电气工程及其自动化(建筑电气)有中文版的英语吗？或者有没有相关的翻译书？麻烦？

单元1

一个电路

电路或电气网络由以某种方式连接的电阻、电感和电容等元件组成。如果网络不包含能源，如电池或发电机，它被称为被动网络。换句话说，如果有一个或多个能源，组合的结果就是一个主动网络。在研究电网络的特性时，我们感兴趣的是确定电路中的电压和电流。因为网络由无源电路元件组成，所以必须首先定义这些元件的电气特性。

就电阻而言，电压和电流的关系由欧姆定律给出，欧姆定律指出电阻两端的电压等于流过电阻的电流乘以电阻值。数学上表示为:u=iR (1-1A-1)其中u=电压，伏特；I =电流，安培；R =电阻，欧姆。

纯电感电压由法拉第定律定义，该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。因此，我们可以得到:U=Ldi/dt，其中di/dt =电流变化率，安培/秒；L =电感，亨利。

电容器两端建立的电压与电容器两个极板上累积的电荷q成比例。因为电荷的积累可以表示为电荷增量dq的和或积分，所以得到的方程是u=，其中电容c是与电压和电荷有关的比例常数。根据定义，电流等于电荷随时间的变化率，可以表示为i = dq/dt。因此，电荷增量dq等于电流乘以相应的时间增量，或dq = i dt，则等式(1-1A-3)可写成C =电容，法拉。

用归纳公式(1-1A-1)、(1-1A-2)、(1-1A-4)描述的三种无源电路元件如图1-65438所示。注意，图中电流的参考方向是通常的参考方向，所以流过各元件的电流与电压下降的方向一致。

有源电气元件包括将其他能量转换成电能。比如电池中的电能来自其储存的化学能，发电机的电能是旋转电枢的机械能转化的结果。

有源电气元件有两种基本形式:电压源和电流源。其理想状态是电压源两端的电压恒定，与电压源流出的电流无关。因为负载变化时电压基本不变，所以将上述蓄电池和发电机视为电压源。另一方面，电流源产生电流，电流的大小与电源连接的负载无关。虽然电流源在实际中并不常见，但其概念在等效电路的帮助下，确实广泛应用于晶体管等放大器器件中。电压源和电流源的符号表示如图1-1A-2所示。

分析电网络的一般方法是网孔分析法或回路分析法。这种方法适用的基本定律是基尔霍夫第一定律，该定律指出闭合回路中电压的代数和为0，换句话说，任何闭合回路中的电压上升都等于电压下降。网孔分析法是指:假设电路中各回路都有电流——所谓回路电流——流过，求各回路压降的代数和并使之为零。

考虑图1-1A-3a所示的电路，该电路由串联到电压源的一个电感和一个电阻组成。假设回路电流I，回路的总电压降在等式(1-1A-5)中为负，因为输入电压代表假设电流方向上的电压上升方向。因为电流方向是电压降的方向，所以每个无源元件的电压降都是正的。利用电阻和电感压降公式，可以得出方程(1-1A-6)是电路电流的微分方程。

也许在电路中，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，如果把公式(1-1A-6)中的I换成积分，就可以得到1-1A-7。

