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目录 1

图解电学发展史 1

第1章 电动势、电压与电流 23

1.1 电器的利用起源于直流 24

1.1.1 电池——产生电动势 24

1.1.2 产生电动势的原理 27

1.2 电流是大量电子运动的结果 27

1.2.1 电流的本质 28

1.2.2 导体、半导体及绝缘体 28

1.3 电动势与电流 29

1.4 电路图中的电气图形符号 31

1.4.1 电源符号 32

1.4.2 连线符号 32

1.5 欧姆定律 33

1.5.1 电路的基本定律——欧姆定律 33

1.5.2 欧姆定律的解释 33

1.5.3 电阻器与电阻 34

1.6 电动势、反电动势与电压 35

1.6.1 电动机的发电作用与反电动势 35

1.6.2 反电动势概念的扩展 36

1.7 电流的微分产生电压——微分线圈 37

1.7.2 线圈的性质 38

1.7.1 线圈的电磁现象 38

1.8 电流的积分也产生电压——积分的电容 39

1.8.1 电容器的结构 40

1.8.2 电容器的数学现象 41

1.8.3 电荷和电流的关系 42

1.8.4 加直流电压时 43

1.8.5 无源元件的功能 43

1.9 积分和微分的作用产生交流 44

1.9.1 从数学理论到计算式 45

1.9.2 电流与电容器上电压的数值计算式 46

第2章 欧姆定律和基尔霍夫定律 47

2.1 电压、电场、电流、功率及能量 48

2.2 电路网络的计算原理 49

2.2.1 基尔霍夫第一定律 50

2.2.2 基尔霍夫第二定律 50

2.2.3 电子电路中的基尔霍夫定律 51

2.2.4 串联电阻与并联电阻 51

2.2.5 多电源电路中的电压计算 52

2.3 电场与电位梯度 54

2.4 具有重要意义的电桥电路 56

2.5 接地（GND）的概念 57

2.6 静止的电动机服从欧姆定律，转动的电动机不服从欧姆定律 58

2.6.1 在制动状态下服从欧姆定律 59

2.7.1 电流源符号 60

2.6.2 空载运转的场合 60

2.7 电流源（阻抗无穷大） 60

2.7.2 进一步分析电流源与电压源 61

2.7.3 将电流源近似为高内阻的电压源 62

2.8 基于电源与电阻网络的表示 63

2.9 叠加原理及其应用时的注意点 64

2.9.1 适用基尔霍夫定律 64

2.9.2 用电流源表示的场合 65

2.9.3 与叠加原理的对比 67

2.9.4 叠加原理的意义 68

2.10 实际电路与等效电路 69

第3章 电子器件的基础知识——从电子管到半导体 73

3.1 热电子发射 74

3.2 基于热电子发射现象的真空二极管 75

3.3 金属、绝缘体及半导体 76

3.4 PN结二极管 78

3.5 真空与固体中的电子现象 80

3.5.1 二次电子 80

3.5.2 半导体中的击穿现象 81

3.6 稳压二极管（齐纳二极管） 82

3.7 具有光电效应的二极管 83

3.7.1 光二极管 83

3.7.2 产生光的半导体（发光二极管） 83

3.9 电子开关 84

3.8 变容二极管 84

3.10 真空三极管的信号放大 85

3.11 结型场效应晶体管 86

3.12 MOSFET,CMOS,NMOS 89

3.13 双极晶体管 91

3.13.1 基本结构与电极名称 91

3.13.2 共基极连接的原理说明 91

3.13.3 应用广泛的共发射极连接方式 92

3.13.4 电流放大系数hFE,hfe 94

3.13.5 互补型晶体管 94

3.14 绝缘栅双极晶体管 95

3.15 可控硅——神奇的开关 96

3.16 半导体器件的型号 99

第4章 二极管电路 101

4.1 功率、电源用二极管电路 102

4.1.1 单相交流电的整流 102

4.1.2 三相整流电路 102

4.1.3 倍压整流 103

4.2 滤波电路 104

4.3 稳压电路 105

4.4 恒流电路（恒流源） 106

4.5.1 二极管开关电路的构成 107

4.5 模拟开关电路 107

4.5.2 数字信号的发生 108

4.6 LED电路 109

4.7 利用二极管补偿PN结 110

4.8 光晶体管与光耦合电路 111

4.9 信号的理想整流 113

4.10 二极管应用于保护电路，避免微小器件的损坏 114

