缘的恢复 ????????????????????????????????????????????????????????146
3.4.2 室内电路配线方法 ?????????????????????????????????????????????????????????????????149
3.4.3 常用照明附件及安装 ??????????????????????????????????????????????????????????????150
VII
【拓展知识 13】 电工安全用电知识?????????????????????????????????????????????????????????????????154
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????155
自测练习 3 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????157
项目 4 串/并联谐振电路分析及实践 ????????????????????????????????????????????????????????????????????160
任务 4―1 输入回路分析与设计(串联谐振电路)????????????????????????????????????????????160
4.1 RLC 串联谐振电路 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????163
4.1.1 RLC 串联谐振电路的定义和特点???????????????????????????????????????????????163
4.1.2 串联谐振的功率 ????????????????????????????????????????????????????????????????????166
4.1.3 串联谐振电路的频率特性 ????????????????????????????????????????????????????????168
【拓展知识 14】 通频带的测量方法?????????????????????????????????????????????????????????????????170
任务 4―2 放大选频回路电路分析与设计(并联谐振电路)????????????????????????????????171
4.2 RLC 并联谐振电路 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????172
4.2.1 RLC 并联谐振电路的定义和特点???????????????????????????????????????????????172
4.2.2 并联谐振的功率 ????????????????????????????????????????????????????????????????????176
4.2.3 并联谐振电路的频率特性 ????????????????????????????????????????????????????????177
【拓展知识 15】 小信号调谐放大器?????????????????????????????????????????????????????????????????178
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????179
自测练习 4 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????180
项目 5 三相电路分析及实践 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????183
任务 5―1 对称三相电路的认识与测量???????????????????????????????????????????????????????????183
5.1 对称三相电源????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????187
5.1.1 对称三相电源的定义 ??????????????????????????????????????????????????????????????187
5.1.2 对称三相电源的连接 ??????????????????????????????????????????????????????????????188
5.2 对称三相负载的连接???????????????????????????????????????????????????????????????????????189
5.3 对称三相电路的功率测量和相序的判定???????????????????????????????????????????????192
【拓展知识 16】 电气知识―三相四线制和三相五线制??????????????????????????????????????196
任务 5―2 不对称三相电路的认识与测量????????????????????????????????????????????????????????198
5.4 不对称三相电路?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????201
