電子電氣工程師必知必會

第1章 必知必會的知識點(diǎn)

1.1 單位的重要性

1.1.1 單位代數(shù)

1.1.2 有時“幾乎”就是“足夠好”

1.2 使電氣元件可視化

1.3 直覺的方法——直覺信號分析

1.4 “積木”工程

第2章 基本理論

2.1 基本原理

2.1.1 歐姆定律

2.1.2 分壓原理

2.1.3 電容阻礙電壓的變化

2.1.4 電感阻礙電流的變化

2.1.5 元件的串、并聯(lián)

2.1.6 戴維南定理

2.2 這些與頻率有關(guān)

2.2.1 AC/DC與一個小秘密

2.2.2 恒定電壓源與恒定電流源

2.2.3 直流

2.2.4 交流

2.2.5 回到電容和電感

2.2.6 低通濾波器

2.2.7 高通濾波器

2.2.8 有源濾波器

2.3 磁場與電場

2.3.1 磁場

2.3.2 電場

2.4 保持在控制之中

2.4.1 系統(tǒng)的概念

2.4.2 階躍輸入

2.4.3 反饋

第3章 電氣器件

3.1 部分導(dǎo)電

3.1.1 半導(dǎo)體

3.1.2 二極管

3.1.3 晶體管

3.1.4 場效應(yīng)晶體管（FET）

3.1.5 一些不常見的半導(dǎo)體器件

3.1.6 功率和發(fā)熱管理

3.2 神奇的運(yùn)放

3.2.1 正確使用運(yùn)放

3.2.2 運(yùn)放的原理

3.2.3 負(fù)反饋

3.2.4 正反饋

3.2.5 運(yùn)放的其余知識

3.3 這就是邏輯

3.3.1 二進(jìn)制數(shù)

3.3.2 邏輯

3.3.3 狀態(tài)機(jī)

3.4 微處理器/微控制器基礎(chǔ)

3.4.1 微控制器原理

3.4.2 結(jié)構(gòu)

3.4.3 算法程序

3.4.4 關(guān)于I/O（輸入或輸出）的注意事項(xiàng)

3.4.5 以簡單模塊為起點(diǎn)

3.5 輸入和輸出

3.5.1 輸入

3.5.2 輸出

第4章 真實(shí)世界

4.1 模擬量與數(shù)字量

4.1.1 相互轉(zhuǎn)換

4.1.2 模擬與數(shù)字

4.1.3 A（模擬）到D（數(shù)字）的轉(zhuǎn)換及反向過程

4.2 ADC離不開DAC

4.3 讓物體動起來——機(jī)電的世界

4.3.1 DC電機(jī)

4.3.2 交流及通用電機(jī)

4.3.3 螺線管（solenoid）

4.3.4 繼電器

4.3.5 “捕蚊子”（catching fly）

4.4 供電

4.4.1 電壓的需求

4.4.2 線性電源

4.4.3 開關(guān)電源

4.5 當(dāng)元件不理想時

4.5.1 無處不在的R、L、C

4.5.2 誤差源：理想與實(shí)際

4.6 可靠性設(shè)計

4.6.1 外部世界與內(nèi)部世界

4.6.2 學(xué)會適應(yīng)

4.7 我所偏愛的一些電路

4.7.1 組合達(dá)林頓對管

4.7.2 DC電平移位器

4.7.3 虛擬地

4.7.4 電壓跟隨器

4.7.5 AC放大器

4.7.6 反相振蕩器

4.7.7 恒流源

4.7.8 積累你自己的電路集

第5章 工具

5.1 讓不可見的可見

5.1.1 萬用表

5.1.2 示波器

5.1.3 邏輯分析儀

5.2 仿真器

5.2.1 理論與實(shí)際

5.2.2 功能強(qiáng)大的工具

5.2.3 培養(yǎng)直覺

5.3 電烙鐵

5.3.1 個基本條件

5.3.2 焊絲

5.3.3 拆焊

5.4 “人際”工具

5.4.1 生產(chǎn)廠家

5.4.2 銷售代表

5.4.3 分銷商

5.4.4 現(xiàn)場應(yīng)用工程師

5.4.5 設(shè)計采用

5.4.6 直購

5.4.7 總結(jié)