三相电路

三相电路只是三个单相电路的组合。正因为如此，在三相电路的组合元件中应用单相电路的规律，可以研究平衡三相电路的电流、电压和功率之间的关系。这样，三相电路的分析并不比单相电路难多少。单相电路用三相电路的原因，电源本身就是脉动的。当功率因数为1时，单相电路的功率值每周期为零两次。当功率因数小于1时，每个周期的一部分功率为负。虽然供给三相电路中各相的功率是脉动的，但可以证明供给平衡三相电路的总功率是恒定的。基于此，一般来说，三相电气设备的特性要优于同类单相电气设备。与相同额定容量的单相供电的设备相比，三相供电的机械和控制设备体积小、重量轻、效率高。除了三相电系统提供的上述优点外，传输三相电所需的铜线仅为相同功率下传输单相电所需的3/4。三相电压的产生三相电路可由三个频率相同、时间相位差为120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组独立电枢线圈产生，安装在交流发电机电枢上，电角度为120。线圈的头和尾都可以从发电机中引出，形成三个独立的单相回路。但一般线圈会内外相连，形成三线或四线三相系统。有两种方法连接三相发电机的线圈。一般来说，也有两种方法将任何类型的设备连接到三相电路。它们是星形(Y)连接和角形(D)连接。大多数发电机以星形(Y)连接，但是负载可以以星形(Y)或角形(D)连接。星形(Y)连接发电机1-1B-2a的电压图显示了发电机的三个线圈或相绕组。这些绕组根据产生的电动势分布在电枢表面，时间相位差为120。每个线圈的两端标有字母S和F(开始和结束)。在图1-1B-2a中，所有标有S的线圈端接在一个公共点N上，标有F的三个线圈端引出到A、B、C端，形成三相三线供电。这种连接形式称为Y形连接。中性连接常引出至接线板，如图1-1B-2a虚线所示，形成三相四线制。交流发电机每相产生的电压称为相电压(符号Ep)。如果中性连接从发电机引出，从任何端子A、B或C到中性连接N的电压就是相电压。三个端子A、B或C中任意两个之间的电压称为线间电压，或简称为线电压(符号EL)。三相系统的三相电压依次出现的顺序称为电压的相序或相序。这是由发电机的旋转方向决定的，但是可以通过交换发电机外部的三个线路导体中的任意两个(不是一个线路导体和中性导体)来改变相序。如图1-1B-2b所示将三相绕组排列成Y形，有助于绘制Y形连接电路图。请注意，图1-1B-2b所示的电路与图1-1B-2a所示的电路完全相同。在每种情况下，连接到中性点的每个线圈的S端子和F端子被引出到线路板。画出所有连接点都用字母标注的电路图后，画出的相量图如图1-1B-2c所示。相量图可以显示间隔为120的三相电压。请注意，在图1-1B-2中，每个相量由一个带有两个下标的字母表示。这两个下标表示电压的两个端点，字母顺序表示电压在正半周的相对极性。例如，符号表示A点和N点之间的电压，在其正半周，A点相对于N点为正..在所示的相量图中，假设在正半周期间，发电机端子相对于中性线为正。因为电压每半周反转一次，所以我们也可以规定在电压的正半周内，A点相对于N点为负，但对每相的规定应该是一样的。需要注意的是，如果A点相对于n的极性()定义在电压的正半周，则应画在同一个相量图中，即相位差为180 Y的Y接法发电机任意两个端子之间的电压等于两个端子相对于中性线的电位差。例如，线电压等于端子A和零线()之间的电压减去端子B和零线()之间的电压。为了从中减去，有必要反转并加上这个相量。相量和幅值相等，相位差为60°，如图1-1B-2c。从图中可以看出，可以用几何证明它等于1.73乘以()或()。图形结构如相量图所示。因此，在对称Y形接法中，星形(Y)接法发电机的电流关系是从发电机端子A、B、C(图1-1B-2)流向线路导体，必须从中性点N流出，经过发电机线圈。因此，流过每根导线的电流()必须等于与之相连的相电流()。IL = y结中的IP。

第二单元

运算放大器

运算放大器广义放大器等电子器件的一个问题是其增益AU或AI取决于双口系统的内部特性(M，B，RI，Ro等。).器件之间参数的分散和温度漂移使得设计工作更加困难。设计运算放大器或运算放大器的目的是尽可能降低对其内部参数的依赖，尽可能简化设计工作。运算放大器是一种集成电路，其中有许多电阻、晶体管等元件。对此，我们将不描述这些组件的内部工作原理。

对运算放大器的全面分析超出了某些教科书的范围。这里我们将详细研究一个例子，然后给出两个运算放大器定律并说明如何在许多实际电路中使用它们进行分析。这两个定律允许人们在不详细了解运算放大器的物理特性的情况下设计各种电路。因此，对于需要在不同技术领域使用简单放大器而不是在晶体管级别进行设计的研究人员来说，运算放大器非常有用。在《电路与电子》教材中，也讲解了如何用运算放大器搭建一个简单的滤波电路。作为运算放大器集成电路的构建模块——晶体管，将在下一篇文章中讨论。

理想运算放大器的符号如图1-2A-1所示。图中仅示出了三个引脚:正输入、负输入和输出。运算放大器正常工作所需的其它引脚，如电源引脚和零引脚，未示出。在实际电路中使用运算放大器时，后者是必要的，但本文讨论理想运算放大器的应用时，不必考虑后者。两个输入电压和输出电压由符号U+、U-和Uo表示。每个电压指的是相对于zero引脚的电位。运算放大器是差分器件。这种差异意味着相对于零引脚的输出电压可以用以下公式表示(1-2A-1)，其中A是运算放大器的增益，U+和U-是输入电压。换句话说，输出电压是两个输入之间电位差的a倍。