【拓展知识 17】 零线和地线??????????????????????????????????????????????????????????????????????????205
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????206
自测练习 5 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????207
项目 6 动态电路的分析及实践 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????210
任务 6―1 RC 充放电电路的认识与分析?????????????????????????????????????????????????????????210
6.1 动态电路与换路定则???????????????????????????????????????????????????????????????????????214
6.2 一阶电路的三要素分析法?????????????????????????????????????????????????????????????????215
【拓展知识 18】 电子闪光灯??????????????????????????????????????????????????????????????????????????218
任务 6―2 RC 积分、微分电路的仿真与分析???????????????????????????????????????????????????219
VIII
6.3 积分电路??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????221
6.4 微分电路??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????221
【拓展知识 19】 RC 耦合电路????????????????????????????????????????????????????????????????????????223
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224
自测练习 6 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????225
项目 7 非正弦周期电流电路的分析与测试 ????????????????????????????????????????????????????????????228
任务 7―1 非正弦周期信号的分析与测试????????????????????????????????????????????????????????228
7.1 非正弦周期信号的产生和表示方法?????????????????????????????????????????????????????235
7.2 非正弦周期量的有效值、平均值和平均功率?????????????????????????????????????????236
任务 7―2 非正弦周期电流电路的分析与测试??????????????????????????????????????????????????238
7.3 非正弦周期电流电路的分析??????????????????????????????????????????????????????????????239
【拓展知识 20】 谐波电压、电流条件下有功功率的计算??????????????????????????????????????240
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????241
自测练习 7 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????241
项目 8 变压器的认知与使用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244
任务 8―1 互感线圈的了解与检测?????????????????????????????????????????????????????????????????244
8.1 互感与互感电压?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????248
8.2 线圈的同名端及判定???????????????????????????????????????????????????????????????????????250
8.3 耦合线圈的串联?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????252
【拓展知识 21】 耦合线圈的并联????????????????????????????????????????????????????????????????????252
任务 8―2 变压器的认知与测试 ??????????????????????????????????????????????????????????????????253