4.10.1 二极管保障了安全 115

4.10.2 高速二极管 115

第5章 模拟信号的放大 117

5.1.1 电子电路的目的 118

5.1 使用晶体管的目的 118

5.1.2 电子器件的使用方法 119

5.2 电信号：电压信号、电流信号、电场、磁场、频率信号、开关信号 119

5.2.1 电信号的各种形式 119

5.2.2 电信号的比较方法 120

5.3 双极晶体管的使用方法 121

5.3.1 集电极特性与负载线 121

5.3.2 输入输出的关系 122

5.3.3 工作点与电流放大系数hfe 123

5.4 输出端的连接 125

5.4.1 直接连接方式 125

5.4.2 介入电容器连接 126

5.5 集电极跟随器（共发射极）与射极跟随器 127

5.6 达林顿连接增大hfe的方法 128

5.7 互补电路推挽射极跟随器 129

5.7.1 利用二极管补偿PN结 129

5.8 什么是负反馈和偏置——克服放大系数分散问题的方法 130

5.8.1 电路的稳定工作 131

5.8.2 射极跟随器效应的利用 131

5.9 利用NPN和PNP的直流放大电路 132

5.9.1 非均衡型直流放大 132

5.9.2 使用推挽射极跟随器的均衡型电路 133

5.10 基极分压电阻形式 133

5.10.1 直流工作点与直流负载线 134

5.10.2 交流负载线 135

5.11 场效应型晶体管的使用方法 137

5.11.1 关于结型场效应晶体管的讨论 137

5.11.2 偏置电路 138

5.12 关于NPN与PNP 139

第6章 开关电路基础 141

6.1 从信号放大到开关 142

6.2 信号反转的基础——数字的H/L 143

6.2.1 ON/OFF与数字的H/L的关系 143

6.2.2 ON/OFF与H/L的不同 143

6.3.2 双极晶体管的输入电路 145

6.3.1 NPN型与PNP型 145

6.3 双极晶体管的使用方法 145

6.3.3 双极晶体管的多级放大 146

6.3.4 关于达林顿晶体管的使用 147

6.3.5 基于光耦合器的信号绝缘 147

6.4 MOSFET与双极晶体管的比较 148

6.4.1 特性曲线与电极名称 148

6.4.2 ON特性的参数 149

6.4.3 互补MOS的利用 149

6.5 电流的ON/OFF与导电方向的转换 150

6.5.1 电流的反转 150

6.6 逆变器与三相电桥电路 151

6.5.2 反馈二极管 151

6.7 基于脉冲宽度调制（PWM）的电压、电流调整 154

6.8 降压、升压、极性反转 156

6.8.1 升压型逆变器的基本形式 156

6.8.2 极性反转（由正电压源反转为负电压源） 156

6.9 开关的损耗 157

6.10 开关电路的保护措施 159

6.10.1 停滞期与防止错误信号引起的短路 159

6.10.2 电流限制 160

6.10.3 电磁继电器和热动过电流继电器 161

第7章 数字入门 165

7.1.1 数字技术的出发点 166

7.1 功率-ON/OFF信号 166

7.1.2 逻辑器件 167

7.2.2 输入的逻辑 167

7.2.1 真值表 168

7.2.2 门 168

7.2.3 字节与位 168

7.3 多输入逻辑 169

7.4 数值运算 171

7.4.1 半加器 171

7.4.2 全加器 172

7.4.4 4位数据的减法运算 173

7.4.3 4位数据的加法运算 173

7.4.5 4位数据的加法运算与减法运算 174

7.5 使用二极管、晶体管的逻辑电路 175

7.5.1 二极管逻辑电路 175

7.5.2 用二极管和晶体管构成的逻辑电路 175

7.5.3 用晶体管构成的NOT电路 176

7.6 各种数字IC 177

7.7 德克萨斯仪器公司的TTL 179

7.7.1 TTL的输入电路 180

7.7.2 TTL的输出方式 180

7.8 CMOS及其特征 182

7.8.1 TTL与CMOS的不同之处 182

7.7.3 集电极开路的使用方法 182

7.8.2 闩锁效应 184

7.9 触发器（Flip-Flop）——信息记录的基础 185

7.9.1 RS-FF（Reset-Set Flip-Flop） 185

7.9.2 JK-FF（Jack-King Flip-Flop） 186

