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出版者:O'Reilly Media

作者:Charles Platt

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2009-12-17

价格:USD 34.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780596153748

丛书系列:

图书标签:

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《电路设计与实践：从基础到应用》 内容简介 本书旨在为电子工程领域的初学者和希望巩固基础知识的工程师提供一套全面、深入且极具实践指导意义的教程。我们聚焦于电子电路的核心原理、设计方法以及在实际工程中的应用，力求构建一个从理论基石到复杂系统实现的无缝学习路径。本书内容覆盖了模拟电子学和数字电子学的核心概念，并辅以大量动手实践的案例，确保读者能够真正掌握“如何思考”和“如何构建”电子系统。 --- 第一部分：电子学基础与元件特性 本部分作为全书的基石，详细介绍了构成所有电子设备的基础元素——无源和有源元件的物理原理和电气特性。我们避免了过度复杂的数学推导，而是强调元件在电路中的实际行为和建模方法。 1.1 电与磁的基本定律 我们将从电荷、电流、电压的物理本质出发，深入探讨欧姆定律、基尔霍夫电压（KVL）和电流（KCL）定律。这不仅是电路分析的起点，也是理解复杂网络拓扑结构的关键。随后，我们将介绍法拉第电磁感应定律和楞次定律，为理解电感器和变压器的工作原理奠定基础。 1.2 被动元件的精细剖析 电阻器 (Resistors)： 除了基本的阻值计算，我们将探讨实际电阻器的寄生效应（如温度系数、高频下的电感和电容特性），并介绍不同封装（如贴片SMD与直插式THT）的选择标准及其对电路性能的影响。 电容器 (Capacitors)： 深入分析电介质材料如何决定电容特性（如C0G、X7R、X5R等MLCC的差异），并详细讨论等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）在电源去耦和射频电路中的决定性作用。 电感器 (Inductors)： 讲解空心、铁氧体和铁芯电感的应用场景，以及电感器饱和电流和Q值（品质因数）对滤波和振荡电路性能的影响。 1.3 半导体物理与二极管 本书对半导体PN结的形成、载流子迁移率进行了清晰的阐述，但重点放在实用层面。我们将详尽分析二极管的I-V特性曲线，区分齐纳二极管、肖特基二极管和变容二极管的独特应用——从整流、稳压到开关和混频。 1.4 晶体管：电子世界的核心 双极性结型晶体管 (BJT)： 深入解析BJT的工作区（截止、放大、饱和），重点介绍共射、共集和共基极三种组态的增益特性和输入/输出阻抗设计。我们将展示如何利用BJT构建精确的电流源和电压基准。 场效应晶体管 (FET)： 详细对比MOSFET与JFET的驱动方式和导通特性。特别关注MOSFET的米勒效应、阈值电压（Vth）控制，以及在大功率开关应用中选择正确导通电阻（RDS(on)）的重要性。 --- 第二部分：模拟电路设计与分析 本部分将理论知识转化为可操作的设计流程，专注于放大、滤波和信号调理电路的构建。 