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第1章 走进电子技术 一开始，我们用一个简单而实用的实例带领大家进入电子技术（ electronics）的世界，并通过对这个实例的初步分析，掌握蕴藏其中的知识点和实用的设计技能本书的前 8 章围绕着模拟电路（ analogue electronics）进行知识讲解和设计介绍，模拟电路中“行走”的都是连续变化的信号，更通俗地说就是直流（ DC）、交流（ AC）一类的信号后 9 章介绍的是数字电路（ digital electronics），其信号是一些由 1 和 0 组成的逻辑电平尽管没有接触过电路设计，大家也尽可对本书的每一页放心，我们不会陷入复杂计算的泥潭，取而代之的是用生动、平实的叙述方法把实用而必要的电子技术和设计方法介绍给大家 电子技术是我们研制有价值、有技术含量的科技产品的基石 1.1 从一个光控报警器的例子开始 电池 电阻器 光敏电阻 电位器 开关 第一次电路分析 我们在中学时就接触过电路原理图（ schematic diagram），简称电路图那时的电路图都是一些由电阻、电源、开关等组成的简单电路而最初的电路分析也只是使用欧姆定律（ Ohm’s law）来计算电路中的电阻、电流或电压。

从哪里能接触到更真实的电路图呢？今天当然首推互联网在包括中文网站在内的世界许多站点里，各种电子系统的电路图比比皆是小到一个单管收音机，大到一台液晶电视的电路图都可以找到另一个查阅电路图的渠道是各种与电路相关的书籍和杂志，其中不乏复杂而实用的电子系统的电路图这些电子系统的电路图大都比较复杂（当然除了调光灯、电吹风等一些简单的电器以外），成百上千的元器件“交织”在一起，使我们无从下手分析，更不要说设计 于是，我们从图 1-1 这样一个简单的光控报警器电路开始 20kΩR1RP100kΩRVT1BC547VT2BC5471kΩR26VHA＋S1图 1-1 光控报警器电路 图 1-1 所示光控报警器电路的功能是：当照射到光敏电阻 R（ ）的光线变暗至一 2 电子设计从零开始（第 2 版） 定程度时，蜂鸣器 HA（＋）开始报警，从而达到检测光线强度并适时报警的目的电路图中，电阻（ ）、电源（ ）、开关（ ）的电路符号我们比较熟悉可能有的朋友还会认识电位器（ ）、三极管（ ）等器件的电路符号接下来，我们一起分析一下图 1-1 所示电路里包含的一些基础知识 1.1.1 电池 电源（ power supply）是提供电能的装置，用于给电路供电。

电池（ battery，电路符号）是一种常用的直流电源，碱性电池（ alkaline battery）普遍应用于电子产品中，其中以 1.5V 额定电压的最为常见，其外观及电路符号如图 1-2（ a）所示电池有正（ +）、负（-）极之分，电路符号中较长线一端表示正极，短线端表示负极 由于图 1-1 的光控报警器的工作电压为 6V，一般可以使用电池盒（ battery case）把多节电池串联起来，如图 1-2（ b）所示，其电路图形符号与碱性电池相同 1.5V 3V1.5V 1.5V + - + - 电池盒3V + + - - （ a）碱性电池 （ b）电池的串联 图 1-2 碱性电池及电池的串联 还有一种常用于计算器、电子表、电子词典等小功率电子产品的钮扣电池（ button battery，图 1-3（ a）），其额定电压一般有 1.5V 和 3V 两种其容量小，不适合给功率较大的电路供电市场上还有一些电压较大的碱性电池，有时称为集成电池，也较适合作为电子产品的电源其电压一般有 6V、 9V 和 15V 等几种，它们的外形如图 1-3（ b）所示。

