电子工程师自学速成——入门篇(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：蔡杏山主编

出版社：人民邮电出版社

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电子工程师自学速成——入门篇试读：

前言

电子工程师是指从事各类电子产品和信息系统研究、教学、产品设计、科技开发、生产和管理等工作的高级工程技术人才。电子工程师一般分为硬件电子工程师和软件电子工程师，其中硬件电子工程师主要负责运用各种电子工具进行电子产品的装配、测试和维修等工作，其工作是技术与手动操作的结合；软件电子工程师主要负责分析、设计电路图，制作印制电路板（PCB），以及对嵌入式系统（如单片机）进行编程等工作。

为了让读者能够轻松快速地进入电子工程师行列，我们推出了“电子工程师自学速成”丛书，该丛书的分为“入门篇”、“提高篇”和“设计篇”3本，各书内容说明如下。《电子工程师自学速成——入门篇》的内容包括电子技术入门基础、电子元器件（电阻器、电容器、电感器、变压器、二极管、三极管、光电器件、电声器件、晶闸管、场效应管、IGBT、继电器、干簧管、显示器件、贴片元器件、集成电路和传感器）、基础电子电路、收音机与电子产品的检修、电子测量基础、指针万用表、数字万用表、信号发生器、毫伏表、示波器、频率计和扫频仪等。《电子工程师自学速成——提高篇》的内容包括模拟电路和数字电路两大部分，其中模拟电路部分的内容有电路分析基础、放大电路、放大器、谐振电路、滤波电路、振荡器、调制电路、解调电路、变频电路、反馈控制电路、电源电路和晶闸管电路，数字电路部分的内容有数字电路基础、门电路、数制、编码、逻辑代数、组合逻辑电路、时序逻辑电路、脉冲电路、D/A转换器、A/D转换器和半导体存储器。《电子工程师自学速成——设计篇》的内容包括单片机技术和Protel电路绘图设计两大部分，其中单片机技术部分的内容有单片机入门、单片机硬件原理、单片机的开发过程、单片机编程、中断技术、定时器/计数器、串行通信技术和接口技术，Protel电路绘图设计部分的内容有Protel软件入门、设计电路原理图、制作新元件、手工设计PCB、自动设计PCB和制作新元件封装。“电子工程师自学速成”丛书主要有以下特点。

◆ 基础起点低。读者只需具有初中文化程度即可阅读本套丛书。

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本套丛书在编写过程中得到了许多老师的支持，其中，蔡玉山、詹春华、黄勇、何慧、黄晓玲、蔡春霞、邓艳姣、刘凌云、刘海峰、刘元能、邵永亮、万四香、何宗昌、朱球辉、何彬、李清荣、蔡理刚、何丽、蔡华山、梁云、蔡理峰、唐颖、王娟、蔡任英和邵永明等参与了书中资料的收集和部分章节的编写工作，在此一致表示感谢。由于我们水平有限，书中的错误和疏漏在所难免，望广大读者和同仁予以批评指正。编者  第1章电子技术入门基础1.1 基本概念与规律1.1.1 电路与电路图

图1-1（a）所示是一个简单的实物电路，该电路由电源（电池）、开关、导线和灯泡组成。电源的作用是提供电能；开关、导线的作用是控制和传递电能，称为中间环节；灯泡是消耗电能的用电器，它能将电能转变为光能，称为负载。因此，电路是由电源、中间环节和负载组成的。

图1-1（a）所示为实物电路，绘制该电路很不方便，为此人们用简单的图形符号代替实物的方法来画电路，这样画出的图形称为电路图。图1-1（b）所示的图形就是图1-1（a）所示实物电路的电路图，不难看出，用电路图来表示实际的电路非常方便。图1-1 一个简单的电路1.1.2 电流与电阻

1．电流

在图1-2所示电路中，将开关闭合，灯泡会发光，为什么会这样呢？下面就来解释其中的原因。图1-2 电流说明图

当开关闭合时，带负电荷的电子源源不断地从电源负极经导线、灯泡、开关流向电源正极。这些电子在流经灯泡内的钨丝时，钨丝会发热，温度急剧上升而发光。

大量的电荷朝一个方向移动（也称定向移动）就形成了电流，这就像公路上有大量的汽车朝一个方向移动就形成“车流”一样。实际上，我们把电子运动的反方向作为电流方向，即把正电荷在电路中的移动方向规定为电流的方向。图1-2所示电路的电流方向是：电源正极→开关→灯泡→电源的负极。

电流通常用字母“I”表示，单位为安培（简称安），用“A”表示，比安培小的单位有毫安（mA）、微安（μA），它们之间的换算关系为

2．电阻

在图1-3（a）所示电路中增加一个元器件——电阻器，发现灯光会变暗，该电路的电路图如图1-3（b）所示。为什么在电路中增加了电阻器后灯光会变暗呢？原来电阻器对电流有一定的阻碍作用，从而使流过灯泡的电流减小，灯光变暗。图1-3 电阻说明图

