工程电路、器件及应用（原书第9版）

前　言
2018年4月，我们得知汤姆·弗洛伊德去世的消息，深感悲痛。在过去的几十年里，他出版的图书为电子技术的发展做出了巨大贡献。他在电子学领域具有深邃而清晰的思维力、洞察力和创新力，他的卓越和不懈追求将被人们深深怀念。
本书作者有幸与他共事了30多年，因此本版继承了以前版本的电气和电子学基本概念、应用案例和故障排查方面的传统，除了保留第8版介绍的内容外，还进行了扩展，更新了原书中的材料并加入了一些新内容，如新的电池技术和可再生能源技术等。
本书分为3个主要部分：第1～7章为直流电路部分，第8～15章为交流电路部分，第16～21章为元器件部分。直流电路和交流电路部分涵盖了电阻、电容和电感的直/交流电路的内容。元器件部分介绍了电子元器件和电路的基本类型。
与上一版相比，本书增加了许多新的示例，以支持修订和扩展的主题，所有示例都经过了全面且准确的审阅。许多例子用计算器符号（）进行标记，给出了两种科学计算器（TI-84 Plus CE和HP Prime）的使用计算说明。许多例题都提供了LTspice和Multisim两种电路仿真文件。与以往版本一样，故障排查仍然是本版的重要组成部分，大部分章都有一节专门讨论该内容。另外，除第1章外的各章最后都提供了一个与该章内容相关的实际应用案例。
与之前的版本一样，本书将电子运动的方向作为电流方向。为了分析电路，一般有两种假定电流方向的方式，即电子流动方向和传统电流方向。就电路分析而言，这两种方法没有太大区别。电子流动方向是从电压源的负极通过负载，然后回到电压源的正极，它是电子通过导体的实际方向。传统电流方向是从电压源的正极通过负载，然后回到电压源的负极。虽然电流的影响是可以观察到的，但电流本身是看不到的，所以只要保持使用同种假设，这些假设方向不影响电路的分析。本书使用电子流动方向，即将电子的运动方向规定为电流的方向。
新增内容
增加了电子技术的最新发展和应用，如电池、SMD组件、LED应用、光电耦合器和光隔离器、霍尔效应传感器、多层PCB等。
修订了第20章，用新的仪表放大器、新的隔离放大器、新的施密特触发电路等替换旧的仪表放大器。增加了使用集成电路（IC）的电动机监控系统的多层PCB的制作。
增加了量纲分析、电气安全知识、绿色环保技术的RoHS指令、WEEE指令的介绍和新的插图。
针对电磁兼容（EMC）问题，增加了在实际电路设计中的讨论。
增加了新的仪器和使用介绍，包括热成像仪，高斯计，任意函数、波形发生器和示波器（包括混合信号示波器）等。
针对无源元件，增加了磁阻随机存取存储器（MRAM）、平面磁器件、脉冲变压器、峰值变压器、聚合物电解电容器、超级电容器、铁氧体磁珠、热敏电阻、热电偶和热电偶信号调节器等讨论。
增加了固态器件介绍和设计考虑因素，包括肖特基二极管、新LED 技术、新运算放大器和稳压器稳定性等。
在科学计算器的示例中，增加了计算器图形显示功能、方法和示例。
在故障排查的讨论中，增加了启发式解决问题方法，以及使用热成像仪检测热等内容。
增加了在线文件，包括故障电路排查、各章节电路的Multisim 14仿真文件，以及LTspice Ⅳ视频教程文件等。
特色
仅要求读者具备基础代数和几何、三角的数学知识。
插图丰富。
每章开篇大多数包括学习目标、应用案例概述、引言等。
每章都有大量的例题，每个例题都包含问题和答案。大多数问题的解答都给出了详细计算步骤。
许多例题都给出了Multisim和LTspice仿真练习。
每小节的末尾基本都有学习效果检测题目，并在每章的末尾给出答案。
多数章包含故障排查方面的内容。
除第1章外，各章都有应用案例。
充实的安全小贴士、人物小贴士和技术小贴士。
每章末尾都有本章总结。
每章末尾都有对/错判断、自我检测的题目，答案在每章的末尾给出。
在大多数章的末尾，有练习故障排查的习题，答案在每章的末尾给出。
每章都有按节设计的习题，习题分成基本和较难两类，较难的习题用星号加以标注，本书末尾给出了奇数序号习题的答案。
本书使用标准的电阻和电容值。
读者资源
本书的配套网站（网址：www.pearsonhighered.com/careersresources）包括Multisim电路仿真文件、LTspice Ⅳ的入门教程、科学计算器的简介等，其中具有前缀E的文件指的是本书相关章节例题中的仿真电路，前缀为P的文件指的是本书相关章节习题中的仿真电路。所有电路均使用Multisim和LTspice软件创建。在配套网站上还有多项选择题、对/错题、填空题和电路分析测试，这些可以用来加强读者对本书内容的理解。
若要使用Multisim电路仿真文件，必须在计算机上安装Multisim软件，但这对于掌握本书的内容并非必不可少。
本书中计算器的使用
复杂数学问题的解答离不开计算设备。在20世纪50年代之前，计算尺是解决电子电路计算问题的常用设备。后来电子计算器和个人计算机的出现极大地简化了工程计算难题。早期的计算器仅限于解决简单的数值问题，但今天的可

