電子元器件是電路設(shè)計的基礎(chǔ),而電阻器、電容器和電感器又是電路設(shè)計中使用非常普遍的電子元器件。本書從物理層面來闡述這三類電子元器件的實現(xiàn)原理,幫助讀者更好地理解這三類電子元器件的電氣特性及其在電路中的應(yīng)用。
本書分為三篇,每篇對應(yīng)一類電子元器件,以問答的形式對三類電子元器件的原理和使用進行詳細(xì)的解釋。每篇還包括相應(yīng)電子元器件的選型規(guī)范,幫助讀者快速掌握三類電子元器件的選型原則。
本書內(nèi)容深入淺出、淺顯易懂,通過豐富的實例來剖析枯燥的原理,適合廣大高校學(xué)生和電路設(shè)計相關(guān)工作的工程師使用。
系統(tǒng)解析三大無源器件核心知識
覆蓋器件原理、應(yīng)用與失效分析
深入生產(chǎn)工藝與關(guān)鍵特性機理
注重工程實踐與設(shè)計選型指導(dǎo)
包含大量實際電路問題解決方案
U = RI,相信大多數(shù)進入大學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生對于這個公式不會感到陌生,這就是高中階段所學(xué)習(xí)的歐姆定律表達(dá)式。但是,倘若向他們提問:式子中的R是什么?也許剛剛進入大學(xué)的大多數(shù)新生會毫不猶豫地回答:電阻?墒,真的是這樣嗎?
目前出版的有關(guān)電路原理的書籍,大多數(shù)是直接從電路的抽象符號及電氣特性入手的,很少見到關(guān)于元器件物理屬性的描述,或者解釋其表達(dá)某種特定電氣特性原因的相關(guān)討論。大多數(shù)學(xué)習(xí)這方面知識的學(xué)生理所當(dāng)然地認(rèn)為R所代表的就是一個簡單數(shù)值,一個可以分析電路的電阻值。但是,R所包含的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是一個數(shù)值。
本書將電路分析中常見的三類元器件(電阻、電容、電感)作為分立元器件,從物理層面的實現(xiàn)原理進行較為詳細(xì)的描述?梢哉f,只有在物理層面理解了各種元器件的實現(xiàn)原理,才能更好地理解其表現(xiàn)的電氣特性。正如電阻這一元器件,相信大多數(shù)學(xué)生知道其作用是導(dǎo)體對于電流的阻礙,但并不知道這種阻礙作用是如何實現(xiàn)的,也就無法在此基礎(chǔ)上理解電壓和電流的概念。這對于理解電路基本原理似乎沒有什么影響,但是在實際實驗的過程中會帶來極大的影響。
本書并不是傳統(tǒng)地解釋這三類元器件在電路中有怎樣的性質(zhì),而是從工程觀點來看問題,從某種程度上解決了為什么要用、如何用、用哪種這三個問題。為什么要用是大部分電工學(xué)相關(guān)書籍不會單獨涉及的問題,而該問題恰恰又是在設(shè)計電路時必須了解的,這使得大多數(shù)學(xué)生擁有解決電路的能力,卻不知道如何有效地設(shè)計一個電路。本書則解決了這一問題,不僅介紹元器件的電氣特性,而且介紹元器件的這種特性在電路中所起到的作用。如何用更進一步地解決了這一問題。在理論上解決了元器件的選擇問題之后,我們面臨的就是如何在電路中使用它們。通常情況下,只有在我們對應(yīng)該如何連接相應(yīng)元器件有了一個大致的想法時,才有能力動手設(shè)計電路,這一部分的知識就是我們開始動手做的基礎(chǔ)和根基。最后,我們需要了解用哪種元器件作為實驗的元器件。以電阻為例,在不同的場合下,如不同的電壓范圍內(nèi),我們需要選擇不同類型的電阻,如果選擇錯誤,使得電阻的功率高于限定值,就可能會帶來一系列問題,從而干擾我們的預(yù)期實驗結(jié)果,甚至?xí)䦟?dǎo)致實驗徹底失敗。