（ a）钮扣电池 （ b）集成电池 图 1-3 其他电池 以上介绍的几种电池都可用来给图 1-1 所示的光控报警器供电，只要单个电池或多个电池串联后电压达到 6V 就可以 3 第 1 章 走进电子技术 USB 电池 这几年出现了一种非常有意思的电池—— USB 电池（ usbcell，图 1-4），它的外形与一般的碱性电池没有什么两样，可以放到数码照相机、 MP3 播放机等电子产品中正常使用但是如果摘下它的帽子，就会发现电池上有一个 USB 接口原来，这个 USB 电池可以插到计算机的 USB 接口上，进行反复充电 帽子+极 -极USB 充电口图 1-4 USB 电池 1.1.2 电阻器 电阻器（ resistor，电路符号 ），简称电阻，是一种两端电子器件，当电流流过时，其两端的电压与电流成正比 任何材料都会对流经的电流产生一定的“阻力”，这种阻碍电流的作用叫阻抗（ resistance），电阻就是利用材料的这一特性制作出来的电阻是电路中使用得最多的器件，由于电流流经它时会在其两端形成不同的电压，于是可利用电阻改变电路节点的电压。

欧是电阻阻值的单位，通常用希腊字母 Ω来表示比 Ω更大的阻值单位有 kΩ（千欧）和 MΩ（兆欧）以下是它们之间的换算关系 1MΩ=103kΩ=106Ω 【 例 1.1】 改变电压：分析一下图 1-5 所示电路中，电路节点 P 的电压是多少 3V2kΩR21kΩR1APBI2V 4 电子设计从零开始（第 2 版） 图 1-5 电阻改变电压 图 1-5 所示电路中，电阻 R1、 R2 串联，电流 I 从 3V 电源正极流出，从节点 A 流向 P点，继而流经 B 点后回到电源负极接地符号 定义电源负极（也就是节点 B）为电势零点，于是 B 点电压 VB=0V因电源为 3V，得 A 点电压 VA=3V根据欧姆定律，可计算电路的干路电流A3V1mA121k+2kVVIRRR== = =+ΩΩ，则 P 点电压P21mA2kΩ 2VVIR= =×= 从例 1.1 可以看到，节点 A，即电源正极的电压为 3V，通过两个电阻 R1、 R2 的“努力”，节点 P 出现了一个 2V 的电压这个 2V 电压异于电源电压，是一个人为设计的电压说明电阻可以在电路中改变节点的电压 在电子市场或网上选购电阻时，至少有 3 个有关参数是需要提供的：一是电阻的阻值，二是电阻的功率，三是电阻的种类。

1. 电阻的阻值 拿到一支电阻，我们会看到电阻的表面有五颜六色的色环，这不是出于美观而设计的，它标示着电阻的阻值图 1-6 所示为常用的 5（色）环电阻及颜色所代表的数值 5（色）环电阻使用前 4 个色环标示电阻的阻值，第 5 个色环标示电阻的允许误差 颜色 数值 第 1 位 数值 第 2 位 数值 第 3 位 倍数 第 4 位 误差 第 5 位 银色 - - - ×0.01 ±10% 金色 - - - ×0.1 ±5% 黑色 0 0 0 ×1 — 棕色 1 1 1 ×10 ±1% 红色 2 2 2 ×100 ±2% 橙色 3 3 3 ×1,000 — 黄色 4 4 4 ×10,000 — 绿色 5 5 5 ×100,000 — 蓝色 6 6 6 ×1,000,000 — 紫色 7 7 7 — — 灰色 8 8 8 — — 白色 9 9 9 — — 5（色）环电阻 图 1-6 5（色）环电阻的色环含义 比如图 1-7 所示的 5（色）环电阻，其色环颜色依次为：红、黑、黑、棕、金那么它的阻值应该如何计算呢？对照图 1-6 中的颜色对应数值关系表：第 1 环红色代表数值 2；第2 环和第 3 环都是黑色，代表数值 0；第 4 环棕色代表的是 ×10（倍数）。