本书对基本的电气和电子概念、工程电路及应用、故障排查进行了全面而实用的阐述，分为直流电路、交流电路和元器件三个部分。本书提供大量的工程电路应用实例，电路测试、调试与计算机仿真贯穿始终，步骤详细的例题、形式多样的练习便于读者自学。众多技术和安全小贴士等加强了理论与实践的联系，并帮助读者加强工程思维并学以致用。本书是第9版，对部分内容进行了更新和修订，以满足当前的行业标准，包括电池技术和可再生能源等主题。

托马斯·L. 弗洛伊德（Thomas L. Floyd） 1964年获得美国佛罗里达大学电气工程学士学位，同年在德州仪器公司开始职业生涯，1968年获得南卫理公会大学电气工程硕士学位，之后在马丁·玛丽埃塔公司任职高级工程师，从事导弹制导系统和数字通信系统的研发。

目　录
译者序
前言

第一部分　直流电路
第1章　数值与单位　2
1.1　科学与工程记数法　2
1.2　国际单位制单位与词头　6
1.3　国际单位制词头之间的转换　7
1.4　测量数值　9
1.5　电气安全　11
第2章　电压、电流与电阻　19
2.1　原子　19
2.2　电荷　22
2.3　电压　25
2.4　电流　33
2.5　电阻　36
2.6　电路　45
2.7　基本电路测量　54
2.8　绿色技术　60
应用案例　62
第3章　欧姆定律、能量和功率　72
3.1　欧姆定律　72
3.2　欧姆定律的应用　76
3.3　能量与功率　80
3.4　电路的功率　83
3.5　电阻的额定功率　86
3.6　电阻中的能量转换和电压降　89
3.7　稳压电源与电池　90
3.8　故障排查方法　94
应用案例　97
第4章　串联电路　109
4.1　串联电阻　109
4.2　串联电路的总电阻　111
4.3　串联电路的电流　115
4.4　欧姆定律的应用　116
4.5　电压源的串联　120
4.6　基尔霍夫电压定律　122
4.7　分压器　127
4.8　串联电路的功率　133
4.9　电压的测量　135
4.10　故障排查　138
应用案例　143
第5章　并联电路　158
5.1　并联电阻　158
5.2　并联电路的总电阻　161
5.3　并联电路的电压　165
5.4　欧姆定律的应用　167
5.5　基尔霍夫电流定律　170
5.6　分流器　175
5.7　并联电路的功率　178
5.8　故障排查　180
应用案例　185
第6章　串-并联电路　202
6.1　识别串-并联关系　202
6.2　串-并联电路的分析　207
6.3　有载分压器　214
6.4　电压表的负载效应　219
6.5　惠斯通电桥　221
6.6　戴维南定理　225
6.7　最大功率传输定理　233
6.8　叠加定理　236
6.9　故障排查　240
应用案例　244
第7章　磁和电磁　260
7.1　磁场　260
7.2　电流的磁效应　268
7.3　电磁设备　273
7.4　磁滞　279
7.5　电磁感应　281
7.6　直流发电机　286
7.7　直流电动机　291
应用案例　294
第二部分　交流电路
第8章　交流电流与电压概述　301
8.1　正弦波形　301
8.2　正弦电压和电流　307
8.3　正弦波相位角的度量　310
8.4　正弦波表达式　314
8.5　交流电路分析　317
8.6　交流发电机　321
8.7　交流电动机　325
8.8　非正弦波　328
8.9　示波器　334
应用案例　341
第9章　电容　354
9.1　基本电容器　354
9.2　电容的类型　360
9.3　电容串联　367
9.4　电容并联　371
9.5　直流电路中的电容　373
9.6　正弦交流电路中的电容　381
9.7　电容的应用　388
应用案例　392
第10章　RC正弦交流电路　404
10.1　RC串联电路的正弦响应　404
10.2　RC串联电路的阻抗和相位角　405
10.3　RC串联电路的分析　407
10.4　RC并联电路的阻抗和相位角　416
10.5　RC并联电路的分析　419
10.6　RC串-并联电路的分析　423
10.7　RC电路的功率　427
10.8　RC电路的基本应用　431
10.9　故障排查　437
应用案例　441
第11章　电感　453
11.1　基本电感　453
11.2　电感的类型　458
11.3　电感的串联与并联　460
11.4　直流电路中的电感　462
11.5　正弦交流电路中的电感　470
11.6　电感的应用　476
应用案例　478
第12章　RL正弦交流电路　486
12.1　RL串联电路的正弦响应　486
12.2　RL串联电路的阻抗和相位角　487
