电工电子技术与忆阻器应用

当今，人类迈进了信息社会的崭新时代，信息社会的基础是电子技术。电子技术是一门实践性很强的技术学科。
八年前我们通过清华大学出版社组织编写并出版了《电工电子技术》和《电工电子技术实验指导》两本教材，二者在内容上相辅相成，相得益彰。出版后受到全国各地广大师生和科研工作者的青睐，并取得了良好的社会效益和经济效益。关于《电工电子技术》一书，这些年我们收到了不少反馈意见，不少读者也提出一些好建议，为能更好地满足教学与课时安排的需求，我们在原书的基础上做了修订，增加了忆阻器应用。
本次修订的内容侧重在紧跟电子技术和计算机技术发展的趋势与前沿技术，紧扣教学、科研实践的需要，并结合我们多年教学经验和科研工作的体验，希望能得到读者的认同。
为此，我们应高等院校师生及广大科研工程技术人员的要求，组织有教学、科研经验的专家、教授，根据国家电工电子技术教学大纲的要求，及电工电子技术发展的趋势，并结合多年的教学、科研的经验，精简了对分立元件的分析和过多的理论叙述，增加了忆阻器、集成电路应用方面的知识和实例。从实用的角度，编写了这本《电工电子技术与忆阻器应用》教材。
《电工电子技术与忆阻器》，共分16章，详细讲解直流电路、交流电路、变压器、电动机、低压控制电路、PC可编程控制器，供电、输电、配电、安全用电以及半导体二极管、三极管、基本放大电路、集成运算放大器、正弦波振荡电路、直流稳压电源、晶闸管（可控硅）电路：数字逻辑组合电路、触发器时序逻辑电路、模拟量与数字量转换电路、忆阻器典型应用实例等。
本书理论与应用实践相结合，通过讲解具有代表性的83个例题和176道课后练习题的内容，适合用作高等院校电气工程、电子信息、化工、机械、物理、仪器仪表、机电一体化、计算机应用、生物医学、精密仪器测量与控制、汽车与机械等专业的教材，也可以作为科研人员、工程技术人员及其他自学人员的参考用书。
本书在编写过程中，编者力求做到使本书科学、易懂、实用。每一章后都有小结和习题，小结是本章知识的提要，习题便于读者对学习效果进行检测。有些内容则是编者特意让读者通过习题来掌握的，以利于对所学知识的理解和深化。另外，附录中还提供了各章习题的参考答案和常用的电路实例。
“电工电子技术与忆阻器应用”是电子类专业的必修课，建议讲授80～100学时。
本书在编写过程中，得到了四川大学、中国科技大学、南京大学、清华大学、重庆大学、北京大学、四川师范大学、复旦大学、浙江大学、南开大学、西南交通大学、电子科技大学、成都理工大学、北京科技大学、贵州教育学院等多所院校老师的支持，他们客观地提出了许多宝贵意见；夏非彼老师也给予了大力支持和帮助；在此表示衷心感谢。
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本书由张洪润、金伟萍担任主编，并负责全书的统稿和审校。参加编写的人员还有四川大学电气工程学院李成鑫博士（负责编写第2章、第15章），黄爱明、邓洪敏、田维北、张乘称等。
限于作者水平，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

四川大学绵阳全息能源科学研究院
张洪润
2022年2月

本书从实用的角度，根据电工电子技术发展的**趋势，结合多年的教学、科研经验而编写，精简了对分立元件的分析和过多的理论叙述，增加了忆阻器、集成电路应用方面的知识和实例。 全书共16章，详细讲解直流电路、交流电路、变压器、电动机、低压控制电路、PC可编程控制器、供电、输电、配电、安全用电以及半导体二极管、三极管、基本放大电路、集成运算放大器、正弦波振荡电路、直流稳压电源、晶闸管（可控硅）电路、数字逻辑组合电路、触发器时序逻辑电路、模拟量与数字量转换电路、忆阻器应用等。每章末均有小结和习题，书末附有习题参考答案。 本书理论与应用实践相结合，讲解具有代表性的83个例题和176道课后练习题，适用于高等院校电气工程、电子信息、化工、机械、物理、仪器仪表、机电一体化、计算机应用、生物医学、精密仪器测量与控制、汽车与机械等专业的教材，也可以作为科研人员、工程技术人员及其他自学人员的参考用书。

第1章  直流电路 1
1.1  电路的组成 1
1.1.1  电源 2
1.1.2  负载 3
1.1.3  中间环节 3
1.2  电路中电位的计算 4
1.3  电路的状态 7
1.3.1  负载状态 8
1.3.2  空载（开路）状态 9
1.3.3  短路状态 9
1.4  克希荷夫定律 10
1.4.1  克希荷夫电流定律（节点电流定律） 11
1.4.2  克希荷夫电压定律（回路电压定律） 13
1.5  支路电流法 15
1.6  叠加原理 17
1.7  等效电压源定理（戴维南定理） 20
1.8  电容器的充电与放电 23
1.8.1  电容的物理性质 23
1.8.2  电容器的充电过程 24
1.8.3  时间常数??的物理意义 25
1.8.4  放电过程 26
1.9  RL电路与直流电压的接通 28
1.9.1  电感的物理性质 28
1.9.2  RL串联与直流电压的接通 29
1.9.3  短路放电 29
1.9.4  突然断开 30
1.10  忆阻器 31
1.10.1  物理性质 31
1.10.2  TiO2忆阻器的原理 31
1.10.3  伏安特性曲线 32
1.10.4  忆阻器与RLC的关系 33
1.10.5  忆阻芯 34
1.11  本章小结 34
1.12  习题 36
