part 1 电气与电子工程基础。
unit 1
a: 电路（p1-4）
电路是由诸如电阻、电感和电容这些元件按某种方式连接而成的。如果电路中不含诸如电池或发电机等能源，该电路称为无源网络。反之，如果电路中具有一个或若干个能源，则该组合系统为有源网络。
在电路性能的研究中，我们感兴趣的是电路中所存在的电压和电流的测定。因为电路是由无源电路元件所组成的，所以我们必须首先说明这些元件的电气特性。
就电阻来说，电压-电流的关系由欧姆定律决定，欧姆定律指出：电阻两端的电压等于电阻上流过的电流乘以电阻值。从数学意义上来说，这可以表达为。
1-1a-1）
式中u为电压（伏特），i为电流（安培），r为电阻（欧姆）。
纯电感两端的电压由法拉第定律决定，法拉第定律指出：电感两端的电压与流经电感的电流随时间的变化率成正比。则有。
（1-1a-2）
式中di/dt为电流的变化率（安培/秒），l为电感值（亨特）。
电容两端产生的电压与电容器极板上积累的电荷q成正比。因为积累的电荷量可表示为电荷增量dq的累加或积分，则我们可得公式。
（1-1a-3）
式中电容c是与电压和电荷有关的比例常数。由定义，电流等于电荷随时间的变化率，则可表示成i=dq/dt。因此，电荷的增量dq等于电流乘以相应的时间增量，即dq=idt。
则公式（1-1a-3）可写成。
（1-1a-4）
式中c为电容值（法拉第）。
图1-1a-1概括了公式（1-1a-1），（1-1a-2）和（1-1a-4）所描述的三种无源电路元件。注意，图中采用了约定的电流方向，因此每个元件上流经的电流方向是沿着电压下降的方向。
有源电气装置牵涉到能量与电的转换。例如，电池中的电能是由储存于其中的化学能产生的；而发电机中的电能则来自于旋转电枢所产生的机械能。
有源电气元件以两种基本形式出现：电压源和电流源。在理想状态下，电压源可产生与其电流无关的恒定电压。
由于上述的电池和发电机实际上载有恒定的电压，因此可视其为电压源。另一方面，电流源产生的电流与其相连的负载的量值无关。尽管在实际应用中电流源并不常见，但是我们可以将此概念广泛地应用在通过等效电路表示放大装置（如晶体管）的场合中。
电压源和电流源的符号表示如图1-1a-2所示。
网孔（回路）分析法是电路分析的常用方法。此方法中应用的基本原理为基尔霍夫第一定律，基尔霍夫第一定律指出：闭合回路中电压的代数总和为零，即在任意的闭合回路中，上升的电压总和必然等于下降的电压总和。
在回路分析法中，先指定电路中每个回路的电流（称为回路电流）方向，再求出每个回路内电压降的代数总和，最后令每个代数和为零。
假定有如图1-1a-3a所示的电路，该电路有电感，电阻和电压源e串联而成。假设回路电流为i，回路内电压降的总和为。
1-1a-5）
因为沿着指定的电流方向，输入电压表示的是电压的增加，所以输入电压总和为负。由于流经每个无源元件的电流方向与电路中产生电压的方向一致，因而其相应的电压降为正。
由电阻和电感的电压公式，可得。
（1-1a-6）
公式（1-1a-6）为电路中电流的微分方程。
或许在电路中，人们感兴趣的变量是电感电压而不是电感电流。如图1-1a-1所示，。将此积分替换公式（1-1a-6）中的i，可得。
（1-1a-7）
对公式（1-1a-7）两边关于时间变量求微分，可得。
1-1a-8）
上式为电感电压的微分方程。
图1-1a-3b表示由电阻，电感和电容组成的串联电路。根据上述的回路分析法可知，其电路方程为。
1-1a-9）
前述已得电流i=dq/dt，将此变量代入上式即可消除方程中的积分。其结果为二阶微分方程。
b 三相电路
三相电路不过是三个单相电路的组合。因为这个事实，所以平衡三相电路的电流、电压和功率关系可通过在三相电路的组合元件中应用单相电路的规则来研究。这样看来，三相电路比单相电路的分析难不了多少。
使用三相电路的原因。
在单相电路中，功率本身是脉动的。在功率因数为1时，单相电路的功率值每个周波有两次为零。当功率因数小于1时，功率在每个周波的部分时间里为负。
虽然供给三相电路中每一相的功率是脉动的，但可证明供给平衡三相电路的总功率是恒定的。基于此，总的来说三相电气设备的特性优于类似的单相电气设备的特性。
三相供电的机械和控制设备与相同额定容量的单相供电的设备相比： 体积小， 重量轻，效率高。除了三相系统提供的上述优点，三相电的传输需要的铜线仅仅是同样功率大小单相电传输所需铜线的3/4。
三相电压的产生。
三相电路可由三个频率相同在时间相位上相差120°电角度的电动势供电。这样的三相正弦电动势如图 1-1b-1 所示。这些电动势由交流发电机的三套独立电枢线圈产生，这三套线圈安装在发电机电枢上，互相之间相差120°电角度。
