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出版者:

作者:张友汉 编

出品人:

页数:112

译者:

出版时间:2008-4

价格:10.00元

装帧:

isbn号码:9787040125740

丛书系列:

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• 电子技术
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磁性元件设计与应用实践指南 本书导读： 本书旨在为电子工程专业学生、初级工程师以及对磁性元件设计与应用感兴趣的技术人员提供一份全面、深入且极具实践指导意义的参考资料。在当今高度集成化与高效率的电子设备中，磁性元件——如电感器、变压器、扼流圈等——是实现能量转换、信号隔离和滤波功能的核心组件。然而，磁性元件的设计往往涉及复杂的电磁理论、材料科学和制造工艺的交叉知识，这使得许多设计者在实际工作中感到无从下手。本书正是为了弥补这一理论与实践之间的鸿沟而编写。 第一章：磁性元件基础理论与核心概念 本章将奠定坚实的理论基础。首先，我们将从麦克斯韦方程组出发，系统回顾电磁场的基本定律，重点讲解磁场在有介质环境下的行为特性。随后，深入剖析磁芯材料的宏观与微观特性，包括坡莫合金（Permalloy）、铁氧体（Ferrite）以及非晶合金（Amorphous Alloy）等不同材料的磁化曲线、矫顽力、剩磁、居里温度及其在不同频率下的损耗机制（涡流损耗与磁滞损耗）。 核心概念的阐述将细致入微：详细解释磁导率（$mu$）、磁通密度（$B$）、磁场强度（$H$）之间的精确关系，并引入磁路分析法，如同电路分析一般，用磁动势（MMF）、磁阻（Reluctance）和磁通量来建立初级的计算模型。此外，本章还会详细介绍如何精确计算线圈的自感与互感，并讨论集肤效应（Skin Effect）和邻近效应（Proximity Effect）对高频下等效电感和损耗的影响，为后续的高频设计打下关键基础。 第二章：电感器的设计、优化与应用 电感器是磁性元件中最基础也最常用的一种。本章聚焦于各类电感器的设计流程与优化策略。 2.1 结构分类与选择标准： 我们将详细对比开环（Air Core）、闭环（Core Type）以及屏蔽结构电感器的优缺点，并针对射频（RF）、电源滤波和储能应用，提供选择适当结构的标准。 2.2 储能电感器的设计（DC-DC 转换器应用）： 针对开关电源中至关重要的储能电感，本书将提供一套完整的计算流程。从确定工作纹波电流 ($Delta I_L$)、工作电压 ($V$) 和最大允许温升 ($Delta T$) 出发，推导出所需电感值 ($L$)。随后，重点讲解如何基于饱和电流 ($I_{sat}$) 和 RMS 电流来精确计算绕组匝数 ($N$) 和线径 ($D$)，以避免磁芯饱和和导线过热。本节将包含大量实际案例的计算模板。 2.3 滤波器电感器的设计考量： 针对EMI/EMC应用中的共模扼流圈（Common Mode Choke）和差模扼流圈（Differential Mode Choke）的设计，本书将侧重于电磁干扰（EMI）的抑制机理，讲解如何通过合理的磁芯布局和绕组耦合来最大化共模阻抗，同时最小化对信号传输的干扰。 2.4 绕线工艺与集成技术： 探讨了漆包线、绞线、Litz Wire（利兹线）的使用场景，以及自动绕线工艺对电感性能一致性的影响。同时，对SMD（表面贴装器件）功率电感器的内部结构和制造限制进行剖析。 第三章：变压器的原理、设计与隔离技术 变压器是实现电压变换、阻抗匹配和电气隔离的关键。