电子学必知必会读书笔记

STEM4年前 (2020)更新 bruce

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内容纲要

《电子学必知必会》学习笔记，ISBN：978-7-115-27397-0

1. 电子学必知必会

日常生活电子学；

想学习电子学和计算机但却又被其可怕的细节吓跑了。介绍一些21世纪的今天你确实应该知道的那些东西。
将电路看成简单的功能构建，其功能和用途易于理解；
电子学五个主要领域：通信、计算机、控制、仪表与测量、元器件
电子学是使用店里的原理来实现其他一些有用功能的科学；晶体管构成了电路，电路又实现了电子设备所需要的各种功能；
所有电子设备都基于这样一个模型：输入-处理-输出
趣味了解手机、计算机、机器人工作原理。
你拥有多少个电子设备，为了让你从心底里感觉电子学给你的生活带来的深远影响，建议你花数分钟统计一下你家里的电子设备，研究一下这个清单，结果一定会让你吃惊。

趣味名词解释；

电子学概念，比你想象的有趣得多。学习电子学的不一定非要是工程师、物理学家或者数学天才。其实，你只要知道一些基本的东西，你就能够理解电路和设备中发生的事情。举例来说，你需要知道电子构成电流，而电压则使得电流能够流动。你也需要知道磁场和电场，它们是怎么来的，它们是干什么的。以及磁场和电流是如何联系在一起的。有了这些背景知识，你就可以学习各种元件和电路了。
电力是由固定的或者运动的电荷（电荷的定向运动形成电流）产生出来的一种能量；
原子核电子：原子是称作元素的物质的最小可能的粒子。元素是一种化学物质，它不能够再被细分成更小，更简单的物质了。质子与中子，质子带正电荷。绕着原子核旋转的是电子，施加外力，电子脱离原子核产生电流；运动的电子构成我们所称的电流；
静电：一个物体有多余电子（负），另一物体则电子不足（正）。

电力基本定律：异种电荷互相吸引，同种电荷相互排斥。这个看不见的力场，称作电场。
当两个物体带有相反的电荷时，我们就说他们之间存在电位差。这个电位差叫做电压。
靠近、积累电荷足够大，引力过大，跳过两者之间的间隙（空气电离）产生火花，闪电产生原理；
静电释放（ESD），不是特别有用，也是晶体管和集成电路受损的主要原因；
动态电力和电流：

电力实际是电子流动，而引起电流流动的则是电压。
导体：电流很容易通过导体；
绝缘体：绝缘体性质跟导体相反；
半导体：既可以改变成导体，也可以被改变成绝缘体，还可以介于导体和绝缘体之间的一种物质。半导体用于制作晶体管、二极管和集成电路。最常见的半导体是硅。大多数集成电路（IC）都是硅制成的。
磁性：

异性相吸、同性相斥。永久磁铁应用于血多电气和电子设备中。他们最常见的用途是在电机中，磁铁的吸引和排斥产生了选装运动。
磁性跟电力有什么关系？磁性与电力电子有很大的关系，二者紧密联系在一起。需要了解两者才能获得对电子学的整体印象。磁性是各种电气和电子现象的本质所在。
电磁：电力也可以产生磁性。当导体中流过电子时，就会产生出磁场。这个效应就叫电磁。
磁性之电磁感应：当一个导体和一个磁场之间有相对运动时，导体中就将感应出一个电压来。
电压源：

电压直流电（DC）沿着一个方向流动；电池、太阳能电池、供电电源
交流电（AC），先沿着一个方向流动，然后再反过来往相反的方向流动，如此不断改变方向（信号发生器，振荡器的电子电路，正玄波）。每秒钟发生的周期数目叫频率。无线电高频率正玄波。使用的交流电电压源，发电机在一个强磁场中转动线圈，从而产生电压；逆变器在太阳能电池中，直流转交流、振荡器来产生交流信号
模拟信号和数字信号

将电子设备中的电压或者信号划分成了两种类型。模拟信号是随着时间平滑而连续改变的电压；模拟信号来自麦克风、摄像机、检测光线水平、温度和其他物理量的传感器。
数字信号是脉冲信号或者开关信号，大多数数字信号实际上是二进制的，只有两个电压值。
模拟-数字转换（ADC），数字-模拟转换器（DAC）。
傅里叶理论和频域：P31
通常我们将电子信号看成随时间变化的电压。
电子元件
- 开关
- 电阻器：对电流起阻碍作用，电路中限制或者设置电流的大小；欧姆定律 I电流=V电压/R电阻
- 电容器：存储电荷的器件；电容器的基本功能就是充电和放电，提供直流电压；作用，滤波，通过交流、阻断直流。例如，一个电阻器和一个电容器构成低通滤波器，频率敏感的电路，当信号频率在一个特别的频率以下时，它允许交流信号通过，信号高于频率，则被衰减。低通滤波器。
- 电感器：一卷导线，电流通过产生磁场，感应出电压，这叫自感。感应的电压跟所流通的电压具有相反极性。其结果就是阻碍电流流通；
- 变压器：用于升高或者降低交流信号的电压水平，用于信号隔离以及阻抗匹配；
- 二极管：一种半导体器件，他允许电流沿着一个方向流通而阻断另一个防线的电流。二极管像一个对正负极敏感的开关。二极管主要用于整流，把交流转换成直流。
- 晶体管：一种三端半导体，它使用一个较小的输入信号来控制一个大得多的输出信号；两个基本功能：放大和开关作用。晶体管的输出电流将由一个较小的输入电流或电压来进行关闭或开通
- 集成电路（IC）芯片：它是做在单个硅片上的一个完整电路。其上的所有元件都是同时制作出来的，他们互联起来形成一个
- 放大器（放大增益输入与输出比值符号A，基站、小蘑菇）、
- 滤波器（对频率敏感的电路，防止信号干扰，手机电量显示抖动率减小）、
- 振荡器（产生正弦波或矩阵波信号）晶振是一块石英薄片，它可以以非常精确地频率振动、频率非常稳定，不会因为时间或者温度变化发生漂移；计算机中的时钟振荡器，设置计算速度。
- 微处理器、
- 存储器、
- 无线电接收器，或任何其他功能的东西。然后给IC加上直流电，它就可以工作。
- 检相器（混频器电路，它输出的信号正比于两个同频率输入信号的相位差）
- 锁相环、频率合成器、逆变器（直流转交流）
- 用于模拟信号的线性IC电路、用于二进制信号的数字IC电路、以及用于模拟和数字信号的混合信号IC电路；
- 感兴趣扩展学习：电子设备基本模块：线性电路和模拟电路
- 搭建简单的实验室
- 面包板、AA电池组产生直流电、LED灯，IC集成电路、各种传感器；
- 总结：
- 磁力
- 原子：电子围绕质子，电子脱离定向产生电流
- 模拟与线性、二进制与数字