第6章 故障排除

6.1 排查故障前的準(zhǔn)備

6.1.1 科學(xué)鳥槍方法

6.1.2 排除故障不難學(xué)習(xí)

6.1.3 始于易

6.1.4 跳出專業(yè)看問題

6.1.5 注意細(xì)節(jié)

6.1.6 對比排查

6.1.7 再談估算

6.1.8 故障重現(xiàn)

6.1.9 根源

6.1.10 問題分類

6.1.11 消除故障

6.2 機(jī)器中的幽靈——EMI

6.2.1 EMI的本質(zhì)

6.2.2 魔鬼的招數(shù)

6.2.3 傳導(dǎo)的EMI

6.2.4 輻射的EMI

6.2.5 處理EMI

6.2.6 用破壞來證明你能夠修復(fù)

6.2.7 時機(jī)就是一切

6.2.8 壓力之下

6.2.9 要為意外做好心理準(zhǔn)備

6.2.10 不是每個元器件都產(chǎn)自同一個模子

6.2.11 控制環(huán)境

6.2.12 窮人的EMI試驗(yàn)

6.2.13 記錄解決方案，積累經(jīng)驗(yàn)

6.2.14 空中的EMI

6.2.15 導(dǎo)線中的EMI

6.2.16 結(jié)論

6.3 消除漏洞的對策

6.3.1 無漏洞的軟件也許不存在

6.3.2 大量而全面的測試

6.3.3 重現(xiàn)問題

6.3.4 設(shè)置追蹤器

6.3.5 再次破壞

6.3.6 捉蟲

第7章 人際溝通

7.1 人際關(guān)系技巧

7.1.1 上級

7.1.2 同級

7.1.3 下級

7.1.4 行政助理

7.2 做一個外向的內(nèi)向者

7.2.1 一切都取決于你的觀點(diǎn)

7.2.2 想象

7.2.3 自我暗示

7.2.4 打破自己的“殼”

7.2.5 反復(fù)練習(xí)

7.3 交流技巧

7.3.1 口語

7.3.2 寫作

7.3.3 切中要害

7.4 給經(jīng)理的寄語

7.4.1 做服務(wù)者

7.4.2 做緩沖者

7.4.3 做激勵者

7.4.4 要理解工程師們

7.4.5 最好的經(jīng)理在多數(shù)時候都是對的

7.4.6 在平凡之輩中找出“射擊”能手

7.5 給雇員的寄語

7.5.1 如何得到一份工作

7.5.2 最后一點(diǎn)考慮

7.5.3 如何保有一份工作

7.5.4 最后一點(diǎn)慎重考慮

7.6 如何制造一個偉大的產(chǎn)品

附錄

參考文獻(xiàn)

后記

《電子電氣工程師必知必會》從實(shí)際工作需要出發(fā)，對一名現(xiàn)代電子電氣工程師在日常工作中最為關(guān)鍵的知識點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，從簡單的R、L、C元件，到復(fù)雜的運(yùn)放、微處理器/微控制器、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器、電機(jī)、電源，再到元件的非理想性、電路的可靠性設(shè)計、仿真、焊接，以及電路和軟件的故障處理等等，文字生動幽默。此外，《電子電氣工程師必知必會》還以較大的篇幅，介紹了作者作為研發(fā)部門的管理者，在人際溝通、管理等方面的心得體會。

