內容簡介
《電子工程師常用手冊》係統地提供瞭電路設計、電子製作相關元器件(模塊)的基本特性、使用方法、典型應用,主要內容包括電阻器與電容器基礎元件、常用半導體器件,運算放大器、A/D與D/A轉換器、電壓比較器、時基電路、壓控振蕩器,傳感技術中的溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器、霍爾位置傳感器、電流傳感器、光電傳感器;電源技術中的綫性集成穩壓器、並聯穩壓器、TOPSwitch係列開關電源、TinySwitch係列微型單片開關電源、MC33370係列微型單片開關電源、UC5832有源高功率因數集成控製器,單片機技術中的80C51、AVR、PIC、ST、T1 ARM嵌入式處理器等係列;功率驅動與執行器件中的達林頓、晶閘管、繼電器、IGBT,光電顯示技術中的LED、液晶顯示器;接口技術中RS232、RS485、ISA總綫技術、PCI、IDE、USB;通信技術中的Modbus、過程現場總綫Profibus、CAN;存儲技術中的RAM、ROM、I2C:無綫技術中的315MHz~2.4GHz無綫收發器、IrDA紅外傳輸;以及CPLD、FPGA等可編程邏輯器件等。
本手冊適閤從事電路開發、電路設計、電路製作、電子産品維修技術人員閱讀,也適閤電子/通信技術初學者學習,還可作為大中專在校學生、電子設計及技能競賽的工具書。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 電子元器件型號命名方法和電氣圖形符號
1.1 型號命名方法
1.1.1 基礎元件的型號命名方法
1.1.2 半導體器件的型號命名方法
1.1.3 集成電路(IC)的型號命名方法
1.2 圖形符號的錶示方法及含義
1.2.1 電工圖形符號
1.2.2 電子元器件圖形符號
第2章 基礎元器件
2.1 電阻器
2.1.1 電阻器基本知識
2.1.2 電阻器的選用
2.2 電容器
2.2.1 電容器基礎知識
2.2.2 電容器的選用
2.3 電感綫圈和變壓器
2.3.1 電感綫圈基礎知識
2.3.2 常用電感綫圈的特點、作用及選用
2.3.3 變壓器基礎知識
2.4 半導體二極管
2.4.1 半導體二極管基礎知識
2.4.2 半導體二極管的選用
2.5 晶體管
2.5.1 晶體管基礎知識
2.5.2 晶體管的選用
2.6 晶閘管
2.6.1 晶閘管基本知識
2.6.2 晶閘管使用注意事項及典型應用電路
第3章 模擬技術
3.1 運算放大器
3.1.1 單運算放大器
3.1.2 雙運算放大器
3.1.3 四運算放大器
3.2 A/D與D/A轉換器
3.2.1 A/D轉換芯片
3.2.2 D/A轉換芯片
3.3 電壓比較器
3.4 時基電路
3.5 壓控振蕩器
第4章 傳感技術
4.1 溫度傳感器
4.1.1 熱電阻
4.1.2 熱電偶
4.1.3 DS1820集成溫度傳感器
4.1.4 AD22105溫度開關
4.2 濕度傳感器
4.2.1 濕敏電阻
4.2.2 濕敏電容
4.2.3 數字濕度傳感器
4.3 氣體傳感器
4.3.1 半導體氣體傳感器
4.3.2 電化學型氣體傳感器
4.4 壓力傳感器
4.4.1 陶瓷壓力傳感器
4.4.2 壓阻傳感器
4.4.3 數字壓力傳感器
4.5 加速度傳感器
4.6 霍爾位移傳感器
4.6.1 開關型霍爾位置傳感器
4.6.2 數字霍爾位置傳感器
4.7 電流傳感器
4.7.1 霍爾電流傳感器
4.7.2 常用開環電流傳感器
4.7.3 常用閉環電流傳感器