硬十團隊致力于從課本知識到工程化能力進階的輔導(dǎo)和知識普及。硬十微信公眾號也一直有知識分享,可謂水滴石穿,繩鋸木斷。長久以來,硬十團隊與南昌大學(xué)信息工程學(xué)院的合作,無論是在項目上,還是在課程開發(fā)上,都充分發(fā)揮了其團隊成員在華為、中船重工、星網(wǎng)銳捷、諾基亞西門子等公司積淀下來的設(shè)計功底和工程能力。本書也是南昌大學(xué)信息工程學(xué)院承擔(dān)的兩項國家級新工科研究與實踐項目和硬十團隊落地高校工程課程思想碰撞的結(jié)晶。
綜上所述,本書不是用來解決某種特定電路問題的,而是從物理層面開始,深入淺出地了解和領(lǐng)會電阻、電容、電感在電路中的作用,如何使用它們,在什么情況下使用它們,以及在工程中如何選擇其類型。本書彌補了國內(nèi)電工學(xué)相關(guān)書籍過于重視電路分析而忽視了電路設(shè)計及實驗的問題,值得作為補充教材進行研讀。
朱曉明
硬十微信公眾號創(chuàng)始人,擁有約20萬硬件工程師粉絲。曾任華為硬件經(jīng)理、維護經(jīng)理、產(chǎn)品經(jīng)理、產(chǎn)品規(guī)劃師、系統(tǒng)設(shè)計師。擁有近20年硬件研發(fā)經(jīng)驗,參與設(shè)計及維護的硬件產(chǎn)品種類非常豐富,包括海軍裝備電信設(shè)備硬件平臺、監(jiān)控安防、服務(wù)器、智能終端等。
王玉皞
博士,二級教授,博士生導(dǎo)師,lETFellow,lEEESeniorMember,中國通信學(xué)會高級會員,教育部首批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師,井岡學(xué)者特聘教授,江西省百千萬人才工程入選者,南昌大學(xué)人工智能學(xué)院研究員,教育部空間信息智能感知技術(shù)工程研究中心研究員。
付世勇
硬十技術(shù)總監(jiān),曾任華為硬件系統(tǒng)工程師,POE技術(shù)領(lǐng)域?qū)<,作為IEEE委員全程參與了IEEE802.3bt標(biāo)準(zhǔn)(大功率PoE標(biāo)準(zhǔn))的制定。擁有二十多項中國發(fā)明專利,七項美國發(fā)明專利。
目 錄
第一篇 電阻
電路中的電阻器是如何實現(xiàn)物理概念中的"電阻"的?
為什么電阻需要多種種類?
電阻是如何分類的?
可變電阻都有哪些?
線繞電阻是用什么材料制成的?可以用普通銅導(dǎo)線嗎?
金屬箔電阻如何實現(xiàn)"高精度"?
薄膜電阻和厚膜電阻有什么區(qū)別?
薄膜電阻、厚膜電阻、金屬膜電阻、碳膜電阻、金屬氧化膜電阻之間有什么關(guān)系?
為什么越來越多地使用貼片元件,而非直插元件?
為什么插裝電阻用色環(huán)表示阻值?
如何識別色環(huán)電阻的阻值?
電阻的顏色有什么含義?
阻容感的值為什么經(jīng)常是33、47、68這幾個數(shù)值?
貼片電阻上印的字符是如何表示電阻的?
為什么電阻的實際值與標(biāo)稱值總有些偏差?
影響電阻可靠性的因素有哪些?
電阻的壽命有多長?
為什么電阻沒有固定的額定環(huán)境溫度?
為什么電阻的額定功率需要降額使用?
電阻有了"額定功率",為什么還需要"最大工作電壓"?
浪涌對電阻有什么影響?
電阻有哪些降額要求?
電位器與可變電阻是什么關(guān)系?
電位器都有哪些種類?
是否可以使用電位器代替電阻?
為什么不推薦使用排阻?
為什么需要使用0歐姆電阻?
電阻主要用在哪些電路?
上拉電阻和下拉電阻在電路中有什么作用?
為什么電路端接電阻能改善信號完整性?
選擇串聯(lián)端接電阻的大小時如何在信號完整性和電磁兼容性之間平衡?