7.9.3 T型触发器（Toggle Flip-Flop） 187

7.9.4 D型触发器（Delay Flip-Flop） 187

7.10 模拟技术的数字技术化举例 190

7.10.1 调整音量大小的电子电位器 190

7.10.2 数字示波器 190

第8章 计数器与数字运算电路 193

8.1 同步计数器与非同步计数器 194

8.1.1 触发器构成的计数器 194

8.1.2 非同步计数器的信号延迟 195

8.2 Up/Down计数器 198

8.3 非同步计数器的设计方法 199

8.3.1 2n计数器 199

8.3.2 10进制计数器 201

8.3.3 BCD计数器 203

8.4 同步计数器及其设计方法——以7进制计数器为例 206

8.4.1 同步计数器的设计要点 207

8.4.2 逻辑分析 208

8.4.3 完成设计的计数器 210

8.4.4 环形计数器 211

8.4.5 反相器驱动信号的产生 212

8.5 同时发生的信号的分离 213

8.6 信号的同步化 215

8.7 显示电路 215

8.7.1 16进制显示电路 216

8.7.2 BCD计数器 217

8.8 插入电源旁路电容器 217

第9章 运算放大电路 221

9.1 运算放大器的内部是差动放大器 222

9.2.2 运算放大器的失调 224

9.2 运算放大器的端子及其与电源的连接 224

9.2.1 基本端子及其连接 224

9.3 基于运算放大器的放大电路 225

9.3.1 差动放大电路 226

9.3.2 反转放大电路 227

9.3.3 非反转放大电路 228

9.3.4 电压跟随器 229

9.4 用作运算电路 229

9.4.1 微分电路 230

9.4.2 积分电路 232

9.4.3 加法运算电路 233

9.4.4 减法运算电路 234

9.5.1 一阶低通滤波器（First-order low-pass filter） 235

9.5 滤波电路 235

9.5.2 截止频率 236

9.5.3 从无源型到有源型 236

9.5.4 宽频特性图 237

9.5.5 二阶低通滤波器 238

9.5.6 低通滤波器的效果 239

9.5.7 旁路滤波器 239

9.6 模拟与模拟计算机 241

9.6.1 模拟 241

9.5.8 带通滤波器 241

9.6.2 模拟计算机 242

9.6.3 运算放大器的通过速率 244

9.7 典型的运算放大器 245

9.8 比较器电路 246

9.8.1 比较器的使用方法 246

9.8.2 比较器专用电路 247

9.8.3 迟滞比较器的设计（消除不稳定的数字现象） 247

第10章 微处理器相关电路 251

10.1 微处理器用接口电路 252

10.1.1 电源的连接 252

10.1.2 时钟信号 253

10.1.3 复位信号发生电路 254

10.2 输入输出端口 255

10.2.1 由软件选择输入用或输出用端口 255

10.2.2 输出端口与输入端口的功能 256

10.2.3 漏极开路输出与施密特门的端口 257

10.2.4 输入端口、输出端口举例 257

10.3 数字控制的数值处理方法 258

10.3.1 模拟量与数字量 258

10.3.2 整数数据的结构与数值 258

10.3.3 带符号整数的处理 259

10.3.4 整数数据的运算 260

10.3.5 实数型的结构与数值 261

10.3.6 浮点的表示方法 262

10.4 从数字到模拟的转换 264

10.4.1 D/A转换 264

10.4.2 电流输出方式 266

10.4.3 D/A转换器的电压输出形式 266

10.5 从模拟到数字的转换 269

10.5.1 跟踪比较型 270

10.5.2 逐次比较型 271

第11章 振荡与变换 273

11.1 自激多谐振荡器的基础——晶体管方波振荡电路 274

11.1.1 RC振荡电路 274

11.1.2 多谐振荡器的基本形式 274

11.1.3 改善上升沿稳定频率 275

11.1.4 多谐振荡器的参数与元器件的选定 276

11.1.5 使用运算放大器的RC振荡 277

11.2 基于正反馈的振荡 277

11.3 文氏电桥型振荡电路 280

11.3.1 文氏电桥（Wien bridge）的原理 280

11.3.2 与正反馈的组合 281

11.3.3 怎样实现最初的条件 282