4.8 光電傳感器
4.8.1 常用反射式光電傳感器
4.8.2 常用透射式光電傳感器
第5章 電源技術
5.1 綫性集成穩壓器
5.1.1 LM78××係列穩壓器
5.1.2 LM79××係列穩壓器
5.1.3 LM317穩壓器
5.1.4 LM337穩壓器
5.2 TL431並聯穩壓器
5.3 TOP Switch係列開關電源
5.3.1 TOP Switch係列的性能特點
5.3.2 TOP Switch係列的引腳與參數
5.3.3 TOP Switch係列的典型應用
5.4 TOP Switch-FX係列開關電源
5.4.1 TOP Switch-FX係列的性能特點
5.4.2 TOP Switch-FX係列的引腳與參數
5.4.3 TOP Switch-FX係列的典型應用
5.5 Tiny Switch係列微型單片開關電源
5.5.1 Tiny Switch係列的性能特點
5.5.2 Tiny Switch係列的典型應用
5.6 MC33370係列微型單片開關電源
5.6.1 MC33370係列的性能特點
5.6.2 MC33370係列的引腳功能
5.6.3 MC33370係列的典型應用
5.7 UC3852有源高功率因數集成控製器
5.7.1 UC3852的性能特點
5.7.2 UC3852的引腳功能與參數
5.7.3 UC3852的典型應用
第6章 單片機技術
6.1 80C51係列單片機
6.1.1 51係列單片機
6.1.2 C8051F係列單片機
6.2 AVR係列單片機
6.3 PIC係列單片機
6.3.1 PIC單片機的特性描述
6.3.2 PIC12C508超小型單片機
6.4 μPSD3200係列單片機
6.5 TI單片機
6.6 ARM控製器
第7章 功率驅動與執行器件
7.1 ULN2003達林頓驅動器件
7.2 晶閘管
7.2.1 概述
7.2.2 單嚮晶閘管
7.2.3 雙嚮晶閘管
7.3 固態繼電器
7.3.1 概述
7.3.2 中功率固態繼電器
7.3.3 大功率固態繼電器
7.4 1GBT
7.4.1 1GBT原理及應用
7.4.2 常用IGBT型號及性能參數
第8章 光電顯示技術
8.1 LED顯示器
8.1.1 數碼管
8.1.2 米字管
8.1.3平麵發光二極管
8.1.4 LED點陣式顯示器
8.2 液晶顯示器
8.2.1 段碼液晶顯示器
8.2.2 字符型液晶顯示器
8.2.3 圖形點陣液晶顯示器
8.2.4彩色液晶屏
第9章 接口技術
9.1 RS232接口技術
9.2 RS485接口技術
9.3 ISA總綫技術
9.4 PCI技術
9.5 IDE接口技術
9.6 USB接口技術
第10章 通信技術
10.1 Modbus通信協議
10.1.1 Modbus協議概述
10.1.2 Modbus協議工作傳輸機製
10.1.3 Modbus兩種工作傳輸模式
10.1.4 Modbus消息內各域解析
10.2 過程現場總綫Prohbus
10.2.1 Pronbus協議概述
10.2.2 Profibus協議結構及工作傳輸模式
10.2.3 Profibus協議的應用
10.3 CAN總綫
10.3.1 CAN總綫協議概述
10.3.2 典型的CAN總綫協議係統
第11章 存儲技術
11.1 隨機存取存儲器(RAM)
11.1.1 基礎知識
11.1.2 靜態隨機存取存儲器(SRAM)
11.1.3 動態隨機存取存儲器(DRAM)
11.2 隻讀存儲器(ROM)
11.2.1 ROM的分類
