作者：休斯（John M. Hughes）
出版社：人民邮电出版社
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电子工程师必读：元器件与技术试读：
前言
为了能够制作出一些有趣的电子器件，或者创造性地改进已有的器件，你需要了解多少电子学知识呢？这取决于你从创造性进程的哪一点开始，也取决于你在探索过程中学习新知识和获得新技能的意愿。
本书的主要目的是提供电子学方面的一些较为晦涩难懂（也可能很普通）但很重要的参考知识。这包括通常从工作实践和多年经验中学到的知识，例如，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，不同型号的串行端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。当然，我们还会介绍电子工作中用到的工具及它们的使用方法，并调查除了寻常的数字万用表之外还有什么设备可用于测试。
首先介绍电子学基础物理知识，摒弃“水在管中流动”的类比，直达问题的实质，了解原子是怎样传递电子的。然后将仔细学习电压和电流的基本概念。若需要更详细地了解基础电子学理论，请见附录A。
应当指出，本书并不是一本深入的电子学理论教科书。关于电子学理论已经有了很多优秀的教材，此处若再重复，无异于浪费纸张。因此，尽管本书开头有一些介绍性材料，但是可以说，本书的主要目的是为读者提供一份电子学课本或按部就班的项目书中不常涉及的专题的参考。
有了本书，或者参考附录C中的一两本建议参考书目，再加上你自己的热情和雄心，应该就能制作出自己想要的器件或建立自己想要的系统，并让它按照自己的意愿运行。还要记住，如果你不小心把电子元件烧成了焦炭，这并不是世界末日。这种事情一直都在发生，它还有一个名字叫“学习”。本书读者
本书面向所有想制作电子器件的读者，尽量囊括所有技术水平的读者。我假定你可能不熟悉电子学中用到的硬件、元件、工具和技术，或者你可能已经懂得了关于电子学的一些知识，但是在应用更加难懂的工艺时仍需要帮助。
把本书作为一本案头参考书、一本更详细信息来源的指南，你就能着手制作一个很棒的小器件，并避开一些（希望是大部分）等待马虎之人掉入的陷阱。我假设你会跟随书中的指示来学习本书的各个专题，这些专题覆盖面很广。当然，深入介绍本书的所有专题是不可能的，否则它将成为一部鸿篇巨著。我没有给出大量的细节，而是提供了足够的信息，以便你对专题有基本的了解，并为之后的研究学习打好基础。
如果你正在考虑要做点什么，但不确定如何着手，或者你已经懂得了相当多的电子学知识，但可能需要一些帮助来把它们归纳在一起，那这本书就是写给你的。本书结构
每章都讨论一个特定的专题，范围包括硬件（螺丝、螺母和螺栓）、工具、开关、继电器、无源元件以及固态有源元件，等等。每章的结构都方便你找到特定的主题并迅速得到问题的答案。
第1章：运动的电子
第1章从宏观角度审视电子学，通过“运动的电子”这一概念来理解电压、电流、功率等。
第2章：紧固件和黏合剂
紧固件和紧固方法对项目的成功完成是极为重要的，但它们却常常被忽视或被认为是理所当然的。对紧固件的选择也可能对项目美学有主要的影响，因此是否选择了正确的紧固件就可能决定整个作品是优雅还是笨重。
第3章：工具
这一章描述了电子学工作中需要的基本工具（斜刀、冲刀、钳子、螺丝刀等），以及其他教材中一般未加讨论的工具，包括压接工具、旋转工具、阶梯钻、专业级焊台以及用于表面组装工作的放大镜和显微镜。
第4章：工具使用方法
每种工具各用一小节介绍其使用方法和用途，包括套筒、扳手和螺丝刀的正确使用；也介绍了如何焊接各种类型的元件，包括表面组装元件；还介绍了如何打出用于装配元件的大小合适的孔，这些元件包括开关、灯或底盘/仪表板上的印制电路板。
第5章：电源
这一章是对直流和交流电源的综述，范围从电池到自耦变压器型设备。其中特别关注了以插接式模块（所谓壁疣）形式出现的便宜的直流电源，还介绍了保险丝和断路器，并对如何选择这些重要的保护设备的合适额定功率给出了指导。
第6章：开关
这一章对可用的开关型号及其典型应用场所进行了调查，包括常见的开关，例如触发器和配电盘装配按钮，以及其他型号的开关，例如PCB装配按钮和膜式开关。
第7章：连接器和接线
电子学中，几乎每个器件都与某处或某物相连。这一章描述了各种型号的连接器及其应用场所，以及如何装配其中一些较普通的型号，例如DB-9、DB-25、高密度接线板，还有Arduino、Raspberry Pi和BeagleBone电路板上用到的0.1英寸栅格插头连接器。该章还涉及了相关专题，例如用于插件连接的焊接、压接和绝缘层剥离（IDC）技术。其主要讲解的连接器是一般人都可以轻松装配的，不需借助显微镜、镊子或价值数百美元的特殊工具。
第8章：无源元件
无源元件是电路的框架。这一章描述了常见的无源元件，例如电阻、电容和电感，包括通孔和表面装配型号；还描述了如何阅读元件标记，如何理解元件的功率、温度和容差等级。
第9章：有源元件
这一章描述了各种各样的有源元件，从基本的二极管到复杂的集成电路，并附有照片和封装外形图来说明各种型号。该章还讨论了当使用有源元件时应当牢记的要点，例如静态灵敏度、焊接热损坏等，以及一些可用于表面装配元件的封装型号。
第10章：继电器
继电器可能是一项很古老的技术了，但它们在电子学中仍然起着重要的作用。这一章介绍了各种可用的继电器及其典型应用，描述了低电流、TTL可兼容的簧片继电器和用于控制交流电的大功率继电器等型号，还介绍了控制低电压电路继电器的技术。
第11章：逻辑电路