目 錄

第0章　電到底是什么　1

0.1 　雞與蛋　1

0.2 　電到底為何物　1

0.3 　原子　2

0.4 　還有啥呢　4

0.5 　節(jié)目預(yù)告　7

0.6 　它僅僅是看似神奇而已　8

第1章 　必知必會的知識點(diǎn)　9

1.1 　單位的重要性　9

1.1.1 　單位代數(shù)　9

1.1.2 　有時“幾乎”就是“足夠好”　10

1.2 　使電氣元件可視化　11

1.2.1 　電氣元件的機(jī)械等效　12

1.2.2 　電阻等效于阻尼　12

1.2.3 　電感等效于質(zhì)量　13

1.2.4 　電容等效于彈簧　14

1.2.5 　儲能電路　14

1.2.6 　較復(fù)雜的電路　15

1.3 　直覺的方法——直覺信號分析　15

1.4 “積木”工程——構(gòu)件　18

第2章　基本理論　20

2.1 　基本原理　20

2.1.1 　歐姆定律　20

2.1.2 　分壓原理　23

2.1.3 　電容阻礙電壓的變化　24

2.1.4 　電感阻礙電流的變化　27

2.1.5 　元件的串聯(lián)和并聯(lián)　28

2.1.6 　戴維南定理　30

2.2 　這些與頻率有關(guān)　34

2.2.1 　AC/DC與一個小秘密　34

2.2.2 　恒定電壓源與恒定電流源　35

2.2.3 　直流　35

2.2.4 　交流　36

2.2.5 　回到電容和電感　37

2.2.6 　低通濾波器　38

2.2.7 　高通濾波器　40

2.2.8 　有源濾波器　41

2.3 　磁場與電場　43

2.3.1 　磁場　43

2.3.2 　電場　45

2.4 　保持在控制之中　47

2.4.1 　系統(tǒng)的概念　47

2.4.2 　階躍輸入　49

2.4.3 　反饋　49

2.4.4 　開環(huán)增益和閉環(huán)增益　50

第3章　電氣器件　51

3.1 　部分導(dǎo)電　51

3.1.1 　半導(dǎo)體　51

3.1.2 　二極管　51

3.1.3 　晶體管　53

3.1.4 　FET　56

3.1.5 　PCB　57

3.1.6 　一些不常見的半導(dǎo)體器件　57

3.2 　功率和發(fā)熱管理　58

3.2.1 　結(jié)溫　58

3.2.2 　外殼溫度　58

3.2.3 　散熱器　59

3.2.4 　輻射　59

3.2.5 　對流　59

3.2.6 　傳導(dǎo)　60

3.2.7 　利用PCB散熱　60

3.2.8 　熱擴(kuò)散　61

3.3 　神奇的運(yùn)放　61

3.3.1 　正確使用運(yùn)放　61

3.3.2 　運(yùn)放的原理　61

3.4 　負(fù)反饋　64

3.5 　正反饋　67

3.6 　這就是邏輯　70

3.6.1 　二進(jìn)制數(shù)　70

3.6.2 　邏輯　72

3.7 　微處理器/微控制器基礎(chǔ)　79

3.7.1 　微控制器原理　80

3.7.2 　結(jié)構(gòu)　81

3.7.3 　算法程序　83

3.7.4 　乘法　84

3.7.5 　除法　85

3.7.6 　關(guān)于I/O（輸入或輸出）的注意事項(xiàng)　85

3.7.7 　以簡單模塊為起點(diǎn)　86

3.8 　編程語言一覽　87

3.9 　輸入和輸出　89

3.9.1 　輸入　89

3.9.2 　模擬傳感器　92

3.9.3 　接地　92

3.9.4 　傳感器阻抗　93

3.9.5 　輸入阻抗　93

3.9.6 　輸出　94

3.9.7 　復(fù)用技術(shù)　96

3.9.8 　白熾燈　97

3.9.9 　晶體管　97

3.9.10 　線圈　97

第4章　真實(shí)世界　99

4.1 　相互轉(zhuǎn)換　99

4.1.1 　模擬與數(shù)字　99

4.1.2 　先有模擬量　100

4.1.3 　然后有數(shù)字量　101

4.1.4 　綜合兩個世界的優(yōu)點(diǎn)　101

4.2 　A到D的轉(zhuǎn)換及反向過程　101

4.2.1 　A表示模擬量　101

4.2.2 　D代表數(shù)字量　101

4.3 　ADC離不開DAC　102

4.4 　當(dāng)元件不理想時　106

4.4.1 　無處不在的R、L、C　106

4.4.2 　誤差源：理想與實(shí)際　107

