电子工程师必读元器件与技术.pdf
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2020年11月30日
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电子工程师的一本实际操作指南
电子工程师必读元器件与技术讲解了电子工具的使用原理和操作方法，具体电路元器件，如晶体管，集成电路，继电器等的原理与集成方法，逻辑电路和pcb电路板设计原理，通用的spi，i2c，rs232，usb等电路接口标准，以及数字万用表，示波器等测试设备的操作方法。
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内容简介
本书是一本电子学方面的实际操作指南，这些知识大多需要多年的工作实践才能从中总结出来。本书的每章将就特定的主题进行讨论，以便读者理清脉络，迅速找到问题的答案。比如，如何阅读电子元件的数据表，如何决定微控制器的接口管脚上能连接多少个元件，如何装配各种型号的连接器，如何把信号接口电路上的噪声和干扰降到最低，如何决定模拟-数字转换器的分辨率，不同型号的串口和网络接口是怎样工作的，以及怎样使用开源工具进行电路图绘制和PCB布局，等等。
关于作者
作者简介：
John M. Hughes
嵌入式系统工程师，在电子学、嵌入式系统及软件、航天系统和科学应用开发等领域拥有30余年的从业经验。曾负责为凤凰号火星探测器开发表面成像软件。他所在的一个小组还开发了新型合成外差激光干涉仪，用于校正韦伯太空望远镜镜片的位置控制。
译者简介：
李薇濛
2015年毕业于北京航空航天大学电子信息工程专业。现攻读中国石油大学(北京)英语翻译硕士。曾参与北航《卫星导航信号接收处理技术实验教程》的编写和无线电导航设备手册的翻译工作。完成《地基区域完好性监视系统监测数据分析处理》等论文。拥有全国翻译专业资格二级笔译证书。
目录大全
第1章运动的电子1
1.1原子和电子1
1.2电荷和电流2
1.3基本电路中的电流3
1.4欧姆定律5
1.5功率6
1.6电阻6
1.7示例：制造分压器7
1.8总结8
第2章紧固件和黏合剂9
2.1螺钉和螺栓9
2.1.1螺钉和螺栓的尺寸10
2.1.2螺丝刀的类型11
2.1.3螺钉螺栓头型12
2.1.4选择螺钉和螺栓13
2.1.5垫圈14
2.1.6自攻丝螺钉15
2.2铆钉16
2.3黏合剂和黏合16
2.3.1胶、环氧树脂和溶剂17
2.3.2木材和纸材的黏合17
2.3.3塑料的黏合18
2.3.4金属的黏合18
2.3.5特殊用途的黏合剂19
2.4总结19
第3章工具20
3.1螺丝刀20
3.2钳子21
3.3剪线钳21
3.4剥线钳22
3.5压接工具22
3.6套筒扳手和六角扳手23
3.7夹子24
3.8虎头钳25
3.9旋转工具26
3.10磨床27
3.11电钻27
3.12钻头28
3.13丝锥和板牙29
3.14小手锯29
3.15小型电锯29
3.16专业金属加工工具30
3.17镊子31
3.18焊接工具31
3.19放大镜和显微镜32
3.20工作区33
3.21总结34
第4章工具使用方法35
4.1紧固件的使用35
4.1.1螺丝刀的类型和尺寸35
4.1.2自攻丝螺钉37
4.1.3六角凹头紧固件和六角扳手37
4.1.4六角头紧固件和套筒扳手39
4.1.5可调扳手40
4.1.6扳手41
4.1.7铆钉42
4.1.8处理顽固的紧固件44
4.2焊接和拆焊45
4.2.1焊料的种类45
4.2.2焊接技术46
4.2.3导线和通孔元件的拆焊50
4.2.4表面组装焊接51
4.2.5表面组装拆焊53
4.3切割53
4.3.1棒料和条料53
4.3.2片料55
4.4钻孔56
4.4.1挑选钻头尺寸56
4.4.2钻进速度58
4.4.3薄片料钻孔58
4.4.4润滑剂59
4.4.5冲压孔和导孔60
4.4.6使用阶梯钻头60
4.4.7钻孔时的常见问题60
4.4.8丝锥和板牙61
4.5改造切割65
4.5.1珠宝手锯65
4.5.2旋转工具65