12.3　RL串联电路的分析　489
12.4　RL并联电路的阻抗和相位角　496
12.5　RL并联电路的分析　499
12.6　RL串-并联电路的分析　502
12.7　RL电路的功率　506
12.8　RL电路的基本应用　508
12.9　故障排查　512
应用案例　516
第13章　RLC正弦交流电路及
谐振　526
13.1　RLC串联电路的阻抗和相位角　526
13.2　RLC串联电路的分析　528
13.3　RLC串联电路的谐振　532
13.4　串联谐振滤波器　538
13.5　RLC并联电路的分析　546
13.6　RLC并联电路的谐振　551
13.7　并联谐振滤波器　558
13.8　谐振电路的基本应用　563
应用案例　566
第14章　变压器　573
14.1　互感　573
14.2　基本变压器　575
14.3　升压变压器和降压变压器　578
14.4　二次负载　581
14.5　反射电阻　582
14.6　阻抗匹配　584
14.7　变压器额定值和特性参数　586
14.8　抽头、多绕组和脉冲变压器　589
14.9　故障排查　593
应用案例　594
第15章　积分器与微分器对脉冲输入的
响应　603
15.1　RC积分器　603
15.2　RC积分器对单个脉冲输入的
响应　605
15.3　RC积分器对周期性脉冲输入的
响应　608
15.4　RC微分器对单个脉冲输入的
响应　612
15.5　RC 微分器对周期性脉冲输入的
响应　616
15.6　RL积分器对脉冲输入的响应　618
15.7　RL微分器对脉冲输入的响应　622
15.8　积分器和微分器的应用　625
15.9　故障排查　628
应用案例　629
第三部分　元器件
第16章　二极管及其应用　639
16.1　半导体导论　639
16.2　二极管　644
16.3　二极管特性　648
16.4　二极管整流电路　651
16.5　二极管保护电路　660
16.6　稳压电源　662
16.7　专用二极管　668
16.8　故障排查　677
应用案例　680
第17章　晶体管及其应用　692
17.1　双极型晶体管的工作原理　692
17.2　BJT A类放大器　696
17.3　BJT B类放大器　709
17.4　BJT开关　713
17.5　场效应晶体管的工作原理　715
17.6　FET放大器　723
17.7　反馈振荡器　728
17.8　故障排查　734
应用案例　737
第18章　运算放大器　749
18.1　运算放大器概述　749
18.2　差分放大器　751
18.3　运算放大器参数　757
18.4　负反馈　762
18.5　负反馈运算放大器　764
18.6　运算放大器电阻　769
18.7　故障排查　772
应用案例　774
第19章　基本运算放大器　783
19.1　比较器　783
19.2　求和放大器　788
19.3　积分器和微分器　792
19.4　振荡器　797
19.5　有源滤波器　803
19.6　电压稳压器　810
应用案例　817
第20章　专用运算放大器电路　825
20.1　仪表放大器　825
20.2　隔离放大器　830
20.3　运算跨导放大器　834
20.4　有源二极管电路　841
20.5　电流源和转换器　846
应用案例　847
第21章　测量、转换和控制　857
21.1　温度检测　857
21.2　应变、压力和流速测量　867
21.3　运动测量　871
21.4　采样-保持电路　873
21.5　模拟-数字转换　876
21.6　功率控制电路　879
应用案例　882
附录
附录A　标准电阻值表　891
附录B　电容的颜色标识和
代码标识　893
附录C　诺顿定理和弥尔曼定理　897
附录D　奇数序号习题答案　903

本书对基本的电气和电子概念、工程电路及应用、故障排查进行了全面而实用的阐述，分为直流电路、交流电路和元器件三个部分。本书提供大量的工程电路应用实例，电路测试、调试与计算机仿真贯穿始终，步骤详细的例题、形式多样的练习便于读者自学。众多技术和安全小贴士等加强了理论与实践的联系，并帮助读者加强工程思维并学以致用。本书是第9版，对部分内容进行了更新和修订，以满足当前的行业标准，包括电池技术和可再生能源等主题。

托马斯·L. 弗洛伊德（Thomas L. Floyd） 1964年获得美国佛罗里达大学电气工程学士学位，同年在德州仪器公司开始职业生涯，1968年获得南卫理公会大学电气工程硕士学位，之后在马丁·玛丽埃塔公司任职高级工程师，从事导弹制导系统和数字通信系统的研发。