除了概要介绍基本逻辑元件（或、或非、与、与非等）、逻辑系列（TTL、CMOS）以及一些组合逻辑电路范例之外，这一章还介绍了现有的微处理器和微控制器，你在从事自己的项目时可能会用到它们。
第12章：离散控制接口
这一章描述了使用离散信号（一个单独的逻辑输入/输出接口）来控制物理世界中事物的基本方法；还讨论了使用独立的三极管和集成电路的缓冲器的用法，以及电流吸收器和采购注意事项。
第13章：模拟接口
这一章介绍了模拟输入和输出接口的基本知识，并讨论了分辨率、速率和量化效果；还介绍了模拟接口的电压范围、缓冲作用及电路设计注意事项，以减少噪声并提升性能。
第14章：数据通信接口
这一章介绍了通用接口，例如板级SPI、I2C、RS-232、RS-485、USB和以太网；介绍了无线接口，例如通用2.45 GHz设备、802.11无线网络、ZigBee网络和蓝牙；介绍了串行和并行接口这两种主要的接口系列，以及之后的同步和异步操作模式。剩余内容分成了几个小节，进行了高水平的技术研讨，并在适用情况下提供了典型的元件编号。
第15章：印制电路板
这一章综述了印制电路板（PCB）的设计和布局，更为注重技巧，而非特定的工具。一开头对PCB技术和概念进行了介绍，包括电路板基板材料和电路走线（或轨道）图案刻蚀和电镀技术。文中使用了一个真实项目案例来说明制造双面PCB布局的主要步骤。结尾总结了一般准则和小窍门。
第16章：封装
作为物理封装电子器件的可用方法指南，这一章讨论了是使用塑料还是金属，底盘零部件的来源，以及使用非常规外壳来制作独一无二的封装标准件的方法。其中举出的例子包括小型塑料外壳、使用铝和钢板的金属外壳、挤制铝材封装等现成的商用封装，以及满足更多应用需求的大尺寸工具箱。
第17章：测试设备
这一章简要地介绍了廉价的测试设备，从无所不在的数字万用表谈起，进而介绍了示波器、信号发生器和逻辑分析器。其中举出了一些现成的廉价设备的例子，例如中国制造的单通道和双通道袖珍数字示波器以及制造开源硬件所需的多波形信号发生器模块。其目的是为你提供一些不必花巨资去买高端的测试设备就能实现测试效果的建议，这并不是说高端设备有什么问题，它们的性能一般都十分优秀，只是十分昂贵而已。
附录A：电子学基础和交流电路
该附录在第1章内容的基础上，为所有对电子学感兴趣的读者和可能对其项目有帮助的读者提供了一份简洁、高水平的电子学基本理论综述。内容包括电容、串并联电阻、电容电路、基本交流电路理论、电感、噪声、阻抗和接地技术。
附录B：电路图1
该附录介绍电路图基本画法，并举例介绍常见符号。这篇附录文字很少，图表很多，便于读者迅速找到特定的符号。另外还介绍了一些用于制作电路图的可用的开源工具。
1. 本书中的各种电路符号与中国国家标准的规定略有不同，相关内容请参考GB/T4728系列标准。——编者注
附录C：参考书目
该附录列出了全书建议的所有参考书目，按主题分类。
附录D：资源
该附录包括电子经销商的网站链接、机械零部件的来源以及不同类型的剩余部件供应商名称，并简要介绍了从易趣网上购买电子元件和其他物品的注意事项，给出了一些指导和警告。
附录E：元件列表
该附录列出了书中提及的绝大部分集成电路元件和模块。尽管表格并不全面，但包含了每种类别的足够典型的元件，能够为你的新设计提供一个可靠的起点。
词汇表
词汇表给出了本书的大量关键术语和缩略语的定义。排版约定
本书使用了下列排版约定。● 黑体表示新术语。● 等宽字体（constant width）表示程序片段，以及正文中出现的变量、函数名、数据库、
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本书没有为任何产品做代言，如果有一些代言的痕迹，也并非故意。我提及了很多元件制造商、供应商和作者，并试着公平对待他们。书中提及的任何商标的所有权都属于其所有者，此处仅作为参考。关于照片拍摄，我尝试尽可能多地使用我自己的工具和物品，尽管有的图像可能显示出了特定的商标或模型，但这不意味着只有这一个型号可用，它只不过是恰巧在我的工作间里用到了而已。有些情况下，我使用了获得许可的图像，或从国会图书馆等数据源获取的图像，这是恰当的。致谢
如果没有家人持久的忍耐和支持，这本书是无法完成的。我在此特别感谢我的女儿塞伦，她忍受了我的过分挑剔，在柔光幕下为物体拍照。当我对被拍摄物体的摆放或光照一次又一次地表示不满时，她就一次又一次地重新拍摄。当然，我可爱的妻子卡罗尔也经常把美食带到我的工作间来，她还为我失眠而担心。
特别感谢麦克·维斯特菲尔德对本书进行了技术审查并提出了建议。多一个人审查细节总要更好一 些，麦克指出了一些不够细致的地方，这些地方需要修改和详细说明。最终，这本书变得更加完善了，这也说明了为何审查是任何开发过程的重要部分。
读者对于早期发行本的反馈是极为宝贵的。在此特别感谢增添了附录D中的参考书目的读者（是你，你懂的），并感谢读者们提出的大量宝贵评论和建设性批评意见。
我还要感谢O'Reilly编辑部的成员给了我再一次和他们合作的机会，尤其感谢布莱恩·索耶愿意忍受我的一切，感谢麦克·罗基兹给了我为O'Reilly再写一本书的机会，感谢Atlas团队及时且有效地回应我的技术问题。 第 1 章运动的电子
电气理论和电子学领域是极为广阔的，一开始甚至可能令人生畏。实际上，你不需要为了使电路正常运行而去了解所有的理论细节。但是，理解电是什么以及它整体上是怎样工作的，有助于你迈向成功。这就是我们以下要讲的内容。