2.1 晶体管放大器设计 从单级放大器开始，系统讲解偏置点的稳定设计方法（如分压偏置、电流源偏置），并使用$h$参数模型进行小信号分析。我们随后扩展到多级放大器，讨论带宽、增益带宽积（GBW）的概念及其对实际电路性能的限制。 2.2 运算放大器 (Op-Amp) 的深入应用 我们不再将运放视为理想元件，而是探讨其实际参数，如输入失调电压、共模抑制比（CMRR）和压摆率（Slew Rate）。 核心配置： 深入分析反相、同相、差分放大器、积分器和微分器的设计与局限性。 有源滤波器设计： 详细介绍巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔滤波器的设计准则，并指导读者如何选择合适的运放来实现低通、高通和带通结构，同时考虑元件容差对截止频率的影响。 2.3 电源管理与稳压技术 本章是电子系统稳定运行的保障。我们将对比线性稳压器（LDO）和开关模式电源（SMPS）的优缺点。重点在于SMPS，特别是降压（Buck）和升压（Boost）拓扑的原理推导、占空比计算，以及环路补偿设计以确保输出电压的瞬态响应和稳定性。 --- 第三部分：数字电子学与逻辑电路 本部分转向离散信号处理，覆盖组合逻辑和时序逻辑电路的设计、实现与故障排除。 3.1 逻辑代数与布尔表达式简化 回顾德摩根定律、分配律等，并着重介绍卡诺图（Karnaugh Map）和Quine-McCluskey方法，用于高效简化复杂的逻辑表达式，从而减少所需门电路的数量。 3.2 逻辑器件与实现 系统介绍TTL和CMOS系列逻辑器件的特性差异，尤其强调CMOS的低功耗优势和扇入/扇出限制。我们将详细讲解如何使用标准逻辑门构建加法器、乘法器、译码器和多路复用器等基础数据处理模块。 3.3 时序逻辑电路 重点讲解触发器（Flip-Flops，如SR, D, JK, T型）的建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）要求。通过实际案例，构建状态机（State Machines），用于序列检测和控制逻辑的实现。 3.4 存储器与可编程逻辑 介绍RAM（静态与动态）和ROM的基本结构及其在数据暂存中的应用。对复杂的组合和时序逻辑，本书将引导读者初步了解可编程逻辑器件（PLD），如FPGA和CPLD的基本概念和硬件描述语言（HDL）的入门思想。 --- 第四部分：系统集成与实验技巧 本部分旨在弥合理论与动手实践之间的鸿沟，强调工程实践中的关键环节。 4.1 传感器接口与信号调理 讨论如何将物理世界（温度、压力、光照等）的模拟信号转化为可供微控制器处理的数字信号。这包括电阻式传感器（如RTD和热敏电阻）的线性化处理、电桥电路的平衡与放大，以及高速模数转换器（ADC）的选择与驱动。 4.2 PCB布局与电磁兼容性 (EMC) 强调良好的布局是高性能电路的生命线。内容包括： 热管理： 功率元件的散热设计与热阻计算。 接地策略： 区分单点接地、星型接地和混合接地，以及如何处理“地弹”问题。 高频设计考量： 传输线效应、阻抗匹配和旁路去耦电容的正确放置，以抑制噪声和串扰。 4.3 调试与故障排除方法论 提供一套系统的调试流程，从万用表测试直流偏置点，到使用示波器进行时域和频域分析。重点介绍如何使用逻辑分析仪来诊断数字电路的时序错误，以及如何识别和消除电源纹波。 本书的最终目标是培养读者独立完成电子系统从概念到原型制作的完整能力，将复杂的电子现象分解为可管理的基本模块进行分析和设计。