第2章  正弦交流电路 40
2.1  交流电的基本概念 40
2.1.1  周期电压和周期电流 40
2.1.2  正弦电压和正弦电流 41
2.1.3  正弦量的特征 42
2.1.4  正弦量的有效值 46
2.2  正弦量的矢量和复数表示法 48
2.2.1  正弦量的旋转矢量表示法 48
2.2.2  正弦量的复数表示法 50
2.3  单一参数的交流电路 54
2.3.1  纯电阻电路 54
2.3.2  纯电感电路 56
2.3.3  纯电容电路 60
2.4  电阻、电感、电容串联交流电路 63
2.4.1  电流与电压的关系 64
2.4.2  电路的功率 65
2.4.3  串联谐振 67
2.5  负载并联的交流电路 71
2.5.1  电路的计算 71
2.5.2  并联谐振 73
2.5.3  复数运算举例 76
2.6  功率因数的提高 80
2.7  本章小结 83
2.8  习题 85
第3章  三相交流电路 88
3.1  三相电源 88
3.1.1  三相交流电的应用 88
3.1.2  三相电动势的产生及表示法 89
3.1.3  三相电源的星形接法 91
3.1.4  三相电源的三角形接法 92
3.2  三相负载 93
3.2.1  负载的星形接法 93
3.2.2  负载的三角形接法 98
3.3  三相电流的功率及其测量 100
3.3.1  三相电路的功率 100
3.3.2  三相有功功率的测量 102
3.4  本章小结 107
3.5  习题 107
第4章  磁路与变压器 109
4.1  磁路概述 110
4.1.1  磁场的基本物理量 110
4.1.2  磁路的基本定律 110
4.1.3  直流磁路的工作特点 112
4.1.4  交流磁路的工作特点 112
4.2  变压器的基本结构 113
4.2.1  铁心 113
4.2.2  绕组 114
4.3  变压器工作原理 114
4.3.1  空载运行 115
4.3.2  负载运行 116
4.3.3  阻抗变换 118
4.4  变压器绕组的极性 119
4.4.1  绕组的极性与正确接线 119
4.4.2  同名端的测定方法 120
4.5  三相变压器 120
4.6  变压器的额定值 121
4.7  自耦变压器 122
4.8  仪用互感器 122
4.8.1  电压互感器 122
4.8.2  电流互感器 123
4.9  电磁铁 123
4.10  电焊变压器 125
4.11  本章小结 126
4.12  习题 127
第5章  电动机 128
5.1  三相异步电动机 128
5.1.1  三相异步电动机结构 128
5.1.2  三相异步电动机的转动原理 130
5.1.3  三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 133
5.1.4  三相异步电动机铭牌和技术数据 136
5.1.5  三相异步电动机的选择 138
5.1.6  三相异步电动机的起动 141
5.1.7  三相异步电动机的调速 142
5.2  单相异步电动机 143
5.3  直流电动机 144
5.4  交直流通用电动机 146
5.5  步进电动机 147
5.6  本章小结 148
5.7  习题 149
第6章  继电接触器控制 151
6.1  常用低压控制电器 151
6.1.1  闸刀开关 151
6.1.2  自动空气断路器 152
6.1.3  交流接触器 152
6.1.4  按钮 153
6.1.5  热继电器 153
6.1.6  时间继电器 154
6.1.7  行程开关 155
6.1.8  熔断器 155
6.1.9  漏电保护器 156
6.2  三相异步电动机的继电接触器控制 157
6.2.1  三相异步电动机的直接起动控制电路 157
6.2.2  三相异步电动机的正反转控制 158
6.2.3  三相异步电动机的Y-Δ起动控制电路 159
6.2.4  顺序控制电路 160
6.2.5  行程控制电路 160
6.3  本章小结 161
6.4  习题 162
第7章  可编程序控制器 163
7.1  PC的特点与基本结构 164
7.1.1  PC的特点 164
7.1.2  PC控制系统的组成 164
7.1.3  可编程序控制器的组成 165
7.2  可编程序控制器工作原理 167
7.2.1  输入采样阶段 168
7.2.2  程序执行阶段 168
7.2.3  输出刷新阶段 168
7.3  PC编程语言 169
7.3.1  两种常用的编程语言 169
7.3.2  PC的基本指令 170
7.4  可编程序控制器应用举例 172
7.4.1  三相异步电动机直接起动控制 172
7.4.2  异步电动机的正反转控制 173
7.4.3  异步电动机的Y-Δ起动控制 174
7.5  本章小结 175
7.6  习题 175
第8章  供电、输电、配电与安全用电 177
8.1  供电 177
8.1.1  供电过程 177
8.1.2  供电质量 178
8.2  输电 179
8.2.1  输电电压 179
8.2.2  输电功率 179
8.3  配电 180
8.3.1  工厂供配电系统 180
8.3.2  配电方式 180
8.3.3  户内配电 181
8.4  安全用电 182
8.4.1  触电 182