4.6总结67
第5章电源68
5.1电池68
5.1.1电池的封装68
5.1.2原电池69
5.1.3蓄电池71
5.1.4小型纽扣电池72
5.1.5电池储存注意事项73
5.1.6电池的使用74
5.1.7电池电路75
5.1.8电池的选择76
5.2供电技术77
5.2.1壁插式直流电源78
5.2.2工作台直流电源79
5.2.3模块化和内嵌式直流电源79
5.3光电电源80
5.4保险丝和断路器81
5.4.1保险丝82
5.4.2断路器83
5.5总结83
第6章开关85
6.1单开关，多电路85
6.2开关的类型86
6.2.1拨动开关87
6.2.2摇杆开关87
6.2.3滑动开关88
6.2.4旋转开关88
6.2.5按钮开关89
6.2.6快动开关89
6.3滑动开关和旋转开关电路89
6.4开关选择标准90
6.5开关使用警告91
6.6总结91
第7章连接器和接线92
7.1导线和电缆92
7.1.1导线尺寸93
7.1.2绝缘94
7.1.3双绞线95
7.1.4屏蔽96
7.1.5多芯电缆97
7.1.6剥除导线绝缘层98
7.2连接器99
7.2.1连接器终端99
7.2.2连接器类型101
7.3装配连接器106
7.3.1焊接终端106
7.3.2挤压终端106
7.3.3连接器后壳107
7.3.4IDC连接器108
7.3.5以太网连接器108
7.4总结109
第8章无源元件110
8.1容差110
8.2电压、功率和温度111
8.3封装111
8.4电阻112
8.4.1物理形态112
8.4.2固定电阻器113
8.4.3可变电阻116
8.4.4专用电阻器119
8.4.5电阻标识121
8.5电容122
8.5.1电容值122
8.5.2电容的类型122
8.5.3可变电容器124
8.5.4表面组装电容器124
8.6扼流圈、线圈和变压器125
8.6.1扼流圈125
8.6.2线圈125
8.6.3可变电感125
8.6.4变压器126
8.6.5封装126
8.7总结126
第9章有源元件127
9.1如何阅读数据表127
9.1.1数据表结构128
9.1.2数据表综述128
9.1.3收集数据表130
9.2静电放电130
9.3封装概述131
9.3.1通孔元件131
9.3.2表面组装部件132
9.3.3使用不同的封装类型132
9.4二极管和整流器132
9.4.1小信号二极管133
9.4.2整流器134
9.4.3发光二极管135
9.4.4齐纳二极管136
9.4.5特殊二极管136
9.4.6二极管/整流器轴向引脚封装136
9.4.7二极管/整流器表面组装封装137
9.4.8LED封装类型138
9.5晶体管138
9.5.1小信号晶体管139
9.5.2功率晶体管139
9.5.3场效应晶体管140
9.5.4传统的晶体管封装类型140
9.5.5表面组装晶体管封装类型141
9.6SCR和TRIAC元件142
9.6.1硅控整流器142
9.6.2交流三极管142
9.7散热片142
9.8集成电路143
9.8.1传统集成电路封装类型144
9.8.2表面组装集成电路封装类型145
9.8.3大电流大电压调节电路146
9.9总结147
第10章继电器148
10.1继电器背景介绍148
10.1.1电枢继电器148
10.1.2簧片继电器149
10.1.3接触器149
10.2继电器封装150
10.2.1PCB继电器150
10.2.2连接片式继电器150
10.2.3插头式继电器151
10.3选择继电器151
10.4继电器可靠性问题152
10.4.1触头电弧放电152
10.4.2线圈过热153
10.4.3继电器触头弹跳153
10.5继电器的应用153
10.5.1用低压逻辑电路控制继电器154
10.5.2信号交换155
10.5.3功率切换155
10.5.4继电器逻辑电路155
10.6总结157
第11章逻辑电路158
11.1逻辑电路基础158
11.2逻辑集成电路的起源160
11.3逻辑元件族161
