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1、UNIT 1A电路电路或电网络山以某种方式连接的电阻器、电感器和电容器等元件纽成。如果网络不包含能源，如电池或发 电机，