电子电气工程师必知必会（第3版）

作者简介：

Darren Ashby

资深电子工程师和管理者，从事工程设计和管理工作已近20年。现任世界最大的健身器材企业ICON Fitness公司（也是世界最大的嵌入式芯片用户之一）的电子产品线经理。毕业并曾任教于犹他州立大学。他也是业界活跃的技术专家，曾长期担任chipcenter.com等媒体的专栏作者。

译者简介：

尹华杰

华中理工大学电气工程系博士（1994年）；美国伊利诺伊大学（UIUC）电磁计算中心（CCEM）访问学者（1999年-2000年）；华南理工大学电气工程系副教授。主要从事电气传动控制、电力电子及工程电磁场数值计算等方向的科研与教学工作。曾主持完成国家自然科学基金一项、广东省自然科学基金一项、“基于等效超级电容观念的能量回馈型动态负荷群的性能分析与协调控制”的国家自然科学基金项：PSpice和SPICE3应用》、《应用电磁学基础》等。

目 录

第0章　电到底是什么　1

0.1 　鸡与蛋　1

0.2 　电到底为何物　1

0.3 　原子　2

0.4 　还有啥呢　4

0.5 　节目预告　7

0.6 　它仅仅是看似神奇而已　8

第1章 　必知必会的知识点　9

1.1 　单位的重要性　9

1.1.1 　单位代数　9

1.1.2 　有时“几乎”就是“足够好”　10

1.2 　使电气元件可视化　11

1.2.1 　电气元件的机械等效　12

1.2.2 　电阻等效于阻尼　12

1.2.3 　电感等效于质量　13

1.2.4 　电容等效于弹簧　14

1.2.5 　储能电路　14

1.2.6 　较复杂的电路　15

1.3 　直觉的方法——直觉信号分析　15

1.4 “积木”工程——构件　18

第2章　基本理论　20

2.1 　基本原理　20

2.1.1 　欧姆定律　20

2.1.2 　分压原理　23

2.1.3 　电容阻碍电压的变化　24

2.1.4 　电感阻碍电流的变化　27

2.1.5 　元件的串联和并联　28

2.1.6 　戴维南定理　30

2.2 　这些与频率有关　34

2.2.1 　AC/DC与一个小秘密　34

2.2.2 　恒定电压源与恒定电流源　35

2.2.3 　直流　35

2.2.4 　交流　36

2.2.5 　回到电容和电感　37

2.2.6 　低通滤波器　38

2.2.7 　高通滤波器　40

2.2.8 　有源滤波器　41

2.3 　磁场与电场　43

2.3.1 　磁场　43

2.3.2 　电场　45

2.4 　保持在控制之中　47

2.4.1 　系统的概念　47

2.4.2 　阶跃输入　49

2.4.3 　反馈　49

2.4.4 　开环增益和闭环增益　50

第3章　电气器件　51

3.1 　部分导电　51

3.1.1 　半导体　51

3.1.2 　二极管　51

3.1.3 　晶体管　53

3.1.4 　FET　56

3.1.5 　PCB　57

3.1.6 　一些不常见的半导体器件　57

3.2 　功率和发热管理　58

3.2.1 　结温　58

3.2.2 　外壳温度　58

3.2.3 　散热器　59

3.2.4 　辐射　59

3.2.5 　对流　59

3.2.6 　传导　60

3.2.7 　利用PCB散热　60

3.2.8 　热扩散　61

3.3 　神奇的运放　61

3.3.1 　正确使用运放　61

3.3.2 　运放的原理　61

3.4 　负反馈　64

3.5 　正反馈　67

3.6 　这就是逻辑　70

3.6.1 　二进制数　70

3.6.2 　逻辑　72

3.7 　微处理器/微控制器基础　79

3.7.1 　微控制器原理　80

3.7.2 　结构　81

3.7.3 　算法程序　83

3.7.4 　乘法　84

3.7.5 　除法　85

3.7.6 　关于I/O（输入或输出）的注意事项　85

3.7.7 　以简单模块为起点　86

3.8 　编程语言一览　87

3.9 　输入和输出　89