本章深入解析变压器的设计艺术。 3.1 变压器基本原理与耦合系数： 从理想变压器模型出发，逐步引入漏感、分布电容和绕组电阻等非理想因素。详细阐述耦合系数 ($k$) 对变压器性能的影响，以及如何通过改善绕组布局来提高 $k$ 值。 3.2 开关电源变压器设计（高频应用）： 针对正激（Forward）、反激（Flyback）、推挽（Push-Pull）和半桥/全桥（Half/Full Bridge）等主流拓扑结构，本书提供针对性的设计步骤。重点讲解如何根据开关频率 ($f_{sw}$)、输入/输出电压比和功率容量 ($P_{out}$) 来确定变压器的匝数比、磁芯尺寸（基于电流密度和磁通密度限制）以及核心损耗预算。 3.3 绕组设计与热管理： 这是决定变压器性能的关键环节。详细分析多层平绕、交错绕（Interleaving）和三明治绕法在减少漏感和改善高频响应方面的差异。引入热阻模型的概念，指导工程师如何评估绕组损耗并设计合理的散热结构，确保变压器在长期工作下的可靠性。 3.4 隔离与安规考量： 探讨绝缘等级、爬电距离（Creepage）和电气间隙（Clearance）等安规要求。介绍如何利用特殊磁芯结构（如气隙）和绝缘材料来满足UL、IEC等国际标准对高压隔离变压器的要求。 第四章：磁芯材料选择与损耗建模 磁芯材料是磁性元件的“心脏”，其性能直接决定了元件的频率响应和效率。 4.1 铁氧体材料的精细选择： 详细分类介绍MnZn系和NiZn系铁氧体，对比其适用频率范围、饱和磁通密度和居里温度。通过查阅各大材料供应商（如TDK, Ferroxcube, Laird）提供的材料数据表，指导读者如何根据设计目标（如工作频率、温度）准确筛选出最佳材料牌号。 4.2 磁芯几何形状与散热优化： 系统分析EE型、RM型、PQ型、E型和环形（Toroidal）磁芯的磁路特性和绕线复杂度。重点讨论气隙（Air Gap）在功率电感器中的作用（如均匀化磁通分布，防止饱和），并提供计算有效磁导率 ($mu_{e}$) 的精确方法。 4.3 综合损耗精确计算模型： 传统的Steinmetz公式在宽频带应用中精度不足。本书将引入更先进的损耗模型，如霍尔（Holtzclaw）模型和改进的布里尔（Brizal）模型，用于精确预测高频下磁芯的动态损耗。同时，集成导线损耗（考虑集肤效应的RMS电流计算）与磁芯损耗，从而得出元件的总损耗，这对于评估系统效率至关重要。 第五章：新型磁性元件与前沿技术 本章展望了磁性元件领域的新发展方向，为工程师的未来研发提供思路。 5.1 集成式磁性元件（Integrated Magnetics）： 探讨将变压器、电感和耦合电容集成于同一封装或同一磁芯上的技术。分析这种集成方案在减小PCB面积、提高功率密度方面的优势，以及在实现宽带匹配和多功能集成中面临的挑战（如串扰控制）。 5.2 高频与超高频技术： 介绍用于兆赫兹（MHz）量级工作的磁性材料，例如镍铁合金薄膜和纳米晶合金，及其在射频电路和高速数据传输中的应用。 5.3 磁传感技术简介： 简要介绍基于磁阻效应（如GMR/TMR）和磁通门技术在电流检测和位置传感方面的应用，拓宽读者对磁性元件功能边界的认知。 附录：设计工具与规范参考 附录部分提供了设计过程中常用的工程计算公式汇编、国际标准（如IEC 60950/62368对绝缘的要求）的关键摘要，以及推荐的磁性元件设计软件（如Magnetics Designer、COMSOL Multiphysics等）的使用技巧入门指南。 本书力求以严谨的工程实践为导向，通过大量的公式推导、实例分析和材料特性解读，帮助读者从“会用”磁性元件提升到“精通设计”磁性元件的层次。

