前段时间，有朋友推荐了一本电子技术的书籍：The art of electronics（第三版），一看内容，全英文的，头都大了，在网上找了一圈，没有中文译本。本着班门弄斧的心态，决定静下心来，边读边翻译，不定时更新。水平有限，欢迎指正。

原著：

Paul Horowitz

Winfield Hill

翻译：

Rollei120

基础

第一章

      20世纪是电子技术发展最辉煌的时代，涌现出许多划时代的事物。粗糙的（spark-gap transmitter） 花火间隙发射机和“猫须”检波器（Cat's whisker detector，因为他是用一根细金属丝，与方铅矿进行接触，利用接触点的单向导电性进行检波的。）作为故事的开端。正式拉开了这个时代的序幕。（译者注：我在网上找的发射机和猫须检波器的图片如下）

20世纪上半叶vacuum tube electronics真空电子管是这场革命的主力军，并大量应用于实际应用领域，比如通讯，导航，仪器，控制和计算机。下半叶则变革为固体电子技术，起先是分立三极管，后来则是大规模集成电路，且呈现强劲的发展态势。现今体积小巧，价格低廉，并集合绚丽光学器件（显示屏，镭射器件等等）的消费类产品，内部的超大规模集成电路芯片（VLSI）都包含了上百万的晶体管；这种集成电路可以处理声音，图像和数据，甚至是无线网络连接和能接入互联网的袖珍装置。通常来说，性能的提升意味着价钱的增加¹。但集成电路的价格会随着制造能力的提升而大幅降低（后面章节的图10.87就是一个例子）。现在仪器设备的控制面板、腔体外壳的成本要比内部的电子部分昂贵的多。（注释1：二十世纪中期的一台电脑（IBM 650）价值30万美元，重达2.7吨，它的控制面板里面包含了126盏灯。有趣的是现代节能灯装置的底座就包含了一个性能更强大的电脑，而成本大概只是10美元。）

上面这些电子技术的激励创新革命，是不是也激发你的，想象自己也有能力做出一个强大、绚丽但不昂贵的小装置，来实现某些功能？只要你了解了这些神奇的器件是如何工作的，你就可以做到。如果你有这种想法的话，那么这本书绝对是值得你期待的。本书试图传递两样东西给你：给你打鸡血和电子技术的独门秘籍。

在这一章中，我们从研究基本定律和拇指法则开始，再到实际的技巧，我们会慢慢看到电子艺术的奇妙构成。这一切都必须从基础开始说起，从组成电子线路的电压，电流，功率和元器件开始。因为你不能触摸，看，闻或者听到电，所以会有大量的抽象知识（尤其是第一章），同时也涉及些可视化的仪器，例如示波器和电压表。尽管我们尽可能的减少数学计算的内容，来培养读者理解和分析电路设计和习惯的直觉，但第一章仍然会涉及大量的数学计算。

这次的新版中，我们加入了一些直观辅助内容，学生也比较认同此举措。通过提前介绍一到两个“有源”（active）器件，我们就能直接进入具体实例的应用，以此来保持我们学习的兴趣和探索的热情。这种模式在以前介绍“被动”器件的传统教科书中是不可想象的。

我们掌握了电路基础之后，将会迅速进入到有源电路（放大器，振荡器，逻辑电路等）领域的学习，这是电子技术最有趣的部分。这一章是给完全没有电路基础的读者准备的，如果你已经有了基础知识，则可以跳过这一章。废话少说，下面我们直接进入主题。

1.2电压，电流和电阻（Voltage, current, and resistance）

1.2.1 电压和电流（Voltage and current）

在电路中，有两个量是我们想要追踪的：电压和电流。他们会随着时间而变化，否则一切就不在有意义。

电压（Voltage）（符号V，有时候也用E）。电压代表两点之间的能量，即把一个单位的正电荷从负极（低电势）移动到正极（高电势）所需的能量。也就是说，当单位电荷从高势能移动到底势能时，能量就会被释放出来²。电压也被称为（注释2：这是定义，几乎没有电路设计者会用这种电压的定义来考虑问题，以后你会对电压有个更直观的认识，简单来说，电压就是驱动电流流动的因素。）电压也被称为电位差或电动势（EMF，electromotive force）。测量的单位是伏特（volt），电压通常表达为伏（V），千伏（1KV=10³V），毫伏（1mV=10^-3V），或者是微伏（1uV=10^-6V）。1焦耳（J）的功等于让一库伦的电荷通过一个电位差。（库伦是电荷的单位，大约等于6X10¹⁸个电子）。通常我们讨论纳伏和兆伏的机会很少，以后你会慢慢理解这一点。