11.2.2 多次改寫編程的ROM
11.3 I2C存儲器
11.3.1 CAT24WC01/02/04/08/16(1K/2K/4K/8K/16K位串行E2PROM)
11.3.2 CAT24WC32/64(32K/64K位串行E2PROM)
第12章 無綫技術
12.1 315MHz~2.4GHz無綫收發器
12.1.1 315MHz~2.4GHz無綫收發器簡介
12.1.2 315MHz~2.4GHz無綫收發器典型應用
12.2 IrDA紅外數據傳輸
12.2.1 IrDA紅外數據傳輸基礎知識
12.2.2 常用IrDA紅外傳輸IC簡介
12.3 FM調諧器
第13章 可編程邏輯器件
13.1 CPLD
13.2 FPGA
13.2.1 FPGA概述
13.2.2 FPGA工作原理
13.2.3 FPGA配置模式
13.2.4 常用FPGA係列産品
13.2.5 FPGA的應用
13.3 FPGA與CPLD的辨彆和分類
第14章 常用英文縮寫略語
參考文獻
前言/序言
當今世界,經濟全球化與信息化相互促進,我國正在實施信息化發展道路,以信息化帶動工業化,以工業化促進信息化,提高經濟社會信息化水平。電子信息産業是高新技術的代錶性産業,其技術依賴性和人纔依賴性強,是知識和技術密集型産業,電子産業迅猛發展,在國民經濟中的地位日益提升。隨著信息産業發展壯大和傳統産業的信息化改造帶來的産業結構的變化,必將帶來就業結構的轉變,大量深諳電路設計、電子製作、維修技術的人纔將會成為“香餑餑”。
大量新技術、新器件和新工藝的應用使電子産品的性能進一步提高,功能日趨完善。設計與製作中采用的技術手段也將更加復雜,所采用的元器件也將更加先進,這給電路設計、電子製作、維修技術人員提齣瞭新的挑戰。
為瞭幫助廣大電路開發、電路設計、電子製作、電子産品維修技術人員,以及有誌成為電子工程師的初學者、大中專在校學生瞭解産品設計製作中常用的元器件、電路,快速掌握和提高設計與製作技能,我們組織編寫瞭《電子工程師常用手冊》一書。
《電子工程師實用指南》 前言 在日新月異的電子技術領域,工程師們每天都麵臨著層齣不窮的挑戰與機遇。從基礎理論的學習到復雜係統的設計,從元器件的選擇到電路的調試,每一個環節都需要紮實的專業知識和豐富的實踐經驗。為瞭幫助廣大電子工程師,尤其是初入職場或希望拓展技術視野的同仁們,更高效、更準確地掌握工程實踐中的關鍵技能,我們組織編寫瞭這本《電子工程師實用指南》。 本書並非對某一特定技術領域進行深入的理論探討,也非羅列枯燥的公式和定理。相反,它以“實用”為核心,旨在為電子工程師在日常工作中遇到的實際問題提供解決方案、提供可靠的參考依據,並幫助他們建立起係統性的工程思維。我們深知,理論與實踐之間存在著一條溝壑,而本書正是希望成為連接這條溝壑的橋梁,將抽象的概念轉化為可執行的操作,將紙麵的設計轉化為可運行的産品。 本書的內容涵蓋瞭電子工程設計、開發、測試和維護的各個關鍵環節。我們力求內容翔實、條理清晰,並輔以豐富的圖錶和實例,以便讀者能夠更直觀地理解和掌握。本書的編寫團隊由一批在電子工程領域擁有多年豐富經驗的資深工程師組成,他們將自己的實踐心得、遇到的問題及其解決方案傾囊相授,希望能為年輕一代的工程師們提供寶貴的藉鑒。 在編寫過程中,我們始終堅持以問題為導嚮,以實用為目的。我們關注工程師在實際工作中經常會遇到的難點和痛點,並試圖提供切實可行的應對方法。我們深信,一本真正有價值的實用指南,不應隻是知識的搬運工,更應該是經驗的傳遞者,是解決問題的助力者。 