索引 / 001 ZH-CN
Practical Electronics for Inventors(实用电子元器件与电路基础) cover

工程学

工程学

Practical Electronics for Inventors(实用电子元器件与电路基础)

Paul Scherz; Simon Monk

英文原名: Practical Electronics for Inventors

一本动手型的电子学入门书,讲解元器件和电路如何工作以及如何搭建。舍尔茨与蒙克把基础电路理论与选择元件、制作原型和测试的实用指导结合起来,使读者无需高深数学,就能从电压和电流起步,做出可运行的模拟、数字和单片机项目。

需要的基础: 中学代数;不需要电子学经验,理论章节会介绍基础物理。

难度等级
入门
学术层次
本科
electronicscircuit componentsanalog circuitsdigital electronicshands-on

01 / 导读

导读

引用

Scherz, P., & Monk, S. (2016). Practical Electronics for Inventors (4th ed.). McGraw-Hill Education.

章节概要

第4版约一千页,共17章,分为三部分(理论、器件、设计),另有三个附录。各部分篇幅极不均衡:DigiKey TechForum上一位评论者贴出的带页码章节表显示,理论一章从第5页延续到第252页,元件一章从第253页到第400页,数字电子一章从第717页到第842页,而设计部分有好几章不足20页。出版社把本书定位为一本指南,内容包括如何选择元件、设计和搭建电路、使用单片机和集成电路,以及测试和调整成品。

第1章:引言

第一部分"理论"的四页开篇。

第2章:理论

全书最长的一章,用近250页讲电路理论。认为元件部分最有帮助的DigiKey评论者说,理论部分写得很浓缩:适合复习,也能为初学者指出哪些主题值得深入学习。

第3–6章:基本电子元件;分立半导体器件;光电子器件;传感器

第二部分"器件"是一份元件指南。出版社列出的内容包括电阻、电容、电感和变压器;二极管、晶体管和集成电路;光电子器件、太阳能电池和光电晶体管;以及传感器、GPS模块和触摸屏。评论者特别称赞书中说明了每种元件的用途和不同类型之间的差别,例如不同种类电阻的优缺点。

第7章:动手电子制作

这一章约80页,是第二部分的收尾,从器件转向实际搭建电路的工作。出版社的介绍强调分步说明、电路图,以及对完成的项目进行测试和调整。

第8–11章:运算放大器;滤波器;振荡器与定时器;稳压器与电源

第三部分"设计"从模拟电路的基本模块开始:运放、滤波器、振荡器与定时器,以及稳压电源。这几章都很短,大约15到30页。

第12章:数字电子

约125页,是第三部分最长的一章。出版社列出的内容包括数字电子、逻辑门和LCD显示器。

第13–14章:单片机;可编程逻辑

先讲单片机和原型开发平台,再讲组合逻辑和时序逻辑的可编程逻辑。出版社的介绍把可编程逻辑列为本版新增讲解的主题之一。

第15–17章:电机;音频电子;模块化电子

篇幅较短的设计章节,分别讨论直流电机、RC舵机和步进电机,麦克风、音频放大器和扬声器,以及模块化电子。

附录A–C:配电与家庭布线;误差分析;实用数据与公式

书末简短的参考资料。

核心概念

第一部分:理论(第1–2章)

  • 电路理论:分析电路所用的定律和方法,集中在一个长章中,便于查阅和复习。

第二部分:器件(第3–7章)

  • 无源元件:电阻、电容、电感和变压器,各自的类型及其取舍。
  • 分立半导体器件:作为单个器件的二极管和晶体管。
  • 光电子器件:发光或检测光的器件,包括太阳能电池和光电晶体管。
  • 原型制作:搭建和测试电路的实际技能。

第三部分:设计(第8–17章)

  • 运算放大器:用于放大器和滤波器的通用模拟基本模块。
  • 稳压电源:为设计的其余部分提供稳定电压的电路。
  • 单片机:控制项目的小型可编程计算机。
  • 可编程逻辑:经配置后实现组合逻辑和时序逻辑的数字硬件。
  • 电机控制:驱动直流电机、RC舵机和步进电机。

评析

优点

  • 元件知识。 约150页讲基本元件,近100页讲分立半导体器件,提供了电路分析教材不打算提供的、关于元件的深入实用信息。这正是DigiKey评论者最看重的部分。
  • 从元件到可用的项目。 出版社介绍了分步说明、电路图和插图,以及如何选择元件、搭建电路和测试电路的指导。本书涵盖了理论课程所略去的电子学实践层面;DigiKey上另一位留言者写道,它讲到了课堂教学中通常不涉及的内容。
  • 覆盖面广,包括较新的主题。 单片机、可编程逻辑、GPS模块和触摸屏等传感器以及模块化电子,与模拟和数字基础知识并列。
  • 由实践者撰写。 出版社的介绍称两位作者是经验丰富的工程师和热心的业余爱好者;Scherz学的是物理,Monk写过大量业余电子制作方面的书。

局限

  • 理论内容浓缩。 DigiKey评论者指出理论部分写得很浓缩,适合复习或建立整体概念;修读电路课程的学生仍需要一本配有分级习题的正规电路分析教材。
  • 章节篇幅极不均衡。 滤波器、振荡器与定时器、稳压器、电机和音频等设计主题各自只有大约10到30页,而理论和数字电子却占了数百页。读者应把短章节当作入门介绍。
  • 是参考书而非课程。 全书约一千页,按主题而不是按课程顺序组织,是为查阅而编写的;出版社的资料没有提到练习或章末习题。

在课程中的定位

在这门电路与电子课程中,Scherz和Monk是一本注重实践、动手操作的书。Neil Storey的 Electronics: A Systems Approach 是另一本入门教材,结构严谨,配有例题和自测题,从系统一路讲到电路;Alexander和Sadiku的 Fundamentals of Electric Circuits 是强调解题的标准电路分析教材。学习电路分析应以其中一本为主教材,而Scherz和Monk则是配套读物,帮助了解真实元件是什么以及如何用它们搭建电路。

课程中的其他书各自向特定方向深入:Agarwal和Lang的 Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits 以及Howe和Sodini的 Microelectronics: An Integrated Approach 严谨地发展器件模型和电路设计;Hayt的 Engineering Electromagnetics 讲授电路背后的场论;Patterson的 Computer Organization and Design 则从数字逻辑延伸到处理器体系结构。Scherz和Monk关于数字电子和单片机的章节,为最后这个方向提供了实用的起点。

如何使用本书

本书适合想要搭建可用电路的学生、业余爱好者和发明者,也适合希望在理论课程之外有一本实用参考书的工科学生。DigiKey评论者指出,本书的写法让不熟悉电子学的读者也能读懂。

实用的学习计划:

  • 从第1章开始,第2章略读。 把理论一章当作随时回查的参考资料,而不是必须先读完的内容。
  • 核心: 讲元件和半导体器件的第3–4章,然后是讲动手制作的第7章。这几章合起来说明元件的作用以及如何用它们搭建电路。
  • 按项目选读: 做模拟信号处理选运放和滤波器(第8–9章);几乎任何项目都要用到电源(第11章);控制和计算选数字电子、单片机和可编程逻辑(第12–14章);需要时再读电机和音频(第15–16章)。
  • 参考: 关于家庭布线、误差分析和实用公式的附录。

边读边做:对每一类元件,在面包板上搭一个简单电路,测量书中描述的现象。当电路课程讲到同一主题时,把教材的分析和本书的实用指导对照起来看。