為什么有時在電路中串聯(lián)220電阻?
無感電阻的電感真的為0嗎?
用GPIO控制LED時該如何選擇串聯(lián)限流電阻?
片式厚膜電阻生產(chǎn)工藝過程是怎樣的?
電阻降額規(guī)范
電阻器的失效模式和失效機理是什么
第二篇 電容
電容是如何實現(xiàn)存儲電荷的?
電容的主流廠家都有哪些?
電容有哪些種類?
電容的種類為什么這么多?
電容選型時,需要關(guān)注哪些參數(shù)?
各種電容關(guān)鍵參數(shù)及應(yīng)用場景有什么不同?
獨石電容、瓷片電容、陶瓷電容是什么關(guān)系?
MLCC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎么樣的?
為什么陶瓷電容施加一個直流電壓后,電容值會變小?
如何對MLCC的偏壓特性進行測試?
溫度對MLCC的影響有哪些?
為什么有的MLCC既稱為NP0,又稱為C0G?
為什么表貼陶瓷電容一般不印字?
MLCC為什么容易產(chǎn)生裂紋?
MLCC如何避免應(yīng)力失效?
MLCC壓電效應(yīng)會帶來哪些危害?
MLCC為什么會嘯叫?
MLCC的失效原因都有哪些?
MLCC的ESR由哪幾部分組成?
如何識別MLCC的真假?
MLCC的生產(chǎn)工藝流程是怎樣的?
幾種電解電容之間有什么不同?
鋁電解電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?
鋁電解電容的陽極箔為什么表面粗糙?
鋁電解電容為什么不能承受反向電壓?
鋁電解電容的生產(chǎn)工藝流程是怎樣的?
鋁電解電容的壽命如何估算?
鋁電解電容的失效模式和失效機理是怎樣的?
鉭電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理是怎樣的?
鉭電容的生產(chǎn)工藝流程是怎樣的?
在什么場景下需要選用鉭電容?
鉭電容的失效模式和失效機理是怎樣的?
MnO?鉭電容的爆炸過程是怎樣的?
高分子聚合物電容中的高分子聚合物都是什么?
高分子聚合物鋁電容的結(jié)構(gòu)與特性是怎樣的?
薄膜電容都有哪些?都用在什么地方?
電容工作時自己也會發(fā)熱嗎?
為什么要關(guān)注電容的Q值?
電容有哪些作用?
電容的寄生參數(shù)如何影響電源完整性?
電容在電源設(shè)計中的應(yīng)用
開關(guān)電源的輸入電容如何選型?
去耦電容的工作原理是怎樣的?
為什么220V電源需要選擇安規(guī)電容?
如何計算電容串并聯(lián)后的額定電壓?
超級電容為什么有那么大的電容值?
超級電容的應(yīng)用和前景
PCB設(shè)計時電容如何擺放?
電容的充放電原理及應(yīng)用
電容在射頻電路中的運用
能直接用0603封裝的電容代替0402封裝的電容嗎?
如何對高頻電容進行測量和仿真?
電容降額規(guī)范
電容選型規(guī)范
為什么越小的去耦電容越靠近電源管腳放置?
第三篇 電感
什么是電感?
電感怎么分類?
什么場合需要使用電感?
主流電感的型號、規(guī)格及命名有哪些?
常見的磁芯有哪些?
磁環(huán)的顏色與材質(zhì)之間有什么關(guān)系?
功率電感的額定電流為什么有兩種?
磁珠和電感有什么不同的作用?
什么是電感的Q值?
電感為什么會嘯叫?
如何解決電感嘯叫?
共模電感的工作原理是什么?
常用電感器件如何設(shè)計?
電感降額規(guī)范
電感選型規(guī)范
磁珠選型規(guī)范
一體成型電感有哪些"坑"?
電感在使用過程中有哪些常見問題?
磁珠為什么可以抑制干擾?
原來電感的參數(shù)有這么多
貼片電感失效原因分析
反激式開關(guān)電源的變壓器的關(guān)鍵參數(shù)
淺談電感的磁芯損耗
電路中誰在發(fā)出嘯叫的聲音
電感飽和是怎么一回事