11.4 Terman振荡电路与T型电桥振荡电路 282

11.4.1 Terman振荡电路 282

11.4.3 发生正弦波与方波不同波形的原因 283

11.4.2 T型电桥振荡电路 283

11.5 高频振荡电路 284

11.5.1 石英振荡电路 284

11.5.2 陶瓷振子与陶瓷振荡电路 285

11.6 LC振荡电路 286

11.7 同时发生方波和三角波的振荡电路 287

11.7.1 脉冲波 287

11.7.2 同时发生方波和三角波的振荡电路 289

11.8 使用定时器IC的多谐振荡器 290

11.8.1 多谐振荡器的种类 290

11.8.2 自激多谐振荡器 290

11.9 电压-电流转换 291

11.8.3 单稳态多谐振荡器 291

11.10 电阻-电压转换 292

11.11 频率-电压转换（F/V转换） 293

11.12 调制与解调 294

11.12.1 振幅调制（amplitude modulation）与解调（demodulation） 294

11.12.2 脉冲宽度调制（pulse-width modulation） 295

第12章 传感器电路 297

12.1 电压传感器 298

12.1.1 检出交流电压 298

12.1.2 检出直流电压 299

12.2.1 电流传感器 301

12.2 电流的检出 301

12.2.2 使用电阻的检出电路 303

12.2.3 用电阻检测DC电动机电流的电路 304

12.2.4 应用霍尔器件的电流检测电路 304

12.2.5 应用电流传感器的DC电动机的电流检出电路例 305

12.3 温度传感器 306

12.3.1 使用LM35的温度检出电路（精度±0.75℃） 307

12.3.2 温度检测电路（精度±4℃） 308

12.4 速度传感器、位置传感器 309

12.4.1 转速测量 309

12.4.2 转速表传感器（tachogenerator） 310

12.4.3 电势计（potentiometer） 311

12.5.1 动圈式麦克风 312

12.5 声音传感器 312

12.5.2 电容式麦克风 313

第13章 过程控制电路 315

13.1 过程控制概述 316

13.1.1 电子电路的任务 316

13.1.2 闭环控制与开环控制 317

13.2 电压、电流的ON/OFF 318

13.2.1 形状记忆合金 318

13.2.2 螺线管 319

13.3 DC电动机 320

13.3.1 DC电动机的特点 321

13.3.2 转矩常数与反电动势常数 322

13.3.3 时常数 323

13.3.4 DC电动机的电流不是直流 323

13.4 正转、逆转驱动——电桥的利用 324

13.4.1 工业机器人 325

13.4.2 机器人的手臂控制 325

1 3.5 直线方式还是PWM方式 327

13.6 从电压控制到电流控制 329

13.7 速度传感器及其电路 331

13.7.1 简单的实验 331

13.7.2 负反馈（negative feedback）的意义 331

13.8 使用电势计的位置控制 332

13.7.3 微分补偿 332

13.8.1 工作原理 333

13.8.2 速度反馈的必要性 333

13.9 利用运算放大器的系统设计 334

13.9.1 控制电路的设计练习 334

13.9.2 设计计算 336

13.10 步进电动机 337

13.10.1 混合（Hybrid）型 338

13.10.2 凸极（Claw-pole）型 339

13.11 双相步进电动机的连接 340

13.11.1 引线与连接 340

13.10.3 脉冲间隔的控制 340

13.11.2 与电子电路的连线法 341

13.12 步进电动机的转动原理 342

13.13 步进电动机驱动电路 343

13.13.1 实际使用的双相激磁驱动 343

13.13.2 与微处理器的连接 344

13.13.3 专用电路的使用方法 344

13.13.4 专用系统的使用方法 346

13.14 伺服电动机 346

13.14.1 DC伺服电动机 346

13.14.2 AC伺服电动机 347

附录 电源电路 349

专业术语中英文对照 356

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