我們希望《電子工程師實用指南》能夠成為您案頭的常備工具書,在您攻剋技術難題、提升工程能力的過程中,發揮積極的作用。願本書能陪伴您在電子工程的廣闊天地中,不斷探索,勇攀高峰。 第一章 基礎元器件的選型與應用 電子工程師的工作始於對基礎元器件的深刻理解。本章將詳細闡述各類常用電子元器件的特性、選型原則、以及在實際電路中的典型應用。 1.1 電阻器 分類與特性:介紹碳膜電阻、金屬膜電阻、氧化膜電阻、繞綫電阻等不同類型電阻的阻值精度、功率耗散、溫度係數、噪聲等特性。 選型原則:根據電路的功率需求、精度要求、工作環境(如溫度、濕度、高頻特性)來選擇閤適的電阻器。討論瞭固定電阻與可調電阻(電位器、微調電阻)的應用場景。 典型應用:限流電阻、分壓電阻、偏置電阻、匹配電阻、上拉/下拉電阻等。講解如何在設計中計算電阻的阻值和功率。 1.2 電容器 分類與特性:詳細介紹陶瓷電容器(C0G, X7R, Y5V等)、電解電容器(鋁電解、鉭電解)、薄膜電容器(聚酯、聚丙烯)、超級電容器等。關注其容值、耐壓、ESR(等效串聯電阻)、漏電流、頻率響應、溫度特性等參數。 選型原則:根據濾波、耦閤、退耦、儲能、振蕩等電路功能,選擇閤適的電容器類型、容值、耐壓和ESR。強調電解電容的極性以及在高頻應用中的限製。 典型應用:電源濾波、信號耦閤與隔直、高頻退耦、儲能元件、振蕩電路、定時電路等。討論瞭電容器的串聯與並聯使用。 1.3 電感器 分類與特性:介紹空心電感、磁芯電感(鐵氧體、鐵矽鋁等)、繞綫電感、貼片電感等。關注其電感量、允許電流、自諧頻率、Q值(品質因數)、直流電阻等參數。 選型原則:根據濾波、儲能、阻抗匹配、諧振等功能,選擇閤適的電感類型、電感量和額定電流。分析磁芯材料對電感性能的影響。 典型應用:LC濾波、EMI抑製、儲能(DC-DC變換器)、射頻扼流圈、振蕩電路等。討論瞭電感的串聯與並聯使用。 1.4 二極管 分類與特性:重點介紹整流二極管、穩壓二極管(齊納管)、肖特基二極管、變容二極管、發光二極管(LED)、光敏二極管等。分析其正嚮壓降、反嚮擊穿電壓、最大正嚮電流、反嚮漏電流、開關速度等參數。 選型原則:根據整流、穩壓、開關、發光、信號檢測等應用需求,選擇閤適的二極管類型和參數。 典型應用:整流電路(半波、全波)、穩壓電路、鉗位電路、保護電路、信號檢波、LED照明與指示等。 1.5 三極管(BJT)與場效應管(FET) BJT:介紹NPN和PNP型三極管的結構、工作原理、主要參數(如Ic、Vce、hFE、Vbe(sat))。討論放大、開關兩種工作模式。 FET:介紹JFET(結型場效應管)和MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應管),包括N溝道和P溝道。分析其參數(如Idss、Vp、Vgs(th)、Rdson、Ciss、Coss、Crss)。 選型原則:根據電路的電流驅動能力、電壓承受能力、開關速度、功耗、輸入阻抗要求,選擇閤適的BJT或FET。 典型應用:放大電路、開關電路、驅動電路、電平轉換電路、電壓跟隨器等。 1.6 集成電路(IC)基礎 介紹:簡單介紹通用模擬IC(如運算放大器、比較器、定時器)和通用數字IC(如邏輯門、觸發器、計數器)的基本功能和應用。 選型要點:關注供電電壓範圍、工作溫度範圍、封裝形式、封裝尺寸、引腳功能、性能指標(如帶寬、速度、功耗)。 第二章 電源設計與管理 穩定可靠的電源是電子係統的“心髒”。本章將深入探討電源設計的關鍵技術與策略。 2.1 綫性電源 原理與構成:介紹變壓器、整流、濾波、穩壓(如三端穩壓器)等基本單元。 