4.4.3 　電阻　108

4.4.4 　電容　108

4.4.5 　電感　108

4.4.6 　半導(dǎo)體　109

4.4.7 　電壓源　109

4.4.8 　總結(jié)　110

4.5 　可靠性設(shè)計　110

4.5.1 　外部世界與內(nèi)部世界　110

4.5.2 　學(xué)會適應(yīng)　112

4.5.3 　模塊化設(shè)計　113

4.5.4 　預(yù)見變化　113

4.5.5 　過猶不及　114

4.6 　我所偏愛的一些電路　114

4.6.1 　組合達(dá)林頓對管　115

4.6.2 　DC電平移位器　115

4.6.3 　虛擬地　116

4.6.4 　電壓跟隨器　116

4.6.5 　AC放大器　116

4.6.6 　反相振蕩器　117

4.6.7 　恒流源　117

4.7 　積累你自己的電路集　117

4.8 　供電　121

4.8.1 　電壓的需求　121

4.8.2 　線性電源　121

4.8.3 　開關(guān)電源　123

4.8.4 　幾點(diǎn)最后的考慮　124

4.9 　讓物體動起來——機(jī)電的世界　125

4.10 　速度維持　130

4.10.1 　轉(zhuǎn)矩控制　132

4.10.2 　制動　132

4.10.3 　不是什么秘密　133

4.10.4 　一個小細(xì)節(jié)　134

4.10.5 　再生制動并不是太難　134

4.10.6 　改變轉(zhuǎn)向　135

4.10.7 　結(jié)論　135

4.11 　其他DC電機(jī)　135

4.11.1 　無刷DC電機(jī)　136

4.11.2 　步進(jìn)電機(jī)　137

4.11.3 　交流及通用電機(jī)　137

4.11.4 　螺線管　138

4.11.5 　繼電器　139

4.11.6 “捕蠅器”　139

第5章　工具　141

5.1 　讓不可見的可見　141

5.1.1 　萬用表　141

5.1.2 　示波器　143

5.1.3 　邏輯分析儀　145

5.2 　仿真器　146

5.2.1 　理論與實(shí)際　146

5.2.2 　功能強(qiáng)大的工具　147

5.2.3　培養(yǎng)直覺　147

5.3 　電烙鐵　148

5.3.1 　4個基本條件　148

5.3.2 　焊絲　149

5.3.3 　SMT　150

5.3.4 　拆焊　150

5.4 “人際”工具　152

5.4.1 　生產(chǎn)廠家　152

5.4.2 　銷售代表　152

5.4.3 　分銷商　153

5.4.4 　現(xiàn)場應(yīng)用工程師　153

5.4.5 　設(shè)計采用　154

5.4.6 　直購　154

5.4.7 　總結(jié)　154

第6章　故障排除　155

6.1 　排查故障前的準(zhǔn)備　155

6.1.1 　科學(xué)鳥槍方法　155

6.1.2 　排除故障不難學(xué)習(xí)　156

6.1.3 　始于易　156

6.1.4 　跳出專業(yè)看問題　156

6.1.5 　注意細(xì)節(jié)　157

6.1.6 　對比排查　157

6.1.7 　再談估算　158

6.1.8 　故障重現(xiàn)　158

6.1.9 　根源　158

6.1.10 　問題分類　159

6.1.11 　消除故障　159

6.2 　機(jī)器中的幽靈——EMI　160

6.2.1 　EMI的本質(zhì)　160

6.2.2 　魔鬼的招數(shù)　160

6.2.3 　傳導(dǎo)的EMI　161

6.2.4 　輻射的EMI　161

6.2.5 　處理EMI　163

6.2.6 　用破壞來證明你能夠修復(fù)　163

6.3 　時機(jī)就是一切　164

6.4 　壓力之下　164

6.5 　要為意外做好心理準(zhǔn)備　164

6.5.1 　不是每個元器件都產(chǎn)自同一個模子　165

6.5.2 　控制環(huán)境　165

6.5.3 　窮人的EMI試驗(yàn)　165

6.5.4 　記錄解決方案，積累經(jīng)驗(yàn)　166

6.5.5 　空中的EMI　166

6.5.6 　導(dǎo)線中的EMI　167

6.5.7 　小電流信號更易受干擾　167

6.5.8 　找出天線并予以破壞　167