8.4.2  接地和接地电阻 182
8.4.3  保护接地 183
8.4.4  保护接零 183
8.4.5  重复接地 184
8.4.6  工作零线和保护零线 184
8.5  节约用电 185
8.6  本章小结 185
8.7  习题 186
第9章  电工测量 187
9.1  电工测量仪表分类 187
9.2  电工测量仪表类型 189
9.2.1  磁电式仪表 190
9.2.2  电磁式仪表 191
9.2.3  电动式仪表 192
9.3  测量电流 194
9.4  测量电压 195
9.5  万用表 196
9.5.1  磁电式万用表 196
9.5.2  数字式万用表 197
9.6  测量功率 199
9.6.1  单相交流和直流功率的测量 199
9.6.2  三相功率的测量 200
9.7  兆欧表 200
9.8  本章小结 201
9.9  习题 201
第10章  常用半导体元件 204
10.1  半导体二极管 204
10.1.1  N型和P型半导体 204
10.1.2  PN结及其单向导电性 205
10.1.3  二极管的结构和符号 205
10.1.4  二极管的伏安特性 206
10.1.5  二极管主要参数 207
10.1.6  二极管的整流作用 207
10.1.7  滤波电路 211
10.2  稳压二极管 213
10.2.1  稳压管的伏安特性 214
10.2.2  稳压管的主要参数 214
10.2.3  稳压管稳压电路 214
10.3  特殊用途二极管 215
10.3.1  发光二极管 215
10.3.2  光电二极管 215
10.3.3  变容二极管 216
10.4  半导体三极管 216
10.4.1  三极管的结构 216
10.4.2  三极管的电流放大作用 217
10.4.3  三极管的特性曲线 218
10.4.4  三极管的主要参数 220
10.5  场效应晶体管 220
10.5.1  绝缘栅型场效应管的结构 220
10.5.2  场效应管的工作原理 221
10.5.3  MOS管的特性曲线 222
10.5.4  MOS管的主要参数 223
10.6  本章小结 223
10.7  习题 224
第11章  基本放大电路 226
11.1  共发射极放大电路的组成 226
11.2  共发射极放大电路的分析 227
11.2.1  静态分析 228
11.2.2  动态分析 230
11.3  静态工作点稳定性 235
11.4  射极输出器 238
11.4.1  静态分析 238
11.4.2  动态分析 239
11.5  放大电路中的负反馈 242
11.5.1  什么是放大电路中的负反馈 242
11.5.2  负反馈类型 243
11.5.3  负反馈对放大电路工作性能的影响 245
11.6  差分放大电路 248
11.6.1  静态分析 249
11.6.2  动态分析 250
11.7  互补对称功率放大电路 252
11.7.1  对功率放大电路的基本要求 253
11.7.2  互补对称放大电路 254
11.8  场效应管及其放大电路 255
11.8.1  绝缘栅场效应管 255
11.8.2  场效应管放大电路 257
11.9  本章小结 259
11.10  习题 260
第12章  集成运算放大器 263
12.1  集成运算放大器概述 263
12.1.1  集成运算放大器的组成 263
12.1.2  集成运算放大器主要参数 264
12.1.3  理想集成运算放大器 265
12.2  集成运算放大器在信号运算方面的应用 266
12.2.1  比例运算 266
12.2.2  加法运算 269
12.2.3  减法运算 270
12.2.4  积分运算 271
12.2.5  微分运算 272
12.3  集成运算放大器在信号测量方面的应用 273
12.4  集成运算放大器的非线性应用 274
12.4.1  单门限电压比较器 274
12.4.2  迟滞电压比较器 275
12.5  非正弦信号产生电路 276
12.5.1  方波信号发生器 276
12.5.2  三角波信号发生器 278
12.6  正弦信号产生电路 279
12.6.1  正弦波振荡的条件 279
12.6.2  RC正弦波振荡电路 280
12.6.3  LC振荡电路 282
12.7  本章小结 283
12.8  习题 284
第13章  门电路和组合逻辑电路 288
13.1  集成基本门电路 288
13.1.1  或门电路 289
13.1.2  与门电路 290
13.1.3  非门电路 291
13.2  集成复合门电路 292
13.2.1  或非门电路 292
13.2.2  与非门电路 293
13.2.3  三态与非门 294
13.3  组合逻辑电路分析 296
13.3.1  逻辑代数化简 296
13.3.2  组合逻辑电路分析 298
13.4  组合逻辑电路设计 299
13.4.1  半加器 300
13.4.2  全加器 301
13.5  编码器 303
13.6  译码器 304
13.6.1  二进制译码器 305
13.6.2  显示译码器 306
13.7  数据分配器和数据选择器 307
13.7.1  数据分配器 307
13.7.2  数据选择器 308
13.8