Schaltungen der elektrischen Energietechnik. Entwurf und Analyse. 2. Ausbildungsjahr. Industrie und pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Stam

作者:A. Feuer

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-09-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783823700104

丛书系列:

图书标签:

• Elektrotechnik
• Schaltungen
• Energie
• Ausbildung
• Industrie
• Handwerk
• Lernmaterialien
• Entwurf
• Analyse
• Technik

高级电子系统设计与应用：面向现代工程实践的深度解析 本书面向具有一定电子技术基础，并希望深入掌握复杂电子系统设计、仿真与实际应用的高级工程技术人员、研究生及专业技术学员。 全书聚焦于当前快速发展的电子工程前沿领域，尤其侧重于如何将理论知识高效转化为可执行、高性能的工程解决方案。本书旨在构建一个从概念设计、理论建模到实际部署与性能优化的完整知识框架。 第一部分：前沿电路理论与建模（Advanced Circuit Theory and Modeling） 本部分深入探讨了传统电路理论在处理高频、高功率及非线性系统时的局限性，并引入了现代工程所需的先进分析工具。 1. 广义网络分析与拓扑结构优化： 详细解析了多端口网络、非互易网络（Non-reciprocal Networks）的S参数、H参数及Z参数在高维系统中的应用。重点讨论了使用矩阵代数对大规模电路拓扑进行简化和优化，特别是针对大规模集成电路（VLSI）中信号完整性（SI）和电源完整性（PI）问题的分析方法。引入了拓扑重构算法，用于在满足特定性能指标（如带宽、噪声容限）的前提下，寻找最优的元件布局和连接方式。 2. 非线性器件的精确建模与仿真： 超越传统的线性化模型，本章深入研究了功率半导体器件（如SiC MOSFET、GaN HEMT）及先进晶体管（FinFET、GAAFET）的亚阈值区行为、热效应模型和瞬态响应。探讨了基于物理的（Physics-Based）模型与基于数据的（Data-Driven）模型（如神经网络辅助模型）的结合，以实现更贴近实际工作状态的仿真精度。着重分析了寄生参数对高频性能的耦合影响及去嵌（De-embedding）技术。 3. 随机过程与系统噪声分析： 从概率论和随机过程的角度对电子系统中的不确定性进行了量化分析。详细介绍了功率谱密度（PSD）、自相关函数在分析系统抖动（Jitter）和相位噪声（Phase Noise）中的应用。针对宽带通信系统和精密测量仪器，提出了多种白化（Whitening）滤波器设计方法，用以最大化信噪比（SNR）并有效抑制环境噪声和器件固有噪声。 第二部分：高效能电源与功率电子系统设计（High-Efficiency Power Electronics and Conversion） 本部分是本书的基石之一，重点关注如何设计出高效率、高功率密度、高可靠性的电力转换系统。内容涵盖了从电网侧接口到负载侧供能的全流程技术。 1. 现代磁性元件设计与集成： 深入解析了铁氧体材料的损耗模型（包括动态磁化损耗和涡流损耗）与有限元法（FEM）在电感器和变压器设计中的应用。重点讲解了平面磁技术（Planar Magnetics）和集成磁学（Integrated Magnetics）如何解决传统绕线元件的体积和热管理问题。详细阐述了EMI/EMC的磁学解决方案，如共模扼流圈的设计准则。 2. 先进开关技术与控制策略： 聚焦于宽禁带半导体（WBG）器件在电力电子中的应用，对比了Si、SiC和GaN在开关速度、导通电阻和热阻抗方面的特性。