11.4逻辑模块：4000和7400集成电路161
11.4.1缩小TTL和CMOS之间的差距162
11.4.24000系列CMOS逻辑器件162
11.4.37400系列TTL逻辑器件163
11.4.4CMOS和TTL的应用164
11.5可编程逻辑器件164
11.6微处理器和微控制器166
11.6.1微控制器编程166
11.6.2微控制器的类型167
11.6.3选择微控制器168
11.7使用逻辑元件工作168
11.7.1探查和测量168
11.7.2提示和注意事项169
11.7.3静电放电控制169
11.8总结170
第12章离散控制接口171
12.1离散接口171
12.1.1离散接口应用172
12.1.2制造离散接口173
12.2离散输入174
12.2.1使用上拉电阻或下拉电阻175
12.2.2使用有源输入缓冲器175
12.2.3使用继电器输入176
12.2.4光隔离器176
12.3离散输出178
12.3.1电流吸收器和电流源178
12.3.2缓冲离散输出178
12.3.3简单单晶体管缓冲器179
12.4逻辑电平转换180
12.4.1BSS138场效应管180
12.4.2TXB0108 180
12.4.3NTB0101 181
12.5元件181
12.6总结182
第13章模拟接口183
13.1与模拟世界连接183
13.1.1从模拟到数字，再从数字到模拟183
13.1.2模数转换器187
13.1.3数模转换器187
13.2模拟信号的产生188
13.3总结189
第14章数据通信接口190
14.1数字通信基本概念191
14.1.1串行和并行191
14.1.2同步和异步192
14.2SPI和I2C193
14.2.1SPI193
14.2.2I2C 196
14.2.3关于SPI和I2C外围设备的简单调查198
14.3RS-232200
14.3.1RS-232信号202
14.3.2DTE和DCE203
14.3.3信号交换204
14.3.4RS-232元件205
14.4RS-485205
14.4.1RS-485信号205
14.4.2总线驱动器和接收器206
14.4.3RS-485多点配置206
14.4.4RS-485元件207
14.5RS-232和RS-485207
14.6USB208
14.6.1USB术语208
14.6.2USB连接209
14.6.3USB类别210
14.6.4USB数据传输速率210
14.6.5USB集线器211
14.6.6设备配置211
14.6.7USB端点和管道212
14.6.8设备控制212
14.6.9USB接口元件213
14.6.10USB的实现213
14.7以太网网络通信214
14.7.1以太网基础214
14.7.2以太网集成电路、模块和USB转换器217
14.8无线通信218
14.8.1带宽和调制218
14.8.2ISM无线电频带219
14.8.32.45 GHz短程通信220
14.8.4802.11220
14.8.5蓝牙? 221
14.8.6低功耗蓝牙223
14.8.7ZigBee224
14.9其他数据通信方法225
14.10总结225
第15章印制电路板227
15.1PCB的历史227
15.2PCB基础知识228
15.2.1焊盘、过孔和走线228
15.2.2表面组装元件228
15.2.3制造229
15.3PCB布局229
15.3.1尺寸确定230
15.3.2部件安排230
15.3.3放置元件231
15.3.4在焊接面上设置走线232
15.3.5在元件面上设置走线232
15.3.6制作丝印层233
15.3.7生成光绘文件234
15.4制造PCB 234
15.5PCB指南235
15.5.1布局网格235
15.5.2网格间距235
15.5.3定位基准235
15.5.4信号走线宽度235
15.5.5供电走线宽度236
15.5.6走线间隔236
15.5.7过孔尺寸236
15.5.8过孔间隔236
15.5.9焊盘尺寸236
15.5.10尖锐边角237