所以图 1-7 所示 5 第 1 章 走进电子技术 电阻的阻值为前 3 环代表的数值 200 乘以倍数 10，单位是 Ω，结果是 2000Ω，即 2kΩ另外，第 5 环金色代表的允许误差是 ±5%，于是该电阻的准确读数是： 2kΩ，误差 ±5% ±5%的误差说明该 2kΩ电阻的阻值与标称值有± 5%的偏差， 即在 1.9kΩ~2.1kΩ范围之内都是允许的 除了使用图 1-6 中色环与数值关系表判断电阻阻值外，还可以用万用表直接测量电阻，得到阻值的读数 (红色 ) (黑色 ) (黑色 ) (棕色 ) (金色 ) 2kΩ，误差± 5% 图 1-7 5（色）环电阻阻值 在电路设计选择电阻时应该注意阻值是不可任意选定的，比如标称值为 122Ω 的电阻就不存在原因是在大部分电路中并不要求极其精确的电阻值，于是为了便于工业上大量生产和使用者在一定范围内选用， EIA（美国电子工业联盟， Electronic Industries Alliance）规定了若干系列的阻值取值基准，其中以 E12 基准和 E24 基准最为常用 E12（允许误差 ±10%）基准中电阻阻值为 1.0、 1.2、 1.5、 1.8、 2.2、 2.7、 3.3、 3.9、 4.7、5.6、 6.8、 8.2 乘以 10、 100、 1000……所得到的数值。

E24（允许误差 ±5%）基准中电阻阻值为 1.0、 1.1、 1.2、 1.3、 1.5、 1.6、 1.8、 2.0、 2.2、2.4、 3.0、 3.3、 3.6、 3.9、 4.3、 4.7、 5.1、 5.6、 6.2、 6.8、 7.5、 8.2、 9.1 分别乘以 10、 100、1000……所得到的数值 E24 基准中的电阻阻值选择可以满足一般电路设计对阻值的要求，如果在某些电路如滤波器中对电阻阻值要求非常精确，而非要选择 E24 以外的阻值，如 2.43kΩ等，则可以根据附录 A 中的其他取值基准设计当然，对阻值要求越精确，电阻器的价格也就越高（有时高得离谱） 2. 电阻的功率 根据焦耳定律（ Joule’s laws，2QIRt= ）知道：电流通过电阻时会产生热量，电阻越大、 电流越大、 时间越长， 电阻发热也就越厉害 假设一个阻值为 100Ω的电阻， 通过 100mA的电流，则电阻的消耗功率22100mA 100 WPIR=⋅= ×Ω（ ） =1 ，如果该电阻的额定功率没有这么大，那在此工作条件下就会被烧毁表现为电阻焦黑、发臭，严重时甚至起火、爆炸图 1-8 所示为某电路板中电阻被烧毁的情形。

由于电阻在烧毁时已经被超限的热量袭击过，其阻值几乎不可能保证在原来正常的范围内，所以如果电阻出现烧毁的情况，一般都需要更换城门失火，殃及池鱼”，有时甚至还要考虑更换邻近的器件，因为热量可能已经殃及它们 之所以出现烧毁电阻的情况，一般有以下两种可能：一是电阻选择不合理，其额定功率小于实际功率；二是电路突然出现故障，导致电阻上的电流激增而被烧毁这两个问题 6 电子设计从零开始（第 2 版） 都需要在实际电路设计及制作中预防 电路设计时需要充分考虑该电阻的实际功率最大能达到多少，从而选择一个额定功率比这个最大实际功率还要大的电阻电阻的额定功率一般有 1/16W、 1/8W、 1/4W、 1/2W、1W、 2W、 5W、 10W 等几种，如果电阻功率大于 1/8W，必须在电路图中按照图 1-9 所示的大功率电阻电路符号标明，否则很容易让自己或他人因误用电阻而导致事故的发生如果电路中使用的是电阻的一般符号 ，则可使用额定功率为 1/16W 或 1/8W 的电阻 轻度烧毁的电阻 （中部焦黑） 严重烧毁的电阻（整个焦黑） 图 1-8 被烧毁的电阻 1/8W 1/4W 1/2W 1W 2W 3W 5W 10W 20W 20W 图 1-9 标有额定功率值的电阻器的电路符号 一般来说。