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这本书在后续内容中，对于一些经典电路模块的讲解深度令人印象深刻。例如，在讲解运算放大器（Op-Amp）时，它没有停留在介绍“理想运放”的特性上，而是直接进入了对实际芯片数据手册的解读训练。它会展示一个真实的741或TL082的数据页，并引导读者去寻找输入阻抗、输出阻抗、摆率（Slew Rate）等关键参数，并解释这些参数是如何限制电路的实际性能的。这为我后续阅读任何电子元件的数据手册打下了坚实的基础。另一个让我受益匪浅的部分是关于“传感器接口”的介绍。它没有直接跳到复杂的数字传感器，而是先从最基础的电阻式传感器（如光敏电阻LDR和热敏电阻NTC）入手，讲解如何设计合适的“分压电路”来将传感器的阻值变化线性化或放大到微控制器可以读取的范围。这种由慢到快的、注重物理世界与电信号桥接的教学方法，极大地拓宽了我的视野，让我明白了电子学远不止于电路板上的连接，它更是连接物理现象与信息处理世界的桥梁。这是一部真正意义上能培养“工程师思维”的入门指南，而非仅仅是“制作指南”。

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这部书，我拿到手里的时候，就被它的厚度和扎实的排版吸引住了。坦白说，我之前也翻过一些电子入门的书籍，很多都是理论堆砌，看着枯燥乏味，让人望而却步。但这一本给我的感觉完全不同。它从最基础的电阻、电容讲起，但叙述的方式非常生活化，仿佛是邻家一位经验丰富的工程师在手把手地教你。比如，它解释欧姆定律时，会拿水管的压力和流量来做类比，一下子就把抽象的概念具象化了。我特别喜欢它在介绍元器件时，不仅仅给出参数表，还会配上大量的实物照片和电路图，让你能清楚地辨认出这些“小玩意儿”在真实世界里的样子。更重要的是，它非常注重实践，每介绍完一个基本概念，紧接着就会有一个配套的小实验，让你立刻动手操作。这种“学一点，试一下”的节奏，极大地增强了学习的乐趣和信心。我记得刚开始做第一个LED闪烁电路时，因为一个连接错误导致烧坏了一个小元件，当时还有点泄气，但书里详细解释了如何排查这类初级错误，让我很快就找到了问题所在并成功点亮了灯。这种及时的反馈机制，是很多传统教材所缺乏的。可以说，它成功地为电子学习的初学者搭建了一个非常稳固且易于攀登的起点，让原本看起来高深莫测的电子世界，变得触手可及。

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从写作风格上看，这本书的语气非常平易近人，充满了一种老派的匠人精神。作者似乎深知初学者的痛点——害怕犯错，害怕看不懂复杂的图纸。因此，书中大量的插图不仅清晰，而且在关键节点会使用不同的颜色和箭头来明确电流流向和信号路径。我尤其欣赏他们对“接地”这个概念的阐述。在很多入门读物中，“地”往往被简单地视为零电位参考点，但这本书却详细区分了“信号地”、“电源地”和“保护地”的概念，并解释了为什么在设计PCB时，错误的接地方式会导致严重的噪声问题。这种对细节的执着，体现了作者在实际工程中积累的丰富经验。此外，书中对安全问题的强调也做到了恰到好处，既没有过度夸张吓唬人，又切实地指出了高压操作的潜在风险，并提供了安全的实验规范。总而言之，这本书读起来非常流畅，没有那种被学术术语强行压制的阅读体验，反而像是在一个装备精良的、充满活力的创客空间里，由一位耐心的导师陪伴着，一步步揭开电子学的神秘面纱。

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读完前三分之一的内容，我发现这本书的编排逻辑简直可以用“教科书级的严谨”来形容。它没有急于求成地抛出复杂的微控制器或者集成电路，而是花费了大量的篇幅来夯实“分立元件”的基础。这在很多速成指南中是看不到的，但恰恰是这些看似基础的知识，构成了理解后续一切复杂系统的基石。我特别欣赏作者在处理“面包板（Breadboard）”使用章节时的细致程度。他们不仅教你如何插拔元件，还深入探讨了面包板的内部结构、为什么某些区域是导通的，以及在设计复杂电路时需要注意的“跳线”管理问题。这使得我第一次在面包板上构建电路时，就能够避免很多不必要的“飞线”混乱，保持了电路的整洁和可追溯性。此外，书中对“万用表”的讲解也是一个亮点。它不仅仅教你如何设置档位测量电压或电阻，还深入剖析了不同测量模式背后的原理，比如为什么在测量电阻时需要断电，以及如何利用万用表的欧姆档来判断二极管的单向导通性。这种深度挖掘底层原理的做法，让我感觉自己不仅仅是在“操作”电子设备，更是在“理解”它们的工作机制。这种由内而外的知识积累，对于希望未来能独立进行电路设计的人来说，是无价的财富。

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这本书最大的魅力在于其贯穿始终的“项目导向”叙事方式。它不是一个冷冰冰的参考手册，更像是一个充满好奇心的朋友在引导你探索。每一个章节的推进，都伴随着一个清晰可见的实用目标。我记得在学习完滤波和稳压的基本概念后，紧接着就有一个制作一个简单、稳定的低压电源的项目。这个项目巧妙地结合了前文介绍的所有知识点——从变压器（虽然是外购的）到整流桥，再到电容滤波和三端稳压器。这个过程让我体会到了理论知识是如何有机地结合在一起，形成一个能真正“做点事”的系统。更棒的是，当项目完成时，作者还会鼓励你进行“故障注入”实验，比如故意短接某处，看看电路会如何反应，或者更换一个不同参数的元件，观察输出有什么变化。这种主动去“破坏”和“测试”的学习方法，极大地培养了我的工程思维和解决问题的能力。它教会我，电子学并非完美无缺的数学公式，而是一个充满变量、需要不断调试和优化的实践领域。这种沉浸式的学习体验，远胜于死记硬背那些教科书上的标准电路图。

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电子DIY入门读物，很不错哦

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如果大二的《电路原理》换成这个该有多好！

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