3.9.1 　输入　89

3.9.2 　模拟传感器　92

3.9.3 　接地　92

3.9.4 　传感器阻抗　93

3.9.5 　输入阻抗　93

3.9.6 　输出　94

3.9.7 　复用技术　96

3.9.8 　白炽灯　97

3.9.9 　晶体管　97

3.9.10 　线圈　97

第4章　真实世界　99

4.1 　相互转换　99

4.1.1 　模拟与数字　99

4.1.2 　先有模拟量　100

4.1.3 　然后有数字量　101

4.1.4 　综合两个世界的优点　101

4.2 　A到D的转换及反向过程　101

4.2.1 　A表示模拟量　101

4.2.2 　D代表数字量　101

4.3 　ADC离不开DAC　102

4.4 　当元件不理想时　106

4.4.1 　无处不在的R、L、C　106

4.4.2 　误差源：理想与实际　107

4.4.3 　电阻　108

4.4.4 　电容　108

4.4.5 　电感　108

4.4.6 　半导体　109

4.4.7 　电压源　109

4.4.8 　总结　110

4.5 　可靠性设计　110

4.5.1 　外部世界与内部世界　110

4.5.2 　学会适应　112

4.5.3 　模块化设计　113

4.5.4 　预见变化　113

4.5.5 　过犹不及　114

4.6 　我所偏爱的一些电路　114

4.6.1 　组合达林顿对管　115

4.6.2 　DC电平移位器　115

4.6.3 　虚拟地　116

4.6.4 　电压跟随器　116

4.6.5 　AC放大器　116

4.6.6 　反相振荡器　117

4.6.7 　恒流源　117

4.7 　积累你自己的电路集　117

4.8 　供电　121

4.8.1 　电压的需求　121

4.8.2 　线性电源　121

4.8.3 　开关电源　123

4.8.4 　几点最后的考虑　124

4.9 　让物体动起来——机电的世界　125

4.10 　速度维持　130

4.10.1 　转矩控制　132

4.10.2 　制动　132

4.10.3 　不是什么秘密　133

4.10.4 　一个小细节　134

4.10.5 　再生制动并不是太难　134

4.10.6 　改变转向　135

4.10.7 　结论　135

4.11 　其他DC电机　135

4.11.1 　无刷DC电机　136

4.11.2 　步进电机　137

4.11.3 　交流及通用电机　137

4.11.4 　螺线管　138

4.11.5 　继电器　139

4.11.6 “捕蝇器”　139

第5章　工具　141

5.1 　让不可见的可见　141

5.1.1 　万用表　141

5.1.2 　示波器　143

5.1.3 　逻辑分析仪　145

5.2 　仿真器　146

5.2.1 　理论与实际　146

5.2.2 　功能强大的工具　147

5.2.3　培养直觉　147

5.3 　电烙铁　148

5.3.1 　4个基本条件　148

5.3.2 　焊丝　149

5.3.3 　SMT　150

5.3.4 　拆焊　150

5.4 “人际”工具　152

5.4.1 　生产厂家　152

5.4.2 　销售代表　152

5.4.3 　分销商　153

5.4.4 　现场应用工程师　153

5.4.5 　设计采用　154

5.4.6 　直购　154

5.4.7 　总结　154

第6章　故障排除　155

6.1 　排查故障前的准备　155

6.1.1 　科学鸟枪方法　155

6.1.2 　排除故障不难学习　156

6.1.3 　始于易　156

6.1.4 　跳出专业看问题　156

6.1.5 　注意细节　157

6.1.6 　对比排查　157

6.1.7 　再谈估算　158

6.1.8 　故障重现　158

6.1.9 　根源　158

6.1.10 　问题分类　159

6.1.11 　消除故障　159