6.5.9 　結(jié)論　168

6.6 　消除漏洞的對策　169

6.6.1 　無漏洞的軟件也許不存在　169

6.6.2 　大量而全面的測試　170

6.6.3 　重現(xiàn)問題　170

6.6.4 　設(shè)置追蹤器　170

6.6.5 　代碼審查　170

6.6.6 　再次破壞　171

6.6.7 　捉蟲　171

第7章　人際溝通　172

7.1 　人際關(guān)系技巧　172

7.1.1 　上級　172

7.1.2 　同級　174

7.1.3 　下級　175

7.1.4 　行政助理　176

7.2 　做一個外向的內(nèi)向者　177

7.2.1 　一切都取決于你的觀點(diǎn)　177

7.2.2 　想象　178

7.2.3 　自我暗示　179

7.2.4 　打破自己的“殼”　180

7.2.5 　反復(fù)練習(xí)　180

7.3 　交流技巧　181

7.3.1 　口語　181

7.3.2 　寫作　182

7.3.3 　切中要害　183

7.4 　給經(jīng)理的寄語　184

7.4.1 　做服務(wù)者　184

7.4.2 　做緩沖者　184

7.4.3 　做激勵者　184

7.4.4 　要理解工程師們　184

7.4.5 　最好的經(jīng)理在多數(shù)時候都是對的　185

7.4.6 　在平凡之輩中找出“射擊”能手　185

7.5 　給雇員的寄語　188

7.5.1 　如何得到一份工作　188

7.5.2 　最后一點(diǎn)考慮　189

7.5.3 　如何保有一份工作　189

7.5.4 　最后一點(diǎn)慎重考慮　190

7.6 　如何制造一個偉大的產(chǎn)品　191

詞匯表　194

2100433B

成為一名合格的電子電氣工程師難嗎？

電子電氣工程師需要掌握的知識和技能之多之廣，所面對的問題之復(fù)雜，的確讓人望而生畏。然而，目前許多學(xué)生和從業(yè)人員之所以面對挑戰(zhàn)疲于應(yīng)付，很大程度上是因?yàn)閷W(xué)校教育的錯誤方法所導(dǎo)致的基礎(chǔ)不牢、缺乏至關(guān)重要的直覺和解決問題的技巧和能力。用一本全面的參考書來填補(bǔ)學(xué)校理論與工作實(shí)踐之間的鴻溝已經(jīng)迫在眉睫。

世界知名電子工程專家和高級經(jīng)理Darren Ashby通過故事和自己的親身經(jīng)歷和體會，使電路、電氣元件、運(yùn)放等枯燥的專業(yè)知識變得生動有趣。閱讀本書，你一定會難以釋卷，欲罷不能，在輕松的氛圍中，深入理解那些被學(xué)校教學(xué)計劃遺漏了的或者你已經(jīng)淡忘了的關(guān)鍵知識。而這些，正是電子電氣工程專業(yè)每個學(xué)生、工程師、經(jīng)理乃至每個教師應(yīng)對日常的各種挑戰(zhàn)都需要的。書中字里行間閃爍著的真知灼見，不僅促使你改變對電子電氣工程專業(yè)的總體思考方式，更有可能使你職業(yè)生涯的軌跡從此不同。

作者簡介：

Darren Ashby

資深電子工程師和管理者，從事工程設(shè)計和管理工作已近20年。現(xiàn)任世界最大的健身器材企業(yè)ICON Fitness公司（也是世界最大的嵌入式芯片用戶之一）的電子產(chǎn)品線經(jīng)理。畢業(yè)并曾任教于猶他州立大學(xué)。他也是業(yè)界活躍的技術(shù)專家，曾長期擔(dān)任chipcenter.com等媒體的專欄作者。

譯者簡介：

尹華杰

華中理工大學(xué)電氣工程系博士（1994年）；美國伊利諾伊大學(xué)（UIUC）電磁計算中心（CCEM）訪問學(xué)者（1999年-2000年）；華南理工大學(xué)電氣工程系副教授。主要從事電氣傳動控制、電力電子及工程電磁場數(shù)值計算等方向的科研與教學(xué)工作。曾主持完成國家自然科學(xué)基金一項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金一項(xiàng)、“基于等效超級電容觀念的能量回饋型動態(tài)負(fù)荷群的性能分析與協(xié)調(diào)控制”的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)：PSpice和SPICE3應(yīng)用》、《應(yīng)用電磁學(xué)基礎(chǔ)》等。