系统介绍了新型拓扑结构，如多电平变换器（Multilevel Converters，如T型、级联H桥）和交错（Interleaving）技术在提高效率和降低纹波电流方面的优势。 3. 数字化控制与实时优化： 本书将数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵（FPGA）在电力电子中的应用提升到新的高度。详细讲解了基于模型预测控制（MPC）、滑模控制（SMC）等先进控制算法在保证系统动态响应的同时，如何利用快速采样和计算能力实现对开关频率和占空比的实时优化，以应对输入电压或负载变化。特别关注了数字谐波抑制技术。 第三部分：高速信号传输与电磁兼容性（High-Speed Interconnects and EMC） 随着数据速率的提升，信号完整性已成为电子系统设计的核心挑战。本部分提供了一套系统化的方法来应对高速互连中的失真和干扰问题。 1. 传输线理论的深入应用与阻抗匹配： 超越简单的RLC模型，详细分析了非均匀特性阻抗传输线（如PCB走线、连接器）的瞬态响应。引入了时域反射测量（TDR）和时域透射测量（TDT）的精确解释，用以识别阻抗不连续点。讨论了差分信号（Differential Signaling）的串扰（Crosstalk）最小化技术，包括间距优化和参考平面设计。 2. 封装与PCB层叠设计对SI的影响： 分析了芯片封装（Die-Package Co-design）中的引线电感和封装电容对高速I/O性能的影响。对于多层PCB，详细阐述了如何设计电源层和地层（Power/Ground Stacking）以最小化回路阻抗，并提出了一种考虑介质损耗和铜箔粗糙度影响的传输线模型。 3. 辐射发射与抗扰度的工程化对策： 系统地讲解了电磁兼容性（EMC）设计的三个核心要素：源头抑制、传播路径阻断和接收端抗扰度。重点介绍了屏蔽设计（如机箱屏蔽效能的计算）、滤波器的选择与布局，以及关键信号回流路径的管理，以确保系统满足严格的国际EMC标准（如CISPR和FCC标准）。内容包括对共模噪声和差模噪声的有效分离与抑制。 第四部分：系统级验证、测试与可靠性工程（System Validation, Testing, and Reliability） 设计完成并非终点，本部分着眼于如何科学地验证、测试并确保系统的长期稳定运行。 1. 边界扫描与设计验证（Design for Testability, DFT）： 讨论了在复杂数字电路中实现可测试性的重要性。详细介绍了JTAG/Boundary Scan架构的应用，以及如何利用环回测试（Loopback Testing）和内建自测试（BIST）机制来快速定位硬件故障。对于模拟和混合信号电路，则侧重于基于特征参数的在线诊断方法。 2. 热管理与可靠性寿命预测： 详细介绍了瞬态热分析（Transient Thermal Analysis）在评估器件热点和系统散热设计中的作用。应用流体动力学（CFD）工具对风冷、液冷系统的气流和热边界层进行建模。引入了基于阿伦尼乌斯模型（Arrhenius Model）和威布尔分布（Weibull Distribution）的加速老化测试与寿命预测方法，特别关注了在高应力（高温、高电压）工作环境下的早期失效分析（Infant Mortality Analysis）。 3. 综合系统级仿真与HIL测试： 介绍如何使用工具链（如MATLAB/Simulink与Spice/HFSS的联合仿真）来执行全系统性能评估。重点阐述了硬件在环（Hardware-in-the-Loop, HIL）测试平台在验证控制算法和系统鲁棒性方面的优势，尤其是在电力电子和自动控制领域，如何模拟复杂的电网扰动或机械负载变化，以确保设计的安全裕度。 本书特色： 本书的案例分析均来源于工业界最新的工程实践，结合了先进的仿真软件技术与实际的测量数据进行对比验证，确保理论与实践的无缝对接。内容组织强调自洽性和深度，为读者提供了一个全面、深入且高度实用的现代电子工程技术参考指南。