6.2 　机器中的幽灵——EMI　160

6.2.1 　EMI的本质　160

6.2.2 　魔鬼的招数　160

6.2.3 　传导的EMI　161

6.2.4 　辐射的EMI　161

6.2.5 　处理EMI　163

6.2.6 　用破坏来证明你能够修复　163

6.3 　时机就是一切　164

6.4 　压力之下　164

6.5 　要为意外做好心理准备　164

6.5.1 　不是每个元器件都产自同一个模子　165

6.5.2 　控制环境　165

6.5.3 　穷人的EMI试验　165

6.5.4 　记录解决方案，积累经验　166

6.5.5 　空中的EMI　166

6.5.6 　导线中的EMI　167

6.5.7 　小电流信号更易受干扰　167

6.5.8 　找出天线并予以破坏　167

6.5.9 　结论　168

6.6 　消除漏洞的对策　169

6.6.1 　无漏洞的软件也许不存在　169

6.6.2 　大量而全面的测试　170

6.6.3 　重现问题　170

6.6.4 　设置追踪器　170

6.6.5 　代码审查　170

6.6.6 　再次破坏　171

6.6.7 　捉虫　171

第7章　人际沟通　172

7.1 　人际关系技巧　172

7.1.1 　上级　172

7.1.2 　同级　174

7.1.3 　下级　175

7.1.4 　行政助理　176

7.2 　做一个外向的内向者　177

7.2.1 　一切都取决于你的观点　177

7.2.2 　想象　178

7.2.3 　自我暗示　179

7.2.4 　打破自己的“壳”　180

7.2.5 　反复练习　180

7.3 　交流技巧　181

7.3.1 　口语　181

7.3.2 　写作　182

7.3.3 　切中要害　183

7.4 　给经理的寄语　184

7.4.1 　做服务者　184

7.4.2 　做缓冲者　184

7.4.3 　做激励者　184

7.4.4 　要理解工程师们　184

7.4.5 　最好的经理在多数时候都是对的　185

7.4.6 　在平凡之辈中找出“射击”能手　185

7.5 　给雇员的寄语　188

7.5.1 　如何得到一份工作　188

7.5.2 　最后一点考虑　189

7.5.3 　如何保有一份工作　189

7.5.4 　最后一点慎重考虑　190

7.6 　如何制造一个伟大的产品　191

词汇表　194

2100433B

成为一名合格的电子电气工程师难吗？

电子电气工程师需要掌握的知识和技能之多之广，所面对的问题之复杂，的确让人望而生畏。然而，目前许多学生和从业人员之所以面对挑战疲于应付，很大程度上是因为学校教育的错误方法所导致的基础不牢、缺乏至关重要的直觉和解决问题的技巧和能力。用一本全面的参考书来填补学校理论与工作实践之间的鸿沟已经迫在眉睫。

世界知名电子工程专家和高级经理Darren Ashby通过故事和自己的亲身经历和体会，使电路、电气元件、运放等枯燥的专业知识变得生动有趣。阅读本书，你一定会难以释卷，欲罢不能，在轻松的氛围中，深入理解那些被学校教学计划遗漏了的或者你已经淡忘了的关键知识。而这些，正是电子电气工程专业每个学生、工程师、经理乃至每个教师应对日常的各种挑战都需要的。书中字里行间闪烁着的真知灼见，不仅促使你改变对电子电气工程专业的总体思考方式，更有可能使你职业生涯的轨迹从此不同。

《电子电气工程师必知必会》从实际工作需要出发，对一名现代电子电气工程师在日常工作中最为关键的知识点进行了总结，从简单的R、L、C元件，到复杂的运放、微处理器/微控制器、数模/模数转换器、电机、电源，再到元件的非理想性、电路的可靠性设计、仿真、焊接，以及电路和软件的故障处理等等，文字生动幽默。此外，《电子电气工程师必知必会》还以较大的篇幅，介绍了作者作为研发部门的管理者，在人际沟通、管理等方面的心得体会。

第1章 必知必会的知识点

1.1 单位的重要性

1.1.1 单位代数

1.1.2 有时“几乎”就是“足够好”