集成电路技术使得在非常小的半导体材料复合“芯片”上安装许多放大器电路成为可能。运算放大器成功的一个关键是许多晶体管放大器“串联连接”以产生非常大的总增益。也就是说，方程(1-2A-1)中的数A约为100000或更多(例如，串联5个晶体管放大器，每个放大器的增益为10，所以会得到这个值A)。第二个重要因素是，这些电路是根据流入每个输入端的电流非常小的原理设计和制造的。第三个重要的设计特性是运算放大器的输出阻抗(Ro)非常小。也就是说，运算放大器的输出是一个理想的电压源。

现在我们可以利用这些特性来分析图1-2A-2所示的特殊放大器电路。首先注意，正极输入的电压U+等于电源电压，即U+=Us。每个电流的定义如图1-2A-2中的图B所示。将基尔霍夫定律应用于图1-2A-2b的外环，我们可以看到，输出电压Uo指的是它和零引脚之间的电位，因为运算放大器是按照正输入端和负输入端没有电流流入的原理制作的，即I-=0。那么对于负输入，利用基尔霍夫定律可以得到I1 = I2，利用方程(I1 =I2 =I I，U0 = (R1 +R2) I (1-2A-3)可以设定I 1-2A-2。负输入电压U-可得:因此，U-=IR1，由公式(1-2A-3)可得:由于现在已有U+和U-的表达式，所以可以用公式(1-2A-1)计算输出电压，综合上述等式即可。如果a是一个非常大的数，大到足以使ar 1 >；& gt(R1 +R2)，那么分数的分母主要由AR1决定，分子和分母中存在的系数a可以消去，增益可以用下面的公式表示，即(1-2A-5b)，如果a很大，那么电路的增益与a的确切值无关，可以通过R1和R2的选择来控制。这是运算放大器设计的重要特点之一——在信号的作用下，电路的动作只取决于设计者可以轻易改变的外部元件，而不取决于运算放大器本身的细节。注意，如果A = 100000，且(R1 +R2) /R1=10，那么这个优势所付出的代价就是生产出一个电压增益为100000倍的器件。从某种意义上说，使用运算放大器是以牺牲“能量”来换取“控制”。

对各种运算放大器电路都可以做类似的数学分析，但是比较麻烦，有一些非常有用的捷径，涉及到我们目前提出的运算放大器两定律的应用。

1)第一定律说明，在一般的运算放大器电路中，可以假设输入端之间的电压为零，也就是说，

2)第二定律说明，在一般的运算放大器电路中，可以假设两个输入电流为零:I+=I-=0。

第一定律是因为固有增益a的值非常大。举个例子，如果运算放大器的输出是1V，A = 100000，那么这是一个非常小的可以忽略不计的数，所以可以设置U+=U-。第二定律来自于运算放大器的内部电路结构，使得基本上没有电流流入任何输入端。