本章有两个主要目的。首先，我想摒弃过去用于描述导体中电子流动的陈旧类比——“水在管中流动”。这个类比并不准确，还可能引起错误的设想。我认为，有一种更好的方法来形象地描述这一过程，但是我们需要对原子是什么，以及它的组成部分如何产生电荷以至最终产生电流有基本的了解。这听起来可能更像物理世界的内容（事实正是如此，还有化学世界），但是，一旦你懂得了这些概念，荧光灯、霓虹灯、闪电、电焊机、等离子切割炬、加热元件，以及你希望在项目中使用的电子元件等就都容易理解了。过去的“水在管中流动”模型类比确实不太恰当，而且除了解释为水在管中流动之外，它也不容易解释成别的什么东西。
其次，基于这个以原子为基础的模型，我想介绍一些基本概念，这些概念将会在你从事自己的项目时用到。学完本章后，你应该已对电压、电流和功率等术语的含义有了很好的了解，并已掌握它们的计算方法。如果你需要更多基础性的细节，请查询附录A，其中包含串联和并联电路概述以及交流电路的基本概念。当然，这方面有很多优秀的教材，如果你想深入探究电子学原理，我鼓励你去查阅它们。
如果你已经熟知电子学的基本概念，尽可以跳过这一章。如果你在过程中的某一环节需要更多细节，不要忘记查询附录A和附录C的建议参考内容。1.1 原子和电子
电这个词在日常使用中指的是可以在计算机里、在壁式电源插座中、在街边电线杆上架着的电线里或者在电池两极找到的东西。但是，这个东西到底是什么呢？
电是电子运动的物理表现。电子是微小的亚原子物质，带负电荷。我们知道，所有的物质都是由原子组成的，每个原子中心都有一个原子核，带净的正电荷。每个原子内部又有一个或多个带负电荷的电子以量子化形式围绕着带正电的原子核高速运动。
听到电子“绕”原子核运动，似乎没有什么不寻常，但这种说法并不是完全准确的，至少对于传统的“绕”的含义来说并不准确。电子绕原子核运动的方式不像行星围绕恒星的运动，也不像卫星围绕地球的运行方式，但是这样类比已经很接近我们的目的了。
事实上，原子的结构更像在原子核周围包裹着一层层的“云”，电子位于“云”中的某处。一种考虑方法是把这些“云”想成概率云，电子有很高的概率位于特定的某一层。由于量子物理学的怪异原理，我们在任何给定的时间内都不能在不造成破坏的情况下直接确定电子的位置，但是我们可以通过间接测量来推断它的位置。这真是有点让人心烦，我们就不再深入讨论这个问题了。如果你想了解更多细节，我推荐你看一本现代化学或物理教科书。或者如果你要想看些轻量级的介绍，那你可以查看一下已故理论物理学家乔治·伽莫夫的“汤普金斯先生”系列丛书。
大多数原子核由两种基本粒子组成：质子和中子。氢原子是例外，它的原子核中只有一个带正电的质子。原子核中可能有多个质子，具体取决于它是哪一种原子（铁、硅、氧原子等）。每个质子都带一个正电荷（称为单位电荷）。大多数原子也含有多个中子，中子和质子的质量相近，却不带电荷（你可以认为它们是原子核的压载物）。图1-1是一个氢原子和一个铜原子的示意图。图 1-1 氢原子和铜原子
原子核中的质子带+1单位电荷，与电子的-1单位电荷相抵消，所以整个原子呈电中性，即原子处于稳定状态。如果原子丢失一个电子，它将带净的正电荷；而如果原子得到一个电子，它将带净的负电荷。
原子中的电子以轨道壳层（即前文所述“云”）的方式排布，最外层称为价电子层。传统理论认为每个壳层都有唯一的能量等级，每层都能约束特定数量的电子。最外层一般决定原子的化学和导电特性，依据是原子得失电子的难易程度。有些元素的价电子层是“不完整”的，例如金属。“不完整”的意思是该层的电子数小于最大可能电子数，该元素化学性质活泼，能与其他原子交换电子。当然，实际情况比这要复杂得多，但是更确切的定义超出了本书的范围。
例如，我们注意到图1-1中的铜原子有29个电子，其中一个在28个电子组成的主组之外（这28个电子应当排布在原子核周围的各个壳层内，此处为了清晰表示而没有画出）。这个单独的最外层电子就是铜的价电子。由于铜原子的价电子层不完整，这个电子结合得并不紧密，因此铜原子要把它传递出去并不费多大力气。换句话说，铜是相对良好的导体。另一方面，硫这样的元素最外层电子数完整，不容易释放电子。硫是导电性最差的元素之一，因此它是良好的绝缘体。银是导电性最好的元素，这也解释了它为何在电子学中应用广泛。铜的导电性次之，再往后是金。然而，还有一些其他元素传递电子的性质比较模棱两可，但是在特定的情况下会导电。它们叫作半导体，是现代电子工业的关键物质。
以上模型对于我们的目的已然足够，我们就不深究原子结构的更多秘密了。我们感兴趣的是当原子在传递电子时发生了什么，以及为什么它们会这样开始。1.2 电荷和电流
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 1-2 电子在导线中运动
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 1-3 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。1.3 基本电路中的电流
闭合电路中，电子能够在闭合环路中从高电势向低电势运动，因此形成了电流。换言之，电流的形成需要一个对电子有推力的电子源和电子的返回点。
电流（一种物理现象）有四种基本特征量：电压、电流、电阻和功率。我们将使用图1-4中的简单电路作为接下来讨论的基准。注意，电路是以图片和电路图形式同时绘出的。若想了解更多的电路图符号，请参考附录B。图 1-4 简单直流电路
关于电流这一术语，有以下几点需要说明。这个词在电子学中有不止一个含义，一开始可能会令人困惑。在一种意义上，电流是指穿过某种导体的电子流，它指的是电子所带电荷的运动。在另一种意义上，电流指的是穿过导体的电子数，它说明了在某个时间点经过电路某点的电子数量。换句话说，对电流的测量就是对运动的电子数量的测定。
对电流的一种理解方式就是记住电流必须在运动状态下测量。所以当你看见电流这个词时，它通常指的是运动状态。更明确地说，电流通常指的是电荷的移动。而静电荷，甚至是普通电池两极的静电荷都没有电流，也没有可测量的电流。