导体对电流的阻碍称为该导体的电阻，电阻通常用字母“R”表示，电阻的单位为欧姆（简称欧），用“Ω”表示，比欧姆大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ），它们之间的换算关系为

导体的电阻计算公式为

在上式中，L为导体的长度（单位：m），S为导体的横截面积2（单位：m），ρ为导体的电阻率（单位：Ω·m）。不同的导体，ρ 值一般不同。表 1-1 列出了一些常见导体的电阻率（20℃时）。在长度L和横截面积S相同的情况下，电阻率越大的导体其电阻越大，例如，L、S相同的铁导线和铜导线，铁导线的电阻约是铜导线的 5.9 倍。由于铁导线的电阻率较铜导线大很多，所以为了使负载得到较大电流以及减小供电线路的损耗，供电线路通常采用铜导线。表1-1 一些常见导体的电阻率（20℃时）

导体的电阻除了与材料有关外，还受温度影响。一般情况下，导体温度越高电阻越大，例如常温下灯泡（白炽灯）内部钨丝的电阻很小，通电后钨丝的温度升到1 000℃以上，其电阻急剧增大；导体温度下降电阻减小，某些金属材料在温度下降到某一值时（如−109℃），电阻会突然变为0Ω，这种现象称为超导现象，具有这种性质的材料称为超导材料。1.1.3 电位、电压和电动势

电位、电压和电动势对初学者来说较难理解，下面通过图 1-4 所示的水流示意图来说明这些术语。首先来分析图1-4中的水流过程。图1-4 水流示意图

水泵将河中的水抽到山顶的A处，水到达A处后再流到B处，水到B处后流往C处（河中），然后水泵又将河中的水抽到A处，这样使得水不断循环流动。水为什么能从A处流到B处，又从B处流到C处呢？这是因为A处水位较B处水位高，B处水位较C处水位高。

要测量A处和B处水位的高度，必须先要找一个基准点（零点），就像测量人的身高要选择脚底为基准点一样，这里以河的水面为基准（C处）。AC之间的垂直高度为A处水位的高度，用H表示；BC之间A的垂直高度为B处水位的高度，用H表示。由于A处和B处水位高度B不一样，它们存在着水位差，该水位差用 H表示，它等于 A 处水AB位高度 HA与 B 处水位高度 HB之差，即H=H−H。为了让A处源ABAB源不断有水往B、C处流，需要水泵将低水位的河水抽到高处的A点，这样做水泵是需要消耗能量的（如耗油）。

1．电位

电路中的电位、电压和电动势与上述水流情况很相似。如图 1-5 所示，电源的正极输出电流，流到A点，再经R1流到B点，然后通过R2流到C点，最后流到电源的负极。

与图1-4所示水流示意图相似，图1-5所示电路中的A、B点也有高低之分，只不过不是水位，而称为电位，A点电位较B点电位高。为了计算电位的高低，也需要找一个基准点作为零点，为了表明某点为零基准点，通常在该点处画一个“⊥”符号，该符号称为接地符号，接地符号处的电位规定为0V，电位单位不是米（m），而是伏特（简称伏），用“V”表示。在图1-5所示电路中，以C点为0V（该点标有接地符号），A点的电位为3V，表示为V=3V；B点电位为1V，表示A为V=1V。B图1-5 电位、电压和电动势说明图

2．电压

图1-5所示电路中的A点和B点的电位是不同的，有一定的差距，这种电位之间的差距称为电位差，又称电压。A点和B点之间的电位差用U表示，它等于A点电位V与B点电位V的差，即U=VABABABA−V=3V−1V=2V。因为A点和B点电位差实际上就是电阻器R两端的B1电位差（即电压）， R两端的电压用U表示，所以U=U。1R1ABR1

3．电动势

为了让电路中始终有电流流过，电源需要在内部将流到负极的电流源源不断地“抽”到正极，使电源正极具有较高的电位，这样正极才会输出电流。当然，电源内部将负极的电流“抽”到正极需要消耗能量（如干电池会消耗掉化学能）。电源消耗能量在两极建立的电位差称为电动势，电动势的单位也为伏特，图1-5所示电路中电源的电动势为3V。

由于电源内部的电流是由负极流向正极，故电源的电动势方向规定为从电源负极指向正极。1.1.4 电路的3种状态

电路有3种状态：通路、开路和短路，这3种状态的电路如图1-6所示。图1-6 电路的3种状态

1．通路

图1-6（a）所示电路处于通路状态。电路处于通路状态的特点有：电路畅通，有正常的电流流过负载，负载正常工作。

2．开路

图1-6（b）所示电路处于开路状态。电路处于开路状态的特点有：电路断开，无电流流过负载，负载不工作。

3．短路

图1-6（c）所示电路处于短路状态。电路处于短路状态的特点有：电路中有很大电流流过，但电流不流过负载，负载不工作。由于电流很大，电源和导线很容易被烧坏。1.1.5 接地与屏蔽