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我必须承认，我是一个拖延症晚期患者，面对厚厚的专业书籍常常感到力不从心，学习效率极低。《电子技术练习册》的出现，极大地改善了我的学习状态。它的设计哲学似乎是“小步快跑，及时反馈”。每组练习题的规模适中，不会让人产生巨大的心理负担。更让我惊喜的是，这本书对于那些容易混淆的概念，总是有非常巧妙的“陷阱题”来检验你的理解深度。例如，在数字逻辑部分，它会故意给出一些看似符合逻辑但实际在硬件实现上存在竞争冒险（Race Condition）的组合电路，让你去分析其输出的毛刺问题。这种贴近实际硬件限制的题目，是纯理论教材里很难见到的。通过解答这类问题，我开始真正关注电路的动态时序特性，而不仅仅是静态真值表。这本书的行文风格非常直率，没有太多华丽的辞藻，直奔主题，这对我这种追求效率的学习者来说简直是福音。它就像一个严格的私人教练，用高质量的训练内容，督促你保持最佳的学习节奏。

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说句实在话，我一开始对市面上大量的技术练习册都抱有一种怀疑态度，总觉得很多都是为了凑数而出的“换汤不换药”的作品。但《电子技术练习册》给我的感觉是彻底的耳目一新。它的深度和广度拿捏得恰到好处。它没有过度地沉溺于晦涩难懂的高深理论，而是把重点放在了工程实践中最核心的部分。比如，在讲解运算放大器时，它不仅让你计算理想情况下的增益，还特意设置了针对不同应用场景的习题，像是滤波器设计、波形发生器等，这些都是未来工作环境中会经常遇到的实际问题。我个人对其中关于半导体器件特性的习题印象非常深刻，它要求你根据给定的工作点和参数，推导出整个电路的输入输出关系，这需要你对PN结的物理特性有深刻的理解，而不是简单套用公式。更重要的是，这本书的排版和印刷质量非常高，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，图表清晰锐利，这对于需要反复对照电路图的学习来说至关重要。它更像是精心打磨的一套工具箱，里面的每一个工具（每一个练习题）都锋利且实用，确保你在构建知识体系时不会有任何松动的环节。

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这本书的独特之处在于它对“系统化学习”的极致追求。很多练习册往往是零散地考察知识点，学完这个单元，下一个单元就开始遗忘前面的内容。然而，《电子技术练习册》采用了螺旋上升的结构。你会发现，你在第三章学到的某个基本模块，会在第十章的综合性设计题中以更复杂的形式重新出现，迫使你必须回顾并整合旧知识。这对于记忆力和理解力的巩固起到了巨大的作用。举个例子，书中关于RLC电路暂态分析的章节，它提供的习题难度梯度设置得非常平滑。从过阻尼到欠阻尼，每一步都有明确的计算要求，并且清晰地指出了不同阻尼状态下系统响应的物理意义。这种严谨的递进方式，让我对动态电路的理解不再停留在“看起来像振荡”的模糊概念上，而是能够精确地用数学语言描述其行为。对于我这种需要参加专业资格考试的人来说，这本书的价值无可替代，因为它训练的不仅仅是解题速度，更是那种面对复杂系统时的拆解分析能力。它让我体会到，电子技术学习不是一条直线，而是一个不断加深理解的螺旋。

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这本《电子技术练习册》简直是我电子工程学习路上的“定海神针”！我当初拿到这本书的时候，说实话，心里还有点打鼓，毕竟理论知识学起来总是枯燥乏味的，更别提那些密密麻麻的公式和电路图了。但是，这本书的编排方式真的太绝了。它不是那种单纯堆砌知识点的教材，更像是一位经验丰富的老教授在你身边手把手地教你。每一章的引入都非常自然，从最基础的欧姆定律开始，循序渐进地过渡到复杂的晶体管应用和数字逻辑电路。我特别欣赏它在每一个知识点后面都紧跟着大量的例题和配套的习题。这些习题设计得极其巧妙，有基础巩固型的，让你对刚刚学到的概念有扎实的理解；更有挑战性的设计题，逼着你去思考如何将理论知识灵活运用到实际场景中。记得有一次，我对着一个反馈放大器的分析卡壳了很久，翻来覆去地看了好几遍书上的讲解，然后尝试自己画图计算，最终在练习册的答案解析部分找到了关键的思路。它的解析不是那种简略的步骤罗列，而是深入到背后的原理分析，让我茅塞顿开。这本书真正做到了“学以致用”，让我从一个只会背公式的“书呆子”蜕变成一个能自己动手分析电路的“准工程师”。对于任何想要在电子技术领域打下坚实基础的同学来说，这本练习册的价值，绝对超过了它的定价。

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这本书的“实用性导向”是我最为推崇的一点。在我的学习生涯中，许多练习册的题目都过于“书本化”，脱离了实际工程的背景。但《电子设计技术练习册》显然融入了大量工程师的实践经验。其中关于电源管理和传感器接口的章节尤为出色。它提供的习题往往会涉及噪声抑制、电磁兼容性（EMC）的基础考量，这些都是入门级学习者很容易忽略但又至关重要的环节。我记得有一道题是设计一个低噪声放大电路来处理一个微弱的模拟信号输入，它要求你不仅要计算放大倍数，还要考虑输入阻抗匹配和热噪声对信噪比的影响。这种全方位的考量，极大地拓宽了我的工程视野。它教会我，一个好的电子设计不仅仅是让电路“能工作”，更重要的是让它“稳定、可靠、高效地工作”。这本书的价值不在于它能让你背下多少公式，而在于它能让你真正理解电子系统是如何在现实世界的约束下协同工作的。这本书，与其说是练习册，不如说是一本浓缩的、高密度的“实践指导手册”。

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