如图1-4所示，只沿一个方向流动的电流称为直流（DC）。普通电池产生直流电，标准的计算机系统的直流供电也是如此。不断改变方向的电流称为交流（AC）。交流电存在于家用壁式插座中（例如美国），它也是使音响系统中扬声器工作的电流。电流变换方向的速率称为频率，以每秒周数计量，单位为赫兹（缩写Hz）。因此，一个60 Hz的信号是由每秒钟改变方向60次的电流组成的。当交流电用于驱动扬声器时，对于一个频率为440 Hz的信号，我们听起来就是高于中C的A音。
按照惯例，直流电从正极流向大地（负极），而事实上，电子从电源负极流向电源正极。在图1-4中，箭头指示出了电子流。这一矛盾从根本上源于本杰明·富兰克林的错误假定，他认为电子带正电荷，从电源正极流向电源负极。他的猜想是错误的，但是当物理学家弄清楚真实情况的时候，我们已经形成了根深蒂固的惯例，因而就有了传统电流和电子电流。虽然你应该知道了这一矛盾的存在，但从此处开始，我们还是要使用传统电流，因为大多数电子工业都沿用这一惯例。
伏特（V）是测量电势差、电势和电动势的单位。当使用电压这个术语时，通常指的是电路两点之间的电势差。换言之，我们说静电荷带有一定的伏特（电势），但在电路两点之间有一定的电压（电势差）。
电压可以被形象地理解为压力或驱动力（尽管它实际上并不是一种机械力）。这就是由电池或发电机产生的电动势（EMF），电动势可以驱动电流在电路中流动。尽管电源看起来不像发电机，它（例如插进壁式插座给手机充电的电源）也不过是某个电厂的发电机输出整流器而已。
电压也可以理解为电场中两点间的电势差。它类似于分别位于梯子顶端和高塔顶端的炮弹之间的势能之差。两枚炮弹都位于地球的重力场之中，都具有势能，而使它们达到各自的位置也需要做功。当炮弹释放时，塔顶的炮弹落到地面时比梯子顶端的炮弹落到地面时能量更大，因为它的高度更高，具有的势能也更大。
对电压的这两种描述实际上是一枚硬币正反两面的关系。为了在两点间建立电势差，必须做功。做功产生的能量消耗完之后，电势就会降低。当炮弹坠到地面上时，为了抬升它而克服重力所消耗的能量都转化为在地面上砸出一个深坑所需要的动能。
这里我们记忆的重点是高电压比低电压有更多的可用电能（压力）。这就是为什么你用一截导线短接一块普通的9 V电池，却只能看见微弱的火花，而1000万伏（或更高）的闪电却能在一瞬间照亮云层到地面之间遥远的距离。闪电的电压更高，因此与地面的电势差也更高，它就能够克服途中空气的绝缘效应。
尽管电压可以被理解为电的压力，但电流是对某一时间点通过电路的电子总量的测量。记住，电流有两个含义：电子的运动（电子流）和电子的流量。在电子学中，电流这个词通常指的是在一瞬间流过导体中某一特定点的电子数量。此时电流的含义是物理学上的数量，用安培（A）这一单位测量。
既然已经了解了电压和电流，那我们就可以检测一下在某些特定电压下，电荷在运动（有电流）时发生的事情。无论传统导体的性能多么优良，它也不可能在对电流不造成任何阻碍的情况下使电子通过（超导体可以，但此处不讨论这个问题）。电阻是对电路中的电流受到阻碍大小的衡量，单位是欧姆（Ω），以德国物理学家格奥尔格·西蒙·欧姆的名字命名。之后的1.6节对于电阻的物理特性有更详细的阐述。现在我们来看看电阻是如何对电流产生影响的。
你可能会把电阻想象成类似机械摩擦的东西（但是这个类比并不完美）。当电流流过电阻，一部分电势差就转化为热量，在电阻两端会产生压降。所产生的热量与流过电阻的电流和压降的大小成函数关系。我们将在1.5节详细讨论这个问题。
你也可以认为电阻是对原子的价电子层电子所表现出的“黏性”的量度。易于释放或接收电子的原子具有较低的电阻，而紧抓住电子不放的原子则会有较高的电阻（当然，一般情况下，不释放电子的物质是良好的绝缘体）。
例如，碳可以导电，但导电性不如铜。碳被广泛应用于制造电路中的电阻元件。
第8章介绍了电阻等无源元件。1.4 欧姆定律
你可能已经猜想到，在电压、电流和电阻之间存在基本关系，这就是著名的欧姆定律。定律如下：
E 为电压（伏特），I 为电流（安培），R 为电阻（欧姆）。
这个简单的公式是电子学的基础，事实上它是你制作电子器件所需的唯一公式。在图1-4中，电路中只有两个元件：电池和灯泡。灯泡组成了电路的负载，它对电流有阻碍作用。白炽灯的电阻随温度而改变，但是此例中我们假设灯点亮时，它的电阻为2 Ω。
电池电压为1.5 V，此例中我们假设它在额定输出电压下能在一小时内提供的最大电流为2000 mA（毫安）。这就是电池的额定容量，对于典型的AA碱性电池，额定容量通常约为2000 mAh（毫安时）。毫是千分之一，因此2000 mA相当于2 A电流。
利用欧姆定律，我们可以解得灯泡从电池获得的电流 I 大小为：
即：
此处 I 的值也可以写作750 mA。如果想知道电池能供电多长时间，你可以用容量除以电路中的电流：
2/0.75≈2.67 小时1.5 功率
在图1-4所示的简单电路中，电子在灯丝中流动，把灯丝加热到使其明亮的温度（1600℃~2800℃）。灯丝变热是因为它有电阻，这样电流通过它就不如通过导线容易。
功率是在单位时间内做功的速率，以瓦特（W）计量。一瓦特定义为每秒消耗或产生1焦耳（J）的能量。在电路中，一瓦特也可定义为1 A电流在1 V电势差下流过电阻。当电荷通过阻抗元件，从高电压向低电压（电势差）移动时，电势中的能量转化为其他形式的能量，例如热能或机械能。
我们可以通过将电压乘以电流来计算直流电路中的功率（P）：
在手电筒电路的简单例子中，用于驱动电流流过灯丝的功率以热量的形式表现出来，在灯丝达到足够高的温度以后又以光的形式表现出来。如果想知道灯泡消耗了多少功率，只需用通过灯泡的电流乘以电压：