机器人产品现在与未来；

应对信息孤岛、信息对等、信息封锁；

关注权威，研究性科技新闻；

机器人：工业界机械手臂，自动化组装流水线；

互联网：各种仿生机器人、AI机器人、人性机器人，那么未来组合成更强大的机器人；

这个巨大的生态与未来趋势，投资学习电子、计算机、软件，回报率最高；

2. 计算机原理

有趣的进制

2进制 8进制 10进制 16进制 60

神秘的编码：

ASCII编码、摩尔编码

3. 计算机软件 20分钟

站在硬件与计算机的角度看软件

硬件：通过输入，使用物理、原理处理转化为人可以理解的输出（模拟与数字信号）；

计算机：硬件+操作系统；

软件：处理、计算硬件输出的信号，形成具体的功能或者产品，服务人类产生价值，促进紧急发展；

软件是什么

用规定的符号与规则，连续的计算处理另外的符号，协助人们工作或者决策；

人工智能与机器学习定义与展望

人工智能（AI）：指通过电脑程序来展现人类智能的技术；研究智能系统是否能实现，以及如何实现；

人工智能应用领域，智能控制、机器人学、自动化技术、语言和图像理解、遗传编程、法学资讯系统、下棋、医学领域

机器学习是人工智能的一个分支，人工智能研究历史，有着一条以”推理“为重点，到以”知识“为重点，再到以”学习“为重点的自然、清晰的脉络。机器学习是实现人工智能的一个途径。

机器学习算法是一类从数据中自动分析获得规律，并利用规律对未知数据进行预测的算法。机器学习算法中涉及了大量的统计学理论，机器学习与推断统计学联系尤为紧密，也成为统计学习理论。

机器学习已经广泛应用于数据挖掘、计算机视觉、自然语言处理、生物特征识别、搜索引擎、医学诊断、检测信用卡欺诈、证券市场分析、DNA序列侧学、语音识别和手写识别、战略游戏、机器人等领域

青少年编程

STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写；

科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；

技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题；

数学则作为技术与工程学科的基础工具。
基本层面：兴趣培养第一，英语是基本沟通工具
竞争层面：计算机、电子、数学理论基础非常重要
大师层面：想象力与创造力

STEM（Science, Technology, Engineering, and Math, including Computer Science ）标准

Screach 与 Python 对未来的影响

Scratch是一种基于块的可视化编程语言和在线社区，主要针对儿童。该站点的用户可以使用类似块的界面创建在线项目。该服务由麻省理工学院媒体实验室开发，已被翻译成70多种语言，并在世界上大部分地区使用。在学校中心，学校和大学以及其他公共知识机构中教授和使用划痕。截至2019年5月，该语言官方网站的社区统计数据显示，超过4000万用户共享了超过4000万个项目，每月访问量近4000万。

Google blockly 项目，多种语言统一输出给硬件；

Python 实战生产编程语言，相对简单、易于维护，强大的社区与各种类库，从青少年编程到航空航天，都有成熟密集商用的使用场景；

跟 Python有关的框架与编辑器

PyCharm和Anaconda 编辑器

TensorFlow Python使用场景，Tensorflow是一个采用数据流图用于数值计算的开源软件库。节点在图中表示数学操作，图中的线表示在节点间相互联系的多维数据数组，即张量。架构灵活，适宜在多种平台上展开计算，如一个或者多个CPU、GPU、服务器、移动设备等。tensorflow最初由Google大脑小组开发，用于机器学习和深度神经网络方面的研究，是一种流行的深度学习开源框架，但它的通用性使其可以广泛应用于其他计算领域。

学习编程未来趋势总结

云计算
- 连接汽车，云计算可以与汽车中的嵌入式计算单元（ECU）同时使用；根据嵌入式计算设备互联的数量和这些设备之间的交互量，会生产大量数据，它们需要处理、存储和安全地访问。
物联网
- 物联网是一个拓扑结构，表示嵌入式计算设备的互联（称为IoT设备）。

物联网互联网通信与传统互联网通信不同，MQTT、CoAP、XMPP；Microsft Azure IoT Suite\Amazon AWS IoT\IBM IoT Foundation 优秀的云平台。HTTP\AMQP\MQTT

IoT应用领域：家庭自动化是消费品市场中计算设备互联的典型例子，只需要在智能手机/平板电脑/PC的应用上轻击一下，就可以控制智能家用电器，例如微波炉、家用监测系统、关/热控制等。