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这本书的排版和图表质量简直是教科书中的典范。在电力电子领域，概念往往是抽象的，没有清晰、精确的图示辅助，学习效率会大打折扣。这本书在这方面做得极其出色，几乎每一个重要的公式推导或者电路拓扑结构，都配有高质量的工程图。我最欣赏的是那些动态过程的示意图，比如开关器件的切换时序图，它们被绘制得极为精细，各种波形的滞后、超调和纹波都被清晰地标注出来，这比单纯看公式推导要直观太多了。我记得有一次我在尝试理解一个三相逆变器的调制策略时，卡住了很久，就是因为其他资料的图示不够清晰。翻开这本书的相应章节后，通过那张层次分明的时序图和对应的输出电压波形图，我立刻就豁然开朗了。这种对细节的极致追求，体现了编者对教育对象的深刻理解——他们知道工科学生真正需要的是什么，而不是冗余的文字叙述。此外，书中的字体选择和行间距也恰到好处，长时间阅读下来，眼睛的疲劳感明显减轻，这对于需要长时间钻研技术细节的学习者来说，是一个不可忽视的优点。

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不过，我也必须指出，这本书的语言风格和对某些高级概念的引入速度，对于纯粹的初学者来说，可能是一个小小的挑战。它的叙述风格倾向于直接、简洁，更像是对一个已经具备基本物理常识的受众进行知识的“提纯和升华”，而不是“从零开始的启蒙”。例如，在介绍脉冲宽度调制（PWM）的变种时，作者对某些基础概念的默认理解程度较高，没有花额外的篇幅去铺垫背景知识。这对于已经学过基础电路的二年级学生来说是高效的，但对于那些基础可能不太牢固的读者，可能需要在阅读过程中频繁地查阅前置知识点的补充材料。这种“快节奏”的学习体验，虽然能让进度快的同学受益匪浅，但也意味着它对读者的自学能力有一定的要求。因此，如果将它定位为一本自学教材，我建议学习者最好能同时手边有一本更基础的电路原理书籍作为参照，以便在遇到知识点“跳跃”的地方能够迅速稳固地接上轨道。

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这本书的封面设计很吸引人，那种沉稳的深蓝色调，配上清晰的白色字体，立刻让人感觉到这是一本非常专业且内容扎实的教材。我是在一个朋友的推荐下找到它的，当时我正在为即将到来的高级技术考试做准备，急需一本能够系统梳理电力电子系统设计与分析知识点的参考书。初步翻阅下来，我发现它的结构安排非常巧妙，尤其是在初级阶段的电路基础回顾部分，作者并没有简单地重复高中或初级职业教育的内容，而是用一种更加工程化的视角重新审视了基本定律，这对于我们这些需要从理论快速过渡到实际应用的人来说，无疑是极大的便利。例如，它对欧姆定律和基尔霍夫定律在复杂交变电路中的应用，提供了比标准教科书更深入的案例分析，这一点让我印象非常深刻。我特别欣赏它在章节安排上遵循的学习曲线，从最基础的元件特性到复杂拓扑结构的性能评估，循序渐进，丝毫没有让人感到知识点堆砌的突兀感。总的来说，第一印象是非常积极的，它成功地在“学术严谨”和“实用导向”之间找到了一个完美的平衡点，让人有信心投入时间去深入研读。

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综合来看，这本书的价值点在于其无与伦比的“工程实用性”与“结构逻辑性”的完美结合。它成功地避免了学术著作的冗长和普通手册的零散，形成了一种独特的、紧凑且高效的学习体验。书中的习题设计也体现了这一点，它们往往不是孤立的计算题，而是小型工程问题的缩影，要求读者综合运用多个章节的知识点才能得出完整解。我尤其喜欢那些涉及故障分析和系统鲁棒性的讨论部分，这让读者在学习如何“构建”的同时，也学会了如何“保护”和“诊断”。它给我的感觉是，这不是一本简单地罗列公式和定义的工具书，而更像是一位经验丰富、要求严格的导师，通过清晰的蓝图和严苛的测试，将学生引向成为合格的电力工程师的道路。对于志在从事电气设备设计与维护的行业人士，这本书绝对是一份值得反复翻阅、并能在不同职业阶段带来新领悟的宝贵资源。

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当我深入到关于“设计”这一核心模块时，这本书展现出了其作为“工业与手工业学习材料”的真正价值。它不仅仅是告诉我们“是什么”，更着力于“如何做”。设计环节的处理方式非常接地气，它似乎预设了读者即将面临的是一个真实的、受预算和物理限制的工程项目，而不是一个理想化的课堂作业。书中对于元器件选型、热管理初步考量以及容差分析的讨论，虽然篇幅不算长，但切中要害。比如，在讨论功率因数校正（PFC）电路时，它没有停留在理想模型的数学推导上，而是加入了关于电感饱和裕度和电容等效串联电阻（ESR）对整体效率影响的实用性分析。这种“从理论到实践的桥梁搭建”是我在很多其他同类书籍中未能发现的。对于二年级水平的学习者来说，这种引导至关重要，它能帮助我们建立起工程师的思维模式，即任何设计决策都必须在理论可行性和实际约束之间进行权衡。这种务实的态度，让这本书的实用价值远远超过了一般的理论参考书。

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