将得到的功率值与标称功率为100 W的普通白炽灯泡进行比较。老式的100 W灯泡在110 V交流电（美国标准家用电压）下的电流为：
真奇怪！大灯泡的电流只比连接电池的小灯泡的电流多一点！这是怎么回事呢？
差别就在于施加给灯泡的电压和灯泡的内部电阻。计算出了100 W灯泡通过的电流，你就很容易算出它的内阻应该是多少。你还能看出为何不关灯（或使用老式灯泡）会很浪费。电流积少成多，每瓦功率也都要费钱。1.6 电阻
现在我们来更仔细地观察一下电阻现象，因为它是电子学最为基础的一部分。正式来说，1 Ω等于在1 V的电势差下，通过电流为1 A的导体两点间的电阻。这种关系当然是由欧姆定律定义的。
电阻是电路中的关键因素，因此它是欧姆定律方程中的三个变量之一。前面我们讲过，除了奇异的超导体，每个电路都有一定大小的电阻。就连连接电池和用电装置的导线都有一些内阻。
开关有内阻，连接器甚至印制电路板（PCB）上的铜走线都有内阻。图1-5显示了一个简单的直流电路和等价电阻，就说明了这一点。图 1-5 电路电阻举例
你可能在图1-5中注意到，电池也有一定的内阻。附录A讨论了串并联电路的电阻及阻值计算方法，但是此处的重点是告诉我们，在电路世界里一切都是有阻碍的。就电子的存在而言，电阻无处不在。
通常，设备的内阻可以忽略，因为内阻比较小，对设备的整体操作影响也较小。但是，如果设备在较低的电流下运行较长时间而不更换电池的话，内阻就需要加以考虑了。对电流的阻碍意味着推动电子经过电阻元件时消耗了能量，并以热量的形式散发出去。除非你有意使用电阻加热（电热元件就是这样工作的），否则能量就被浪费了。
在电子学中，称为电阻器的无源元件可能是最常用到的零件。电阻器有各种标称阻值和功率，从极小的表面组装电阻片到用于消散动力制动过程中所产生多余能量的巨大的内燃电动机车载设备。图1-6展示了一个常见的1/4 W碳合电阻器。关于电阻和其他无源元件的更多信息，请查询第8章。
图 1-6 常见电阻
电阻可以用来限流、减压，并在电路中的特定位置提供特定的电压。电阻在网络分析（是电网，并非数据网络）、等效电路理论和功率分配建模等分析应用中起到很大的作用。1.7 示例：制造分压器
如果你只有某个型号的电源、几个电阻和一条欧姆定律，那你能做的也不少。例如，假设你想用一个9 V电压的电池向电路输出5 V的直流电压。假设电路需要的电流不大（可能只有几毫安），而且你也不太关心5 V电压是否稳定，那么一个简单的分压器（见图1-7）就可以满足你的要求。图 1-7 简单的分压器
我们希望在A点加上9 V电压时，B点的电压为5 V。所选择的两个电阻阻值能够使流过它们的电流为100 mA。在B点接入的电路中的电流没有计入，我假设它的电流很小，对B点的电压电平影响也不大。
我们注意到图1-7所示的分压器中的两个电阻阻值不同，一个为40 Ω，另一个为50 Ω。如果R和R阻值相等，B点的电压将是4.5 12V，而不是我们想要的5 V。
那么，我是怎样得到这两个阻值的呢？首先计算出分压器电路的总电阻。由于我们已经知道了输入电压和流过电阻的电流，就可以这样计算：
因为分压器有两个电阻，它们的阻值之和必定等于总阻值：
利用电流和分压器的目标输出电压（B点），我们就得到了第二个电阻R的值：2
R就是剩下的值：1
R和R之间的比例及B点得到的电压在图1-7中的右侧以垂直刻12度标明。
另一种方法不需要知道分压器流过的电流，只需要两个电阻的比例：
V=V×(R/( R+R))输出输入212
那么，这块9 V电池能用多久呢？一块标准的普通9 V碱性电池标称容量约为550 mAh。我们可以使用前文计算简单灯泡电路的方法。用电池的标称容量除以分压器的电流，可以得到：
因此，在该电路中，电池能够连续使用约5.5小时。
作为练习，请计算这个简单电路能耗费多少功率。由于电阻的额定值包括阻值和功率损耗两个方面，很容易看出这两个电阻的功率都应该是1 W左右。该电路的功率大大超过了一个小型的1/8 W元件。
而且，我在前文提到，我假设B点接入的任何元件或电路都不会通过太大的电流。你可以将两个电阻的阻值扩大一个数量级（×10），从而将总电流减小到10 mA，但仍然有足够的裕度能在5 V上下提供一个很小的电流。这样就能将电池寿命延长到55小时或更长，并显著减少电阻器的额定功率要求。当你使用分压器为电路中的有源元件提供参考电压时，电流消耗通常很小（可能在微安范围内），因为起决定作用的是电压。在这种情况下，R和R的阻值可以非常12大，以进一步减小分压器上的电流。
这个小练习清楚地说明了一些事情。第一，你不会真的想用分压器来充当电源。稳压器的效果更好，不会无意义地耗散太多热量。我们将在第5章讲解电源，第9章讲解稳压器等有源元件。第二，在有多元变量的情况下，寻找解决方案的空间很大，有的解决方案比别的要好。不要抓住第一个结果不放，因为可能有更好的方法。第三，电池虽然易于携带，但是在大电流、长时间使用时寿命较短。并显著减少电阻器的额定功率要求。当你使用分压器为电路中的有源元件提供参考电压时，电流消耗通常很小（可能在微安范围内），因为起决定作用的是电压。在这种情况下，R和R的阻值可以非常12大，以进一步减小分压器上的电流。
这个小练习清楚地说明了一些事情。第一，你不会真的想用分压器来充当电源。稳压器的效果更好，不会无意义地耗散太多热量。我们将在第5章讲解电源，第9章讲解稳压器等有源元件。第二，在有多元变量的情况下，寻找解决方案的空间很大，有的解决方案比别的要好。不要抓住第一个结果不放，因为可能有更好的方法。第三，电池虽然易于携带，但是在大电流、长时间使用时寿命较短。1.8 总结