15.5.11丝印层237
15.6总结237
第16章封装238
16.1封装的重要性238
16.2封装的类型238
16.2.1塑料238
16.2.2金属239
16.3库存器件外壳239
16.3.1塑料外壳239
16.3.2铸造铝外壳241
16.3.3挤压铝材外壳241
16.3.4金属片外壳242
16.4制造或回收外壳243
16.4.1搭建塑料和木制外壳243
16.4.2非常规式外壳244
16.4.3重新利用已有的外壳245
16.5为电子器件设计封装246
16.5.1设备尺寸和重量246
16.5.2环境因素247
16.5.3热量因素248
16.6来源248
16.7总结249
第17章测试设备250
17.1基本测试设备250
17.1.1数字万用表250
17.1.2使用数字万用表251
17.1.3示波器252
17.1.4示波器的工作原理253
17.1.5使用示波器255
17.2先进测试设备256
17.2.1脉冲和信号发生器256
17.2.2逻辑分析器257
17.3购买二手和剩余的仪器258
17.4总结259
附录A电子学基础和交流电路261
附录B电路图300
附录C参考书目312
附录D资源315
附录E元件列表321
词汇表329
精彩书摘
电学包括两个基本现象：电荷和电流。电荷是物质的基本特性，是物质与电中性时相比，所带电子数多余(带负电荷)或电子数不足(带正电荷)而显现出的特性。带负电荷或正电荷的原子有时称作离子。
电荷的基本特性之一是同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。这就是电子和质子能够被约束在一个原子里的原因，尽管在大多数情况下，由于原子粒子的其他基本特性，电子和质子并不能直接结合在一起(特殊情况包括某种特定的放射性衰变和超新星爆发)。最重要的是，我们要记住，负电荷会排斥电子，而正电荷会吸引电子。
电荷的内部和它自身都是很有趣的，但从电子学的角度来看，并不是特别有用。对于我们来说，只有当电荷运动时，有趣的事情才真正开始。电子在回路中的运动称为电流。在寒冷干燥的天气里，当你行走在地毯上时，身上积累了静电荷，在你碰到门把手时发生了电荷的传递，这也是电流现象。实际上，电流从高电势(你)流向低电势(门把手)，很像瀑布的水一泻千里，也像石头滚落山坡。这样，索然无趣的静电荷突然就变得非常有意思了(或者至少应当引起你的注意)。当电荷静止时，它被称作电势，我们可以在电势和机械势能之间做个类比，你会在下文看到。
当组成导体和电路元件的原子之间互相传递电子时，电流就产生了。电子向带正电的物质移动，所以如果你用导线将一个小灯泡与电池连接起来(有时称作闪光灯)，电子从电池的负极流出，穿过灯泡，回到电池正极。它们使灯丝白热发光。
图1-2是导线中铜原子的一幅简化图表，它显示了将电流形象化的一种方式。当一个电子进入导线的一端，它就使得第一个原子带负电荷，于是这个原子带有多余的电子。假设有一个连续的电子源，新的电子不能由原路返回，所以它向下一个电中性原子移动。该原子现在带负电，有一个多余的电子。为了再次变回电中性(原子的首选稳定状态)，这个原子又将一个多余的电子传递给下一个(电中性)原子，以此类推，直到一个电子在导线的另一端出现。只要导线连接着一个受压的电子源和让电子返回电子源的路径，电流就会一直流动。这种压力叫作电压，在1.3节会有详细介绍。
图1-3显示了对电流的另一种理解方式。此处我们有一根装满了弹球(电子)的导管(导体)。
图1-2 电子在导线中运动图1-3 电子模型——导管中的弹球
当把一个弹球推入导管的一端，就会有一个弹球从另一端掉落。管中的弹球数量保持不变。需要注意的是，进入导体一端的电子和从另一端出来的电子并不一定是同一批，如图1-2和图1-3所示。事实上，如果导体足够长，从一端引入的电子可能就不是从导体另一端离开的电子了，但是电子一定会出现，你也仍然能测量导体中电子的运动。
电子工程师必读元器件与技术截图
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