电流（符号I）电流是电荷流过一个点的速率。计量单位是安培（ampere），或者是安（amp）。常用的单位有安培（A），毫安（1mA=10^-3A），微安（1uA=10^-6A），纳安（1nA=10^-9A），偶尔也会见到皮安（1pA=10^-12A）。1安培的电流表示每秒流过1库伦的电荷。虽然电流是从负极流向正极的，但按照惯例，人们习惯上把电流的流向表示成从电路的正极流向负极。

提示：从上面的定义你可以看到，电流是流过某些点的，而电压则是呈现在这些点之间的。你也可以说，两点之间总是呈现电压，流过某个器件或连接点之间的就是电流。

对于像“电压流过某个电阻”之类的话，是完全不合理的。然而，我们经常会说电路的某个点的电压，这是因为我们默认这个点的电压是相对于地的（即这一点于地线之间的电压）。地通常都会被认为是一个电路的共同参考点，通过后面的学习，你会理解到这一常识。

我们通过一些能转化电荷的装置来产生电压，例如电池（化学能转化成电能），发电机（机械能转化为电能），太阳能板（光能转化为电能）等，如果我们在电压之间放置某些装置，使得电荷流动，则能形成电流。

现在你一定很想知道如何能看到电压和电流。最实用的电子测量仪器是示波器，它可以呈现电压（或者电流）相对于时间的函数曲线³。（注释3：据说其他领域的工程师很羡慕我们有这么出色的可视化工具。）当我们讨论信号时，我们会利用示波器和万用表这些工具。附录O和本章的后面会有相关工具的具体介绍。

在实际电路中，我们用导线（金属导体）把装置连接在一起，连接点之间的电压是相同的（相对于地而言⁴）（注释4：对于高频和低阻抗而言，这种说法则不是太严格，我们会在第十多章节后涉及）。提醒一下，实际电路和电路图看起来是有些不同的，因为导线是可以重新排列的。

下面是电流和电压的基本法则：

1， 电路中，某点流入电流的总和等于流出电流的总和（电荷守恒）。通常这被称为基尔霍夫电流定律（Kirchhoff’s current law, KCL）。工程师喜欢把这样的点称为节点（node）。对于串联电路（series circuit）（双端器件的端点首尾相连）任何地方的电流都相等。

2， 并联电路（Figure 1.1）器件的两端的电压都相等。任意路径A,B点之间的电压压降都相等。换句话说，沿着闭合回路所有元件两端的电势差（电压）的代数和等于零，这被称为基尔霍夫电压定律（Kirchhoff’s voltage law (KVL)）。

http://s14/bmiddle/0023zZ9Wzy7jEQACBPL2d&690

3， 电路器件消耗的功率（单位时间的能量）公式：

P=VI                             （1.1）

即（能量/电荷）X（电荷/时间）。这里V的单位是伏特，I的单位是安培，P为瓦特。1瓦特等于1焦耳每秒（1W=1 J/s）。举例来说，120V上的一个60W灯泡，流过的电流是0.5A。

功通常转化为热，或者机械能（马达），辐射能（灯泡，发射机），或者存储起来（电池，电容，电感）。在一个复杂的系统中如何进行热管理是系统设计的关键。（比如，一个大型的计算机，可能有几千瓦的能量转化为热能，而小部分的能量最终转化为几页纸的计算结果。）

http://s10/bmiddle/0023zZ9Wzy7jEQAEFeN39&690

图1.2，一些常见的电阻类型。最上一行，从左到右（绕线陶瓷功率电阻）：带引线的玻璃搪瓷20W电阻，20W带安装支架的，30W玻璃搪瓷的，5W和20W带安装支架的。中间行（绕线电阻）：1W，3W和5W轴向陶瓷的，5W，10W，25W和50W带散热片的（Dale-type）。最下面一行：2W，1W，1/2W，1/4W和1/8W碳质电阻；表面封装厚膜电阻（2010,1206,0805,0603和0402尺寸）；表面封装阵列电阻；6-，8-和10-针单列直插排阻，双列直插。最下面的是常见的RN55D系列 1/4W 1% 金属膜类型电阻。上面的这对电阻是Victoreen类型的高阻值电阻（玻璃，2G；陶瓷，5G）。

当我们处理周期性变化的电压和电流时，我们将用一个简单的方程P=VI来处理平均功率，这个公式同样适用于瞬时功率。

顺便说一句，不要用“amperage”来表示电流，这是不严谨的⁵。同样的，下一节我们要提到的电阻也不要用“ohmage”⁶来表示。（注释5：除非你是一个电力工程师，总是和13KV的高压变压器打交道，他们会使用amperage这个术语。注释6：ohmage不是首选的术语，电阻（resistance）才是）。

更多内容，请关注公众号：

http://s12/mw690/0023zZ9Wzy7jERkVKll3b&690