本章中我们学习了原子结构的基础知识，以及这种结构是如何促成电子运动的。我们还学习了电压、电流、功率和电阻的基础知识，并发现功率100 W、额定电压110 V的用电器的电流只比功率1.25 W、电压1.5 V的用电器的电流略大。造成功率差异的主要因素是电压。
理解了这些知识以后，你应该已经能够计算在供电电流大小给定的情况下，电子设备耗费的功率是多少，一块电池能使用多久。
以上的基本理论对于你制作和运行电子器件应该已经足够，接下来的章节会介绍其他必要的概念。如果你真的想深入到理论中以求进一步的了解，我建议你在附录C中找一本出色的参考作品。附录B列出了电子学中常用的各种符号图，并简要介绍了如何使用电路图绘制工具来绘制干净整洁的电路图。 第 2 章紧固件和黏合剂
制作新东西总是需要将一些物体与其他物体连接在一起。而对一个物体稍作修饰，以使其适应其他的应用目的，可能需要将未曾连接过的物体相连接。这就涉及保证黏合紧固的问题。紧固件和紧固技术是使物体可靠连接的关键，也是为电路或机电设备制造坚固底盘和外壳的关键。作为后续章节的前奏，本章讲解了应用更为普遍的紧固件和黏合剂，它们可以连接两个或多个物体。在第16章，我们将讲解外壳和封装的问题，并讨论紧固件和黏合剂是怎样使用的。
紧固件的类型和大小各异。有些是大家熟知的，例如螺钉和螺栓，其他类型的紧固件，例如铆钉，虽然没有那么普遍，但也得到了各种广泛应用。也有些紧固件是为了特殊用途而设计的。但是不论类型和大小，所有的紧固件都要完成它们名称的使命：将一件物品固着到另一件物品上。
虽然你可能一下就想到螺母、螺栓和螺钉，但紧固件并不总是由金属制成的。一些可重复使用的用按扣连接的塑料紧固件可用于硬纸板制材料的连接，也是制作一次性玩具和童装的良好材料（也有其他应用）。螺钉和螺栓也常用于各种非金属材料，例如尼龙、聚四氟乙烯、木头和陶瓷。
我们需要注意，紧固件这个词不排除黏合剂之类的材料（即胶水、硅橡胶和其他化合物）。本章也简要介绍了各种可用的黏合剂。黏合剂是连接物体的一种方便的方式，如果方法得当，物体的连接就会紧密牢固，如同用螺钉或铆钉连接的一样。紧固的概念甚至还可以延伸到铜焊、焊接和钎焊，但本章不涉及这些话题。钎焊在第4章和本书的其他部分中做了介绍。铜焊（一种类似于高温焊接、使用氧—乙炔焊炬的技术）和焊接是自成一体的技术形式，有大量优秀的参考书目和指导手册。而且，很多社区学院和职业学校也提供这两种技术的培训课程。2.1 螺钉和螺栓
关于螺纹紧固件有各种各样的描述标准，但是关于螺钉和螺栓之间的区别却没有被普遍接受的定义。一些资料以它们的使用方法作为定义两者之间区别的基础：螺栓被安装在一件物体上，用螺母固定；而螺钉被旋入一个有着预成型螺线的零件，或者在旋入时自行切割螺线（自攻丝螺钉）。螺纹紧固件的命名也与尺寸有关，小零件通常叫作螺钉，而较大的零件叫作螺栓。
总之，螺栓和螺钉都使用螺旋形的螺纹或者被压入一个棒状物中（通常是金属，但是尼龙、塑料和木头也常用到）来产生轴向力，这个力反过来能够使两件或更多件物体保持固定。
图2-1展示了各种可用的螺钉和螺栓。你只需记住，一个零件在这种情况下是螺钉，在另一种情况下又可能是螺栓。本书将基于前文所述的一般的尺寸和用法分类标准来使用螺钉和螺栓这两个术语。图 2-1 各种螺钉和螺栓
可用的螺钉类型多得令人吃惊，图2-1举出的仅是一个小小的例子。幸运的是，你不需要熟悉每一种类型才能做出明智的选择，你也不需要拥有一个装满紧固件的仓库才能做有用的工作。区分螺栓和螺钉美国国土安全部下属的美国海关及边境护卫局的官方出
版物ICP013《区分螺栓和螺钉》（http://www.cbp.gov/
document/publications/distinguishing-bolts-screws）中，关于
紧固件的名称是螺栓还是螺钉明显地含糊不清。这份文件试
图为如何确定一个紧固件是螺栓还是螺钉提供一些指导，但
是它最后仍旧归结到了尺寸和用法上。如该文件所述：“如果它不满足主要标准（当然，如果
它不符合螺栓紧固件的工业标准），那么它可能是一个螺
钉。”这种情况下，“主要标准”是螺栓尺寸较大，与螺母
配套使用，而螺钉较小，没有使用螺母。除去这些情况，螺
钉也可能与螺母配套（机用螺钉），或者螺栓尺寸非常大，
有锐利的尖端，能够自行切割螺线。这有时候让人很困惑。
通常你见到的机用螺钉的型号有2号、4号、6号和8号，长度从1/4~2英寸（1英寸=2.54厘米）不等，使用这些螺钉可以基本完成大部分必要的紧固工作。表2-1列出了建议库存的机用螺钉的尺寸和型号。下一节中详细列出了螺钉的一般计量尺寸。
表2-1 建议库存的螺钉型号（及相应的垫圈和螺母）尺寸型号螺丝刀长度4-40盘头十字槽1/4英寸4-40有头六角凹头1/4英寸4-40盘头十字槽1/2英寸4-40有头六角凹头1/2英寸6-32盘头十字槽1/4英寸6-32有头六角凹头1/4英寸6-32盘头十字槽1/2英寸6-32有头六角凹头1/2英寸6-32盘头十字槽3/4英寸6-32盘头十字槽1英寸8-32盘头十字槽3/8英寸8-32盘头十字槽1/2英寸8-32盘头十字槽3/4英寸8-32盘头十字槽1英寸 想了解螺钉头型和改锥的明确定义，请参考下面的
2.1.2节和2.1.3节。
如果你购买了表2-1所建议的硬件，每盒装100件不锈钢螺钉，那么每盒的价钱就在2.25~6.50美元，这14个盒子也不会占很大空间。你还要买好螺母、平垫圈和每种型号的锁紧垫圈。之后2.1.5节讨论了可用的各种垫圈型号。当然，你也可以从备货充足的硬件商店小批量购买所需的物品，但是如果成盒购买的话，每件的价格会更低。 熟悉紧固件的应用场所和使用方法的最佳方法之一