线圈的头尾可以从发电机中全部引出，组成三个独立的单相电路。然而一般线圈无论在内部或在外部均会相互连接，形成三线或四线三相系统。
连接三相发电机线圈有两种方法，一般来说，把任何类型的装置连接到三相电路也存在两种方法。它们是星（y）形联接和角（d）形联接。大多数发电机是星（y）形联接，但负载可以是星（y）形联接或角（d）形联接。
星（y）形联接发电机的电压关系。
图1-1b-2a 表示发电机的三个线圈或相绕组。这些绕组在电枢表面上是按它们产生的电动势在时间相位上相差120°分布的。每一个线圈的两端均标有字母s和f (起始和终结)。
图1-1b-2a中，所有标有s的线圈端连接到一个公共点n，三个标有f的线圈端被引出到接线端a、b和c ，形成三相三线电源。这种联接形式被称为y形联接。中性联接经常被引出接到接线板上，如图1-1b-2a 的虚线所示，形成三相四线系统。
交流发电机每相产生的电压被称为相电压（符号为ep）。如果中性联接从发电机中引出，那么从任一个接线端a、 b或 c到中性联接n间的电压为相电压。三个接线端a、 b或 c 中任意两个间的电压被称为线到线的电压，或简称线电压（符号为el）。
三相系统的三相电压依次出现的顺序被称为相序或电压的相位旋转。这由发电机的旋转方向决定，但可以通过交换发电机外的三条线路导线中的任意两条(不是一条线路导线和中性线)来改变相序。
将三相绕组排列成如图1-1b-2b 所示的y形有助于y形联接电路图的绘制。注意，图1-1b-2b所示的电路与图1-1b-2a所示的电路完全一样，在每一种情况下，连接到中性点的每一个线圈的s端和f端都被引出到接线板。在画出所有的接线点都标注了字母的电路图后，绘制的相量图如图1-1b-2c所示。
相量图可显示相隔120° 的三相电压
请注意在图1-1b-2中每一个相量用带有两个下标的字母表示。这两个下标字母表示电压的两个端点，字母顺序表示在正半周时电压的相对极性。例如，符号表示点a和n间的电压，在其正半周，a点相对于n点为正。
在所示的相量图中，已假定在正半周时发电机接线端相对于中性线为正。因为电压每半周反一次相，所以我们也可规定在电压的正半周a点相对于n点为负，但对每一相的规定要一样。要注意到，如果是在电压的正半周定义a点相对于n的极性( )那么在用于同一相量图中时就应该画得同相反，即相位差为180°
y形联接发电机的任意两个接线端间的电压等于这两个接线端相对于中性线间的电位差。例如，线电压等于a接线端相对于中性线间的电压()减去b接线端相对于中性线间的电压()。为了从中减去 ，必需将反相，并把此相量加到上。
相量和幅值相等，相位相差60°，如图1-1b-2c所示。由图形可以看出通过几何学可以证明等于1.73乘以 （）或（） 图形结构如相量图所示。
因此，在对称y形（y）形联接中。
星联接发电机的电流关系
从发电机接线端a、 b和c (图 1-1b-2)流到线路导线的电流必定从中性点n中流出，并流过发电机线圈。因此流过每一条线路导线的电流( )必定等于与其相连接的相电流( )在y形联接中il=ip
unit 2
a: 运算放大器（p9-12）
对应于像广义放大器这样的电子装置，一个问题就是增益au或ai，它们取决于两输入端系统的内部特性（如μ，βri，ro等）。通常，这些参数往往随着装置和温度的改变而不同，因而很难设计。我们可以设计运算放大器（简称运放），以减小这种与外界因素的依赖关系，并增大设计的容易程度。
运放是由许多像电阻和三极管这样的部件构成的集成电路。这里，我们不打算描述其内部操作。
关于运放的综合性分析已超出了某些教材的论述范围，因而我们将详细地研究一个实例，然后提出两个运放定律，并表明如何将其应用于实际电路的分析中。这两个定律使我们可以在没有深入理解该装置的物理意义的前提下即可实现电路的设计。因此，对于那些需要构造简单的放大器而无需深入设计的各技术领域的研究人员来说，运放的用途的确很大。
在电路和电子学教材中，研究人员还指出了如何利用运放构造简单的滤波电路。其中还论述了晶体管放大器——构成运放集成电路的组件块。
图1-2a-1显示了用作理想运放的符号。图中，仅标出了三个引出端：正输入端、负输入端和输出端。
但并未标出用以驱动运放的所必要的其他引出端，例如接电源和接地的附属装置。尽管后者对实际电路中运用运放时是必需的，但是在本章中对于我们所研究的理想运放的场合下却不必考虑。图中，两个输入端和输出端的电压可用符号u +，u -和u0表示。
每个电压都是相对于地电位测得的。运算放大器是差动装置。由此可知，相对于地电位的输出电压可表示为。
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