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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,NMOS89

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,hfe94

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hfe123

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PNP139

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/L143

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IC177

7.7 德克萨斯仪器公司的TTL179

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/OFF318

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