就是拆卸一些电子设备，并观察零件之间的连接使用了什么
器件（作为奖励，你可能会发现一些你自己的项目能用到的
有趣的东西）。你会发现从有头螺钉、十字槽头螺钉、统一
美制标准螺钉、公制螺钉、塑料到金属自攻丝螺钉，甚至一
些长相奇特的星形边缘孔和三插槽螺钉都有应用（Y型或三
翼型，亚洲制造商常用）。如果你附近有一个军事或工业产
品零售商店，那可是寻找硬件的宝藏。2.1.1 螺钉和螺栓的尺寸
幸运的是，除非有使用罕见螺钉或螺栓的特殊需要，用大约五种尺寸的螺钉就可以解决几乎所有问题。
美国通用的统一标准螺纹系统（UTS）在直径和螺距两方面对螺钉进行了规定。UTS是由美国国家标准协会（ANSI）所控制的，在整本书中，我都将交替使用UTS和ANSI而不是公制单位来描述螺栓和螺钉的尺寸。电子学中用到的典型型号包括测量直径为2、4、6、8和10的螺钉，常用的螺距有40、32和24。螺距指的是每英寸的螺纹数。因此，UTS螺钉或螺栓尺寸用规格—螺距来表示（例如4-40或6-32）。表2-2列出了一些常用的UTS螺栓和螺钉尺寸。分数表示的直径是最近似的值。
表2-2 UTS/ANSI机用螺钉直径尺寸规格直径（英寸）小数01/160.0615/640.0723/320.0837/640.0947/640.1151/80.1269/640.1385/320.16103/160.19127/320.21141/40.24
虽然表2-2列出了规格尺寸，但这并不意味着这种尺寸的硬件就容易买到。尺寸是2、4、6、8、10的紧固件容易买到。如果你想足够卖力地寻找，也可以找到其他尺寸（例如1号），但是如果你想特别预定一种规格的硬件，除非你愿意购进一大批，否则供应商是不会太上心的。建议你尽可能多用普通型号，它们很容易买到。
还需要注意的是，尺寸在1/4英寸以上的螺钉通常使用直径—螺距命名法，而不是规格—螺距命名法。换句话说，如果说你想用14-20的螺钉，从严格意义上来说也是对的，但你可能发现1/4-20是批发商或硬件商店储存螺钉的编号。
另外，你也应该牢记，机用螺钉和螺栓使用的规格尺寸编号也适用于自攻丝螺钉、金属薄片和木头。但是，要注意的是，螺钉的实际直径可能与表2-2给出的理想值有一定的偏差。偏差的大小是由制造商采用的公差和加工螺纹的工序所决定，但一般不超过+/-0.01英寸。这一点在确定孔的大小和选择钻头时非常重要，第4章讨论了这个问题。
在这个靠公制标准说话的世界（几乎除了美国之外的全世界），可用的公制螺钉和螺栓型号有很多。这些都在国际标准ISO 68-1中给出了规定，ISO 262标准也指定了很多定义好的尺寸。基于这些标准，一颗轴直径为1 mm的公制螺钉的粗牙螺纹可能为0.25 mm，细牙螺纹可能为0.2 mm。因此，若想用粗牙螺纹来规定直径1 mm的螺钉，你可能用M1×0.25表示。
除了讨论攻丝和穿通孔之外，本书的剩余部分将主要使用UTS/ANSI命名法。但总体来说，UTS标准的螺钉或螺栓的使用方法也适用于公制标准的螺钉或螺栓。 貌似全世界（包括美国）都不可避免地将要使用公
制系统了。工业生产中这一现象已经开始，很多美国制造商
都转而使用公制零部件以适应全球化的市场和外国供应商提
供的部件和组件。如果想在你的设计中加入“不会过时的技
术”，那你可能会考虑学习如何使用公制零部件以及公制测
量方法。2.1.2 螺丝刀的类型
最常见的两种螺丝刀的类型是一字型和十字型螺丝刀。图2-2展示了你可能经常遇到的螺丝刀类型，但是其他的特殊型号也会用到。这些名称是较为常见的，但你也会见到其他的叫法，例如方型螺丝刀也叫Robertson。浏览网页或供应商的商品目录，例如McMaster-Carr、Microfasteners或Amazon-Supply（原名SmallParts）也可以获得很多信息。
图 2-2 螺丝刀的类型
有些型号的紧固件带有一个六边形的孔，可以使用六角扳手（也叫作六角键）来加固。这些六角形的工具型号一般带有按钮和帽状头（见2.1.3节），在机器人技术、科学和测量仪器（例如干涉仪、分光计和望远镜）中应用较为广泛。六角形的螺丝刀能够在较大的扭矩下不产生滑动，这是一字型和十字型螺丝刀都做不到的。
更大的螺栓通常具有六角形的头部，适合带插口的工具使用（即螺栓的整个头部是螺丝刀），小尺寸的螺栓也有这样的结构。修理过汽车的人会更熟悉大螺栓，而小螺栓则有时会在科研和军事级别的设备上应用。
如果没有特制的套筒扳手来冲出头型，小型的六角头螺钉是很难拧动的。五金店和家具购物中心卖的普通套筒的可靠性不够好，因为它们的棱边略微偏圆，使得套筒不能完全与螺钉的头部平齐，这样它就很可能滑动并损坏螺钉的头部。第4章讨论了如何调整套筒以使其与小型六角头螺钉平齐贴合。
如果你选用六角头螺钉或螺栓，那么一定要记住，尽管螺钉/螺栓可以拉紧（扭曲）到较大的角度而不产生滑脱（或损坏）的能力好于十字头或六角凹头部件，但它们也不适合用于套筒和螺钉/螺栓不能良好贴合的情况。换句话说，你需要考虑紧固件处于最终位置时所需要的工具。
螺丝刀的类型，例如三翼型、Y型、内梅花头型以及其他的安全防伪类型，都旨在阻止未经授权的接入行为。它们需要特制的螺丝刀类型，而且这些工具在本地的家具购物中心一般不出售。尽可能不要使用它们。 你可以使用尖冲头和圆头手锤来破坏安全防伪的内
梅花头型或六角凹头型螺丝刀，只需小心地敲出螺丝刀孔中
心的销钉样的小柱体即可。或者，如果你首先压好了工件，
有时也可以用质量好的钻床把安全钉钻出来，但是使用的钻
头不能比安全钉大出太多。之后，如果你想经常使用这些种
类的紧固件的话，处理它们的工具并不太昂贵，可以在易趣
网上买到。2.1.3 螺钉螺栓头型