優缺點分析:低噪聲、簡單易用,但效率較低,發熱量大。 設計要點:散熱設計、紋波抑製、輸入輸齣電壓範圍選擇。 2.2 開關電源(SMPS) 原理與拓撲:介紹Buck(降壓)、Boost(升壓)、Buck-Boost(升降壓)、Flyback(返馳)、Forward(推挽)等典型拓撲結構。 關鍵參數:開關頻率、占空比、效率、紋波、瞬態響應、 EMI。 設計流程:根據輸入輸齣電壓、電流需求,選擇閤適的拓撲;計算主功率元件(開關管、變壓器、電感、電容)的參數;選擇控製芯片;設計PCB布局。 EMI/EMC考慮:開關電源産生的電磁乾擾是設計中的重要挑戰,介紹抑製EMI的常用方法。 2.3 電池供電係統 電池類型:介紹鎳鎘、鎳氫、鋰離子(Li-ion)、鋰聚閤物(Li-poly)等常用電池的特性(能量密度、電壓、內阻、循環壽命、安全性)。 充放電管理:介紹充電控製電路(恒流/恒壓)、保護電路(過充、過放、過流、短路保護)、電量計量(電量計IC)。 電源效率優化:在電池供電係統中,低功耗設計至關重要,介紹低功耗模式、高效DC-DC變換器等。 2.4 電源噪聲抑製與EMI/EMC 噪聲來源:分析電源綫引入的外部噪聲和電源自身産生的噪聲。 濾波技術:介紹RC濾波、LC濾波、EMI濾波器等。 EMC設計:PCB布局、接地設計、屏蔽、濾波等在EMC設計中的作用。 第三章 信號處理與模擬電路基礎 信號的産生、處理與分析是電子工程的核心內容之一。本章將介紹常用的模擬信號處理技術與電路。 3.1 放大器 基本概念:增益、帶寬、輸入阻抗、輸齣阻抗、綫性度、失真。 典型放大電路:共射、共集、共基放大器(BJT);共源、共漏、共柵放大器(FET)。 運算放大器(Op-Amp):詳細介紹運放的基本原理、理想運放模型、虛短/虛斷概念。 Op-Amp應用電路:同相比例放大、反相比例放大、加法器、減法器、積分器、微分器、比較器、有源濾波器(低通、高通、帶通、帶阻)。 選型要點:根據應用需求選擇閤適的運放,關注其開環增益、帶寬、壓擺率、輸入偏置電流、失調電壓、噪聲等參數。 3.2 濾波器 作用與分類:介紹濾波器的基本作用(抑製不需要的頻率成分),以及按頻率特性分的低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 濾波器類型:無源濾波器、有源濾波器(利用運放實現)。 濾波器設計:介紹巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、貝塞爾(Bessel)等濾波器類型及其特性。討論濾波器階數與性能的關係。 3.3 振蕩器 振蕩原理:正反饋、增益、相位。 典型振蕩電路:LC振蕩器(哈特萊、科爾皮茨)、RC振蕩器(移相、文氏電橋)、晶體振蕩器。 選型要點:頻率穩定性、輸齣波形、幅度。 3.4 信號調理與衰減 衰減器:固定衰減器、可變衰減器。 信號整形:斜坡發生器、鋸齒波發生器。 電平轉換:邏輯電平轉換、模擬信號範圍轉換。 第四章 數字電路與微控製器應用 數字電路是現代電子係統的基礎,微控製器則將強大的處理能力集成到小巧的封裝中。 4.1 數字邏輯基礎 邏輯門:AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR。 布爾代數與邏輯化簡:卡諾圖、代數化簡法。 組閤邏輯電路:編碼器、譯碼器、多路選擇器、加法器、減法器。 時序邏輯電路:觸發器(SR, D, JK, T)、寄存器、計數器。 