1.2 使电气元件可视化

1.3 直觉的方法——直觉信号分析

1.4 “积木”工程

第2章 基本理论

2.1 基本原理

2.1.1 欧姆定律

2.1.2 分压原理

2.1.3 电容阻碍电压的变化

2.1.4 电感阻碍电流的变化

2.1.5 元件的串、并联

2.1.6 戴维南定理

2.2 这些与频率有关

2.2.1 AC/DC与一个小秘密

2.2.2 恒定电压源与恒定电流源

2.2.3 直流

2.2.4 交流

2.2.5 回到电容和电感

2.2.6 低通滤波器

2.2.7 高通滤波器

2.2.8 有源滤波器

2.3 磁场与电场

2.3.1 磁场

2.3.2 电场

2.4 保持在控制之中

2.4.1 系统的概念

2.4.2 阶跃输入

2.4.3 反馈

第3章 电气器件

3.1 部分导电

3.1.1 半导体

3.1.2 二极管

3.1.3 晶体管

3.1.4 场效应晶体管（FET）

3.1.5 一些不常见的半导体器件

3.1.6 功率和发热管理

3.2 神奇的运放

3.2.1 正确使用运放

3.2.2 运放的原理

3.2.3 负反馈

3.2.4 正反馈

3.2.5 运放的其余知识

3.3 这就是逻辑

3.3.1 二进制数

3.3.2 逻辑

3.3.3 状态机

3.4 微处理器/微控制器基础

3.4.1 微控制器原理

3.4.2 结构

3.4.3 算法程序

3.4.4 关于I/O（输入或输出）的注意事项

3.4.5 以简单模块为起点

3.5 输入和输出

3.5.1 输入

3.5.2 输出

第4章 真实世界

4.1 模拟量与数字量

4.1.1 相互转换

4.1.2 模拟与数字

4.1.3 A（模拟）到D（数字）的转换及反向过程

4.2 ADC离不开DAC

4.3 让物体动起来——机电的世界

4.3.1 DC电机

4.3.2 交流及通用电机

4.3.3 螺线管（solenoid）

4.3.4 继电器

4.3.5 “捕蚊子”（catching fly）

4.4 供电

4.4.1 电压的需求

4.4.2 线性电源

4.4.3 开关电源

4.5 当元件不理想时

4.5.1 无处不在的R、L、C

4.5.2 误差源：理想与实际

4.6 可靠性设计

4.6.1 外部世界与内部世界

4.6.2 学会适应

4.7 我所偏爱的一些电路

4.7.1 组合达林顿对管

4.7.2 DC电平移位器

4.7.3 虚拟地

4.7.4 电压跟随器

4.7.5 AC放大器

4.7.6 反相振荡器

4.7.7 恒流源

4.7.8 积累你自己的电路集

第5章 工具

5.1 让不可见的可见

5.1.1 万用表

5.1.2 示波器

5.1.3 逻辑分析仪

5.2 仿真器

5.2.1 理论与实际

5.2.2 功能强大的工具

5.2.3 培养直觉

5.3 电烙铁

5.3.1 个基本条件

5.3.2 焊丝

5.3.3 拆焊

5.4 “人际”工具

5.4.1 生产厂家

5.4.2 销售代表

5.4.3 分销商

5.4.4 现场应用工程师

5.4.5 设计采用

5.4.6 直购

5.4.7 总结

第6章 故障排除

6.1 排查故障前的准备

6.1.1 科学鸟枪方法

6.1.2 排除故障不难学习

6.1.3 始于易

6.1.4 跳出专业看问题

6.1.5 注意细节

6.1.6 对比排查

6.1.7 再谈估算

6.1.8 故障重现

6.1.9 根源

6.1.10 问题分类

6.1.11 消除故障

6.2 机器中的幽灵——EMI

6.2.1 EMI的本质

6.2.2 魔鬼的招数

6.2.3 传导的EMI

6.2.4 辐射的EMI

6.2.5 处理EMI

6.2.6 用破坏来证明你能够修复

6.2.7 时机就是一切

6.2.8 压力之下

6.2.9 要为意外做好心理准备

6.2.10 不是每个元器件都产自同一个模子

6.2.11 控制环境

6.2.12 穷人的EMI试验

6.2.13 记录解决方案，积累经验

6.2.14 空中的EMI

6.2.15 导线中的EMI

6.2.16 结论

6.3 消除漏洞的对策

6.3.1 无漏洞的软件也许不存在

6.3.2 大量而全面的测试

6.3.3 重现问题

6.3.4 设置追踪器

6.3.5 再次破坏

6.3.6 捉虫

第7章 人际沟通

7.1 人际关系技巧

7.1.1 上级

7.1.2 同级

7.1.3 下级

7.1.4 行政助理

7.2 做一个外向的内向者

7.2.1 一切都取决于你的观点

7.2.2 想象

7.2.3 自我暗示

7.2.4 打破自己的“壳”