8.4 初识变压器???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????256
8.5 理想变压器???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????258
【拓展知识 22】 其他变压器及变压器常见的故障及检修方法????????????????????????????????260
项目总结???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????265
自测练习 8 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????266
项目自测题答案????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????269
精彩书摘
《实用电路分析与实践》:
故障现象分析:温升过高甚至冒烟,可能是由于短路故障引起的。可用万用表,测各二次侧空载电压来判定是否短路。一次侧接电源,若某二次侧绕组输出电压明显降低,说明该绕组有短路现象;若变压器发热,但各绕组输出电压基本正常,可能是静电屏蔽层自身短路。
处理方法:如果短路发生在线圈的最外层,可掀去绝缘层后,在短路处局部加热(指对浸过漆的绕组,可用电吹风加热),待漆膜软化后,用薄竹片轻轻挑起绝缘已破坏的导线,若线心没损伤,可插入绝缘纸,裹住后揿平:若线心已损伤,应剪断,去除已短路的一匝或多匝导线,两端焊接后垫妥绝缘纸,揿平。用以上两种方法修复后均应涂上绝缘漆,吹干,再包上外层绝缘。如果故障发生在无骨架线圈两边沿口的上、下层之间,一般也可按上述方法修复。若故障发生在线圈内部,一般无法修理,需拆开重绕。
③线圈对铁芯短路。
故障现象分析:存在这一故障,铁芯就会带电,这种故障在有骨架的线圈上较少出现,但在线圈的最外层会出现这一故障;对于无骨架的线圈,这种故障多数发生在线圈两边的沿口处,但在线圈最内层的四角处也比较常出现,在最外层也会出现。通常是由于线圈外形尺寸过大而铁芯窗口容纳不下,或因绝缘裹垫得不佳或遭到剧烈跌碰等原因所造成的。
处理方法:可参照匝间短路的有关内容处理。
……
前言/序言
前 言
随着我国高等职业教育持续改革创新,许多高职院校在教学改革方面取得丰硕成果。高职教育不仅要注重于培养高端技能型人才的专业能力,还要培养学生的社会能力、方法能力和职业综合能力。根据教育部最新的高等职业教育教学改革精神,以构建校企共育人才培养模式为目标,结合作者多年的校企合作经验,对“电路分析与实践”课程进行了重大改革,与合作企业共同开发了该课程,在此基础上完成本书的编写。
本书共分为 8 个项目,内容分别涵盖电路及基本元件测试、电路的等效变换与分析测试、正弦稳态电路分析及实践、串/并联谐振电路分析及实践、三相电路分析及实践、动态电路的分析及实践、非正弦周期电流电路的分析与测试、变压器的认知与使用,共 22 个任务。
本书的特点有:
(1)所设计的项目内容具有实操性,为了方便学习,还配有操作视频,可扫描二维码观看。
(2)书中针对部分知识点设计了【拓展知识】模块,方便教师与学生拓展学习。
(3)教材中编入相关电路的 Multisim 仿真环节,真实实验与仿真实验相结合,提高实验效率,增强学习者实验的自主性和主观能动性。
(4)本书配有免费的电子教学课件,所有实验视频也可以单独下载,请登录华信教育资源网:www.hxedu.com.cn 注册下载。
本书由王勤、戴丽华主编,汤小兰、杭海梅、胡泓波(高创(苏州)电子有限公司)副主编,朱祥贤主审,在此特别感谢合作企业高创(苏州)电子有限公司为课程开发提供的支持,以及学院领导的支持。限于编者水平有限,书中的缺点和错误在所难免,恳请广大读者批评指正。
编 者
深入掌心的电力世界:从基础到应用的电路奇旅 您是否曾对家中电器如何神奇地运作感到好奇?是否曾想过那些复杂的电子产品内部隐藏着怎样的奥秘?《电流的呢喃:电路原理与设计探索》将带您开启一段引人入胜的电路世界之旅,从最基本的电学概念出发,逐步深入到复杂电路的分析与设计,让您掌握掌控电流、理解电子设备运作的强大能力。 本书并非枯燥的理论堆砌,而是以一种直观、循序渐进的方式,将抽象的电路知识转化为生动有趣的实践。我们相信,学习电路的最佳途径,是动手实践与理论理解的完美结合。因此,本书精心设计了大量易于理解的图示、生动的比喻,以及贴近生活实际的案例,帮助您在轻松愉快的氛围中,将电学知识“内化”为自己的能力。 第一章:电的启蒙——万物之源的初探 我们将从最基础的概念讲起,如同孩童初识世界一般,探索电的本质。电流是什么?为什么会产生?电压和电阻又扮演着怎样的角色?本书将用最通俗易懂的语言,为您揭示这些根本性的问题。我们会介绍历史上传奇的电学发现,了解那些伟大的科学家们如何一点点点亮人类对电的认知。从静电的奇妙现象到简单的串联和并联电路,您将初步领略电流的活力与规则。您将学习到如何安全地处理电路,理解不同材料的导电特性,为后续更深入的学习打下坚实的基础。 第二章:电路的骨骼——欧姆定律与基尔霍夫定律的智慧 在掌握了基础概念之后,我们将正式进入电路分析的核心——欧姆定律和基尔霍夫定律。欧姆定律,这个简洁而强大的公式,如同电路的“身高体重”测量仪,帮助我们理解电压、电流和电阻之间的定量关系。我们将通过大量的实际例子,例如简单的灯泡电路、电阻分压等,来演示如何运用欧姆定律解决问题。 而基尔霍夫定律,则是电路分析的“宏观调控者”,它如同两条重要的交通规则,指导我们理解复杂电路中电流和电压的分配。