4.2 微控製器(MCU) 基本結構:CPU、存儲器(RAM, ROM/Flash)、I/O端口、定時器/計數器、中斷控製器、通信接口(UART, SPI, I2C)。 指令集與編程:介紹匯編語言和高級語言(C/C++)在MCU開發中的應用。 常用MCU係列:簡單介紹ARM Cortex-M係列、AVR、PIC等主流MCU傢族的特點。 開發環境與工具:IDE(集成開發環境)、編譯器、調試器、仿真器。 嵌入式係統設計:驅動程序編寫、硬件抽象層(HAL)、實時操作係統(RTOS)簡介。 4.3 常用通信接口 UART/USART:異步串行通信,用於設備間的點對點通信,如與PC通信。 SPI:同步串行外設接口,全雙工通信,速度快,用於MCU與傳感器、存儲器等連接。 I2C:多主多從通信協議,速度適中,用於連接多個外設,如EEPROM、RTC、I/O擴展器。 USB:通用串行總綫,用於連接各種外部設備。 CAN:控製器局域網絡,常用於汽車電子和工業自動化。 4.4 模數轉換(ADC)與數模轉換(DAC) ADC:將模擬信號轉換為數字信號,介紹不同類型的ADC(逐次逼近型、Σ-Δ型、SAR型)及其參數(分辨率、采樣率、精度)。 DAC:將數字信號轉換為模擬信號,介紹不同類型的DAC(R-2R、電壓輸齣、電流輸齣)及其參數。 應用:數據采集、信號重構、音頻/視頻處理。 第五章 PCB設計與布綫 PCB(Printed Circuit Board)是電子元器件的載體和電氣連接的實現者。精良的PCB設計直接關係到電路的性能和穩定性。 5.1 PCB設計流程 原理圖設計:元器件庫、電氣連接、網絡標號。 PCB布局:元器件的擺放原則,考慮信號流嚮、散熱、EMC、機械結構。 PCB布綫:導綫寬度、間距、過孔、電源/地綫規劃、差分信號布綫、高頻信號布綫。 5.2 PCB設計中的關鍵考慮因素 信號完整性(SI):反射、串擾、損耗、阻抗匹配。 電源完整性(PI):電源噪聲、去耦電容的放置。 電磁兼容性(EMC):地綫規劃、屏蔽、濾波、信號布綫。 散熱設計:散熱片、銅箔散熱、風扇。 元器件封裝與尺寸:確保PCB尺寸與外殼匹配。 5.3 PCB的生産與測試 Gerber文件生成:PCB設計輸齣的標準格式。 PCB闆材選擇:FR-4、高頻闆材。 製闆工藝:單麵闆、雙麵闆、多層闆、HDI闆。 AOI(自動光學檢測)、ICT(在綫測試):PCB生産中的質量控製。 第六章 調試與故障排除 電子産品的成功交付離不開有效的調試與細緻的故障排除。 6.1 調試方法與工具 萬用錶:電壓、電流、電阻、導通性測量。 示波器:信號波形觀察、時序分析、幅度測量。 邏輯分析儀:數字信號時序和狀態分析。 信號發生器:産生各種測試信號。 頻譜分析儀:分析信號的頻率成分。 6.2 常見故障分析 電源故障:無輸齣、輸齣電壓異常、噪聲大。 信號異常:信號丟失、失真、幅度不對、相位錯誤。 數字邏輯錯誤:時序問題、數據錯誤。 元器件損壞:過壓、過流、靜電損傷。 6.3 調試策略與技巧 分而治之:將復雜係統分解為模塊進行測試。 從簡單到復雜:先驗證基本功能,再進行高級功能測試。 對比法:與已知良好的係統進行對比。 排除法:逐步排除可能的故障原因。 文檔記錄:詳細記錄調試過程和發現的問題。 結語 電子工程是一個充滿挑戰與樂趣的領域。本書旨在為廣大電子工程師提供一個實用、全麵的參考平颱。希望通過本書的學習,讀者能夠更自信地應對工程實踐中的各種問題,不斷提升自己的技術能力和職業素養。技術的發展永無止境,希望各位工程師保持終身學習的態度,與時俱進,為電子技術的進步貢獻自己的力量。