7.2.5 反复练习

7.3 交流技巧

7.3.1 口语

7.3.2 写作

7.3.3 切中要害

7.4 给经理的寄语

7.4.1 做服务者

7.4.2 做缓冲者

7.4.3 做激励者

7.4.4 要理解工程师们

7.4.5 最好的经理在多数时候都是对的

7.4.6 在平凡之辈中找出“射击”能手

7.5 给雇员的寄语

7.5.1 如何得到一份工作

7.5.2 最后一点考虑

7.5.3 如何保有一份工作

7.5.4 最后一点慎重考虑

7.6 如何制造一个伟大的产品

附录

参考文献

后记

第1章建筑材料1

必知要点1:水泥材料1

必知要点2:混凝土材料9

必知要点3:建筑砂浆15

必知要点4:建筑用石灰、石膏23

必知要点5:建筑用钢材29

必知要点6:建筑防水材料39

必知要点7:墙体材料45

必知要点8:建筑装饰装修材料55

必知要点9:建筑节能保温材料62

必知要点10:建筑绝热材料68

必知要点11:建筑防腐材料72

必知要点12:建筑吸（隔）声材料80

第2章材料计划管理82

必知要点13:材料计划的分类、任务与影响因素82

必知要点14:材料计划的编制原则85

必知要点15:材料计划的编制程序86

必知要点16:材料计划编制准备88

必知要点17:材料需用计划与申请计划的编制89

必知要点18:材料供应计划的编制89

必知要点19:材料采购计划与加工订货计划的编制91

必知要点20:材料计划的变更与修订92

必知要点21:材料计划的实施92

必知要点22:材料需求与使用计划表格填写范例96

必知要点23:分阶段材料计划表格填写范例102

第3章材料采购管理105

必知要点24:材料采购管理的原则与范围105

必知要点25:影响材料采购的因素106

必知要点26:材料采购方式107

必知要点27:材料采购管理的内容109

必知要点28:材料采购计划相关表格填写范例116

必知要点29:材料采购控制相关表格填写范例119

第4章材料供应与运输管理129

必知要点30:材料供应管理的特点、原则与任务129

必知要点31:材料供应管理的内容132

必知要点32:材料供应方式135

必知要点33:材料领用方式139

必知要点34:限额领料140

必知要点35:材料配套供应146

必知要点36:材料运输管理的作用与任务149

必知要点37:材料运输方式150

必知要点38:材料运输计划的编制152

必知要点39:材料的托运、装卸与领取155

必知要点40:材料供应管理相关表格填写范例158

必知要点41:材料运输管理相关表格填写范例166

第5章材料储存管理170

必知要点42:材料储备定额的分类170

必知要点43:材料储备定额制定与应用171

必知要点44:材料储备管理业务176

必知要点45:材料仓库管理178

必知要点46:材料库存控制与分析191

必知要点47:材料入库管理相关表格填写范例197

必知要点48:材料仓储管理相关表格填写范例202

第6章施工现场材料取样检测与使用管理208

必知要点49:建设工程质量检测见证取样送样制度208

必知要点50:施工现场水泥材料质量检测210

必知要点51:施工现场混凝土材料质量检测212

必知要点52:施工现场建筑砂浆质量检测215

必知要点53:施工现场砂石材料质量检测217

必知要点54:施工现场建筑用钢材质量检测221

必知要点55:施工现场防水材料质量检测227

必知要点56:施工现场墙体材料质量检测228

必知要点57:施工现场材料管理的阶段划分230

必知要点58:施工现场材料发放与使用管理232

必知要点59:施工现场材料进场验收与保管235

必知要点60:周转材料管理238

必知要点61:工具管理241

必知要点62:材料发放与使用管理相关表格填写范例243

必知要点63:材料耗用管理相关表格填写范例245

必知要点64:材料回收表格填写范例248

第7章材料核算管理251

必知要点65:材料采购核算251

必知要点66:材料供应核算255

必知要点67:材料储备核算255

必知要点68:材料消耗量核算257

必知要点69:周转材料核算260

必知要点70:工具核算261

必知要点71:材料成本核算相关表格填写范例262

必知要点72:材料采购核算相关表格填写范例267

必知要点73:材料储备核算表格填写范例269

必知要点74:材料消耗量核算表格填写范例273

参考文献276 2100433B