1．接地

接地在电子电路中应用广泛，电路中常用图1-7所示的符号表示接地和接机壳。

为了便于初学者理解，本书将接地和接机壳统一成接地来说明。在电子电路中，接地的含义不是表示将电路连接到大地，而是有以下的意义。

① 在电路中，接地符号处的电位规定为 0V。在图1-8（a）所示电路中，A 点标有接地符号，规定A点的电位为0V。

② 在电路中，标有接地符号的地方都是相通的。图1-8（b）所示的两个电路，虽然从形式上看不一样，但电路的实际连接是一样的，故两个电路中的灯泡都会亮。图1-7 接地和接机壳符号图1-8 接地符号含义说明图

2．屏蔽

在电子设备中，为了防止某些元器件和电路工作时受到干扰，或者为了防止某些元器件和电路在工作时产生信号干扰其他电路的正常工作，通常对这些元器件和电路采取隔离措施，这种隔离称为屏蔽。屏蔽常用图1-9所示的符号表示。

屏蔽的具体做法是用金属材料（称为屏蔽罩）将元器件或电路封闭起来，再将屏蔽罩接地。图 1-10所示为带有屏蔽罩的元器件和导线，外界干扰信号无法穿过金属屏蔽罩干扰内部的元器件和电路。图1-9 屏蔽符号图1-10 带有屏蔽罩的元器件和导线1.1.6 欧姆定律

欧姆定律是电子技术中的一个最基本的定律，反映了电路中电阻、电流和电压之间的关系。

欧姆定律的内容是：在电路中，流过电阻的电流I的大小与电阻两端的电压U成正比，与电阻R的大小成反比，即

也可以表示为U=IR和。

为了更好地理解欧姆定律，下面以图1-11所示的几种形式为例加以说明。图1-11 欧姆定律的几种形式图示

在图1-11（a）中，已知电阻R=10Ω，电阻两端的电压U=5V，AB那么流过电阻的电流。

在图1-11（b）中，已知电阻R=5Ω，流过电阻的电流I=2A，那么电阻两端的电压U=I·R=2A× 5Ω=10V。AB

在图 1-11（c）中，已知流过电阻的电流 I=2A，电阻两端的电压 U=12V，那么电阻的大小。AB

下面以图1-12所示的电路为例来说明欧姆定律的应用。图1-12 欧姆定律的应用说明图

在图 1-12 所示的电路中，电源的电动势 E=12V，它与 A、D 之间的电压 U相等，3 个电阻R、R、R串接起来，可以相当于一AD123个电阻R，R=R+R+R=2Ω+7Ω+3Ω=12Ω。知道了电阻的大小和电123阻两端的电压，就可以求出流过电阻的电流I了。

求出了流过R、R、R的电流I，并且它们的电阻大小已知，就123可以求出R、R、R两端的电压U（U实际就是A、B两点之间的123R1R1电压U）、U和U了。ABR2R3

从上面可以看出 U+U+U=U+U+U=U=12VR1R2R3ABBCCDAD

在图1-12中如何求B点电压呢？首先要明白：在电路中，某点电压指的是该点与地之间的电压，所以B点电压U实际就是电压U，BBD求U有以下两种方法。B

方法一　　U=U=U+U=U+U=7V+3V=10VBBDBCCDR2R3

方法二　　U=U=U−U=U−U=12V−2V=10VBBDADABADR11.1.7 电功、电功率和焦耳定律

1．电功

电流流过灯泡，灯泡会发光；电流流过电炉丝，电炉丝会发热；电流流过电动机，电动机会运转。可见电流流过一些用电设备时是会做功的，电流做的功称为电功。用电设备做功的大小不但与加到用电设备两端的电压及流过用电设备的电流有关，而且与通电时间长短有关。电功可用下面的公式计算

式中，W表示电功，单位为焦（J）；U表示电压，单位为伏（V）；I表示电流，单位为安（A）；t表示时间，单位为秒（s）。

2．电功率

电流需要通过一些用电设备才能做功，为了衡量这些设备做功能力的大小，引入一个电功率的概念。电功率是指单位时间里电流通过用电设备所做的功。电功率常用 P 表示，单位为瓦（W），此外还有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它们之间的换算关系是

电功率的计算公式是

根据欧姆定律可知U=I·R，，所以电功率还可以用以下公式来表示

举例：在图1-13所示电路中，灯泡两端的电压为220V（它与电源的电动势相等），流过灯泡的电流为 0.5A，求灯泡的电功率、电阻

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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