图2-3显示了一些常见的螺钉和螺栓头型。螺栓（比平常的螺钉大）常见的是六角头型，而圆头螺钉和帽头螺钉通常带有六角凹头，用六角扳手装配。需要注意的是帽头上带有滚花，这样如果它的头部足够大或你的手指足够细的话，它就可以用手装配了。其他的头型可能带有一字槽或十字槽，甚至六角凹头螺丝刀的变化类型也适用于平头或扁圆头型。
图 2-3 常见的螺钉和螺栓头型
圆头型和盘头型螺钉是最常见于家用的。木工总是使用平头木螺钉让螺钉头和木材表面平齐。商用电子业更倾向于大量使用平头机用螺钉和自攻丝螺钉，也是为了使贴合平滑而齐整。
需要注意的是平头和扁圆头型的螺钉需要埋头螺孔才能正确地装配。它们通常用于螺钉或螺栓比较低矮的情况（或表面平整，也就是使用平头螺钉的情况）。第4章介绍了怎样钻埋头螺孔，但是这一章主要讲解的是如何在材料中打出一个比螺钉轴更大的孔，以使得螺钉头能够安放其中。2.1.4 选择螺钉和螺栓
为特定的应用选择合适的螺钉或螺栓，你要考虑几个因素。如果想把塑料外壳固定在塑料箱上，一个自攻丝螺钉就可以满足要求。金属底盘盒的背板通常是用自攻丝金属薄片螺钉加固的。用于在底盘、平板或其他表面上装配的螺钉型号可以是8-32、6-32或4-40，由装配物的尺寸和质量决定。
经验法则是这样的：螺钉或螺栓的尺寸越大，能承受的负载就越大。小螺钉（例如2号螺钉）适于轻型的装配任务，但是较大的6号或8号螺钉就应该考虑用于承受应力的情况（例如连接到铰链或装配金属面板）。
使用多个螺钉或螺栓也可以增加强度和可靠性，但是会增加额外的重量和花销。如果事先不知道所使用的材料和预期的受力大小，我是无法给出关于最大负载的特殊说明的，但表2-3可以给出一个大致的引导。
表2-3 机用螺钉的夹紧力尺寸夹紧力4-402006-323508-3250010-247001/4-20700
夹紧力是螺栓结合处受到的负载大小，它使各部分紧靠在一起并避免产生相关的移动（剪切滑移）。表2-3中的夹紧力是从各种参考资料中计算出的最大调低估值，假定它是零件的最低等级。没有考虑紧固件可能受到的任何其他压力。
总的来说，带有螺母的螺钉比螺纹孔中的螺钉能更好地防止被拉出（轴向故障），但是螺母旋入的螺纹圈数或螺纹孔内的圈数起着很大的作用。同样地，螺钉或螺栓所紧固的材料对于防止拉出也有重要的影响。假设在一块厚1/10英寸（10-标准尺寸）的软铝板上有一个螺纹孔，使用4号不锈钢螺钉加固。奇怪的是，铝板上的螺纹线可能先于螺钉损坏，尤其是当螺纹孔是用50%螺纹切割而非75%螺纹切割制作的时候。关于螺纹的更多知识和制作方法，请见第4章。
切变强度是需要考虑的另一个方面。如果螺钉或螺栓是用来将两个有相互平行移动趋向的物体连接在一起的，那么很明显，紧固件有在这两个物体之间断裂的风险。一种补偿方法就是尽可能地使用最大号的螺钉或螺栓。另一种方法就是在这两个物体之间使用淬火钢定位销，这样当它们配好对之后，定位销就能承担它们之间移动的压力。
美国政府公布的MIL-HDBK-60文件包括关于螺纹紧固件的很多有用信息，以及用于各种应用的定义和公式。可以在EverySpec上免费下载这份文件（http://everyspec.com/MIL-HDBK/MIL-HDBK-0001-0099/MIL-HDBK-60_19223/）。快扣公司也提供了一份很好的在线紧固件使用指导（http://www.fastenal.com/content/documents/FastenalTechnicalReferenceGuide.pdf），尽管其中主要讲解的是大型螺栓和螺母，但这些信息也可以很容易地用在小紧固件身上。
螺丝刀的类型是另一个重要的选择标准。最常见的两种选择是十字槽型和六角型螺丝刀。当挑选十字槽型螺丝刀时，一定小心别与JIS交叉螺丝刀混淆，虽然它看起来很像十字槽螺丝刀，但用起来却很不一样（例如，它不会“凸出去”）。关于JIS螺丝刀的更多信息，请见第4章。
六角型螺丝刀广泛用于航空航天子系统、军事装备和科学仪器的制造。总的来说，你会在需要大量特殊用到紧固件扭矩的地方见到六角型螺丝刀、螺钉和螺栓。十字型螺丝刀可以凭借自身的设计决定你可以应用多大的扭矩，而六角型螺丝刀则不能阻止你不小心把一个六角扳手拧成两半（或者把螺栓/螺钉的头拧掉）。因此，六角型螺丝刀紧固件总是与扭矩扳手安装在一起的。 你要尽可能避免使用头部有裂痕的螺钉或螺栓。螺
丝刀会从裂口滑出，而且裂口被损坏到不能使用的程度也很
容易。因此，80年前人们发明了十字槽螺丝刀。当螺钉的
紧度达到最大时，螺丝刀可以“凸出去”以使对螺钉的损害
最小。十字槽或六角凹头螺丝刀比一字槽螺丝刀好得多。
用一个长度正好的螺钉就行了。自攻丝螺钉如果旋入太深，可能会造成损坏，尤其是使用塑料自攻丝螺钉的时候。为特定的螺钉设计制造的螺纹孔，例如硬盘驱动器铝框上的装配孔，只能使用特定最大长度的螺钉。太长的螺钉要么不能完全旋入，要么会旋进某个东西里面并将其损坏（例如螺钉经过的电路板）。
当使用螺母时，也要尽可能用短的螺钉。突出到螺母外面的螺钉可能因与其他元件互相干扰而有可能会弯曲。弯曲的带螺母的螺钉如果不借助切割工具是很难移除的。2.1.5 垫圈
垫圈对于使用紧固件的有载荷安装点的可靠性极其重要，它还可以防止螺钉在长时间使用后松脱。螺钉或螺栓头部下方的平垫圈可以分散螺钉受到的压力。连接金属部件时，垫圈比螺钉头部稍微宽一点就足够了。如果你要连接较薄或较柔软的材料，例如聚苯乙烯塑料，就要使用较大的平垫圈来分散材料受到的压力。同样的理由也适合木材等柔软的材料。
图2-4显示了一些可用的垫圈种类，图2-5显示了典型的螺钉、螺母和垫圈的组装顺序。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]