我们将逐一解析电流定律和电压定律,并结合图示,教您如何运用这些定律分析含有多个电源和多个电阻的复杂电路。本书将提供一系列由浅入深的例题,引导您一步步地构建分析思路,培养您独立解决复杂电路问题的能力。您将不再畏惧看似杂乱的电路图,而是能从中找到清晰的逻辑脉络。 第三章:电能的形态——功率、能量与电路效率的探究 电能不仅仅是驱动电器运转的动力,它还可以转化为各种其他形式的能量。本章将深入探讨电路中的功率和能量概念。功率,作为电能消耗或产生的速率,与我们的用电量息息相关。我们将学习如何计算电路的功率,理解功率因数对于电力系统的重要性,并探讨如何提高电路的效率,减少能源的浪费。 您将了解到,即使是简单的电灯泡,其功率大小也直接影响着照明效果和耗电量。我们还会讨论电能的储存和转换,例如电池的工作原理,以及在不同应用场景下,如何选择合适的功率元件。通过对功率和能量的深入理解,您将能更理性地选择电器,更有效地管理家庭用电。 第四章:动态的旋律——电容与电感的奥秘 如果说电阻是电路的“阻碍”,那么电容和电感就是电路的“记忆”和“惯性”。本章将为您揭示这两种至关重要的无源元件。电容,如同一个小小的能量仓库,能够储存电荷,并在需要时释放。您将学习到电容的基本原理、不同类型的电容,以及它们在电路中的应用,例如滤波、耦合和储能。 电感,则像一个“能量缓冲器”,能够抵抗电流的变化,储存磁场能量。本书将详细介绍电感的特性、电感的工作原理,以及它在电路中的作用,例如电磁干扰抑制、振荡电路等。通过对电容和电感的学习,您将理解为何有些电路能够产生规律的波形,为何有些设备能够滤除杂音,为何有些设备能够稳定地工作。 第五章:频率的舞蹈——交流电的魅力与应用 我们日常生活中接触到的电力绝大多数都是交流电。本章将带您领略交流电的独特魅力。我们将深入分析交流电的波形、频率、幅值和相位等参数,理解正弦交流电的产生原理。您将学习如何运用复数和相量来分析交流电路,理解阻抗的概念,以及电容和电感在交流电路中的特殊表现。 本书还将重点介绍交流电路中的功率计算,包括有功功率、无功功率和视在功率,并阐述功率因数对电力传输效率的影响。您将了解到,为何家庭用电会有“火线”和“零线”之分,为何需要变压器来改变电压,以及交流电在工业生产和日常生活中无处不在的应用。 第六章:开关的艺术——晶体管与二极管的电子魔术 进入本章,我们将揭开现代电子设备的核心——半导体器件的面纱。二极管,作为最基础的电子开关,具有单向导电的特性,在整流、稳压等领域有着广泛的应用。您将学习到不同类型的二极管,以及它们在简单电路中的工作原理。 而晶体管,则是现代电子世界的“指挥官”,它能够放大信号,实现开关功能,是构成集成电路的基础。本书将详细介绍双极型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)的基本结构和工作原理,并提供一些简单的晶体管放大电路和开关电路的实例。通过对这些半导体器件的学习,您将能够理解为什么电子设备能够接收和处理信息,为什么它们能够实现如此复杂的功能。 第七章:信号的旅程——放大器与滤波器 在电子世界里,信号的传递和处理至关重要。本章将聚焦于放大器和滤波器。放大器,顾名思义,就是能够放大微弱信号的器件,它们是通信、音频处理等领域不可或缺的组成部分。您将了解不同类型的放大器,例如运算放大器(Op-amp)的强大功能,以及它们在各种应用中的灵活运用。 滤波器,则如同信号的“守门员”,能够选择性地允许特定频率的信号通过,而阻止其他频率的信号。我们将探讨低通、高通、带通和带阻滤波器的工作原理,以及它们在音频设备、通信系统和数据处理中的重要作用。通过对放大器和滤波器的学习,您将能理解为何微弱的声音能够被放大,为何音乐中的杂音能够被去除。 第八章:逻辑的脉搏——数字电路入门 我们每天使用的计算机、手机等数字设备,其核心都是数字电路。本章将为您开启数字电路的奇妙大门。您将学习到数字电路的基本概念,包括二进制、逻辑门(AND、OR、NOT、XOR等)以及布尔代数。我们将通过简单的组合逻辑电路,例如加法器、解码器等,来展示逻辑门是如何构建复杂功能的。 随后,我们将介绍时序逻辑电路,例如触发器和寄存器,它们是构建记忆单元的基础。您将了解到,数字电路是如何通过一系列的逻辑运算和状态转换,来处理信息和执行指令的。这将帮助您理解计算机内部的运作机制,以及为何数字技术能够如此深刻地改变我们的生活。 第九章:实践的阶梯——从理论到实际的应用 理论的最终目的是为了指导实践。在本书的最后,我们将回归到实际应用。您将了解到如何根据实际需求,选择合适的元器件,并进行电路的设计。我们将提供一些经典的电路设计案例,例如简单的电源电路、LED驱动电路、音频放大电路等,并指导您如何一步步地完成电路的搭建和调试。 本书还将强调电路故障排除的技巧和方法。当电路出现问题时,您将不再束手无策,而是能够运用所学的知识,系统地分析问题,找出故障根源,并进行有效的修复。您将体会到将理论知识转化为实际动手能力的成就感。 结语:点亮您心中的电路之光 《电流的呢喃:电路原理与设计探索》不仅仅是一本教科书,更是一把开启您通往电子世界大门的钥匙。无论您是初学者,还是希望巩固和拓展电学知识的学习者,本书都将为您提供清晰的指引和丰富的实践机会。我们鼓励您在阅读的过程中,积极动手实践,尝试搭建书中的电路,享受电路分析和设计带来的乐趣。 相信通过本书的学习,您将不再被那些“看不见的”电流所困扰,而是能够自信地理解、分析和设计各种电路,点亮您心中对电力世界的好奇之光,掌握创造更多可能性的强大能力。