b晶体管

简单来说，半导体就是可以通过“掺杂”产生多余电子的物质，也称自由电子(N型)；或产生“空穴”，又称正电荷(P型)。通过N型掺杂和P型掺杂处理的锗或硅的单晶可以形成半导体二极管，其具有我们已经描述的工作特性。晶体管也是以类似的方式形成的，就像两个二极管，中间有一个阳层，背对背。男性中间层是以相互作用的方式渗透到两个边缘层中的，因此中间层比两个边缘层或边缘区域薄得多。PNP或NPN(图1-2B-1)显然是可行的。PNP或NPN用于描述两种基本类型的晶体管。因为晶体管包含两个极性不同的区域(如“P”区和“N”区)，所以称为双向器件，或双向晶体管。因此，晶体管有三个区域，从中引出三个管脚。为了使工作电路工作，晶体管需要连接到两个外部电压或极性。其中一个外部电压像二极管一样工作。事实上，如果保持这个外部电压，去掉上面的部分，晶体管就会像二极管一样工作。例如，在简单的收音机中，晶体管被用作检测器而不是二极管。在这种情况下，它的作用与二极管相同。正向偏置电压或反向偏置电压可以施加到二极管电路。当施加正向偏置电压时，如图1-2B-2所示的PNP晶体管，电流从底部的P电极流向中间的N电极。如果在晶体管的顶极和底极之间施加第二电压，并且底极电压的极性相同，那么流经中间层N区的电子将激发从晶体管底部流向顶部的电流。在制造晶体管的过程中，通过控制不同层的掺杂程度，通过负载电阻流过第二电路的电流的导电性是非常显著的。实际上，当晶体管的下半部分正向偏置时，底部的P区就像一个取之不尽的自由电子源(之所以叫发射极，是因为底部的P区发射电子)。这些电子被顶部的P区接收，所以称为集电极，但实际流过这个特定电路的电流是由施加在中间层的偏置电压控制的，所以中间层称为基极。因此，当晶体管施加的电压一个接一个正确时，实际上有两个独立的“工作”电路(图1-2B-3)。一种是偏置电压源、发射极和基极形成的回路，称为基极电路或输入电路；第二种是集电极电压源和晶体管的三个区形成的电路，称为集电极电路或输出电路。(注:这个定义只适用于发射极是两个电路的公共端的情况——称为* * *发射极连接。)这是晶体管最常见的连接方式，当然还有另外两种连接方式——* * *基极连接和* * *集电极连接。但是晶体管的工作原理在每种情况下都是一样的。这种电路的特点是相对较小的基极电流可以控制和激励大得多的集电极电流(或者更恰当地说，小的输入功率可以产生大得多的输出功率)。换句话说，晶体管起着放大器的作用。在这种工作模式下，基极-发射极电路是输入端；穿过基极的发射极和集电极电路是输出端。虽然基极和发射极是公共路径，但两个电路实际上是独立的。就基极电路的极性而言，晶体管的基极和集电极相当于一个反向偏置二极管，所以没有电流从基极电路流向集电极电路。要使电路正常工作，当然加在基极电路和集电极电路上的电压极性必须正确(基极电路加正偏压，集电极电源的连接要保证公端(发射极)的极性与两个电压源的极性相同)。这意味着电压极性必须与晶体管类型相匹配。在上面提到的PNP晶体管中，发射极电压必须为正。因此，基极和集电极相对于发射极的极性是负的。PNP晶体管的符号有一个箭头表示发射极上电流的方向，总是指向基极。(在PNP晶体管中，“P”代表正)。在NPN晶体管中，工作原理完全相同，只是两个电源的极性刚好相反(图1-2B-4)。也就是说，发射极相对于基极和集电极的极性总是负的(在NPN晶体管中，“n”代表负)。这也可以从NPN晶体管的符号中发射极上反方向的箭头看出，即电流从基极流出。虽然现在生产的晶体管有上千种不同的型号，但是晶体管的各种外壳形状的数量相对有限，尽量用一个简单的码到(晶体管形状)后跟一个数字作为统一的标准。TO1是最早的晶体管外壳——一个圆柱形的“盖子”，底部有三个引脚，在底部形成一个三角形。当看底部时，三角形上的引脚是基极，右边的引脚(用彩色点标记)是集电极，左边的引脚是发射极。从集电极引脚到基极引脚的距离可以大于从发射极引脚到基极引脚的距离。除了外壳之外，三个引脚可以具有类似的三角形形状(但是基极、集电极和发射极的位置不一定相同)，或者三个引脚可以排列成直线。容易混淆的问题是，TO号相同的子系列产品的引脚位置不一样。比如TO92的三个针脚排成一条直线，平行于半圆形“外罩”的切面。看TO92的底部时，切面向右平齐，从上往下读，针脚的顺序是1，2，3。(注“可以”中的“否则”翻译为不同和特殊。这里的“特殊圆盖”应该是指在圆平面上画一条直径小于或等于圆平面的弦，沿轴向切割而成的半个或半个圆柱体。切割后形成的截面就是本文所说的a面，这也是目前非常常见的晶体管外壳。)对于TO92子系列a (TO92a): 1=发射极2=集电极3=基极对TO92子系列b (TO92b): 1=发射极2=基极3=集电极，有些晶体管只有两个管脚(第三个管脚已经接在里面的外壳上了)比较混乱；一些与晶体管形状相似的外壳底部有三个以上的引脚。其实这些都是集成电路(IC)，和晶体管封装在同一个外壳里，只是看起来像晶体管。更复杂的集成电路(IC)以不同的形状封装，例如扁平封装。根据外壳的形状很容易识别功率晶体管。它们是带有两个安装孔的延伸底板的金属外壳。功率晶体管只有两个引脚(发射极和基极)，通常都有标记。收集器在内部连接到外壳，因此与收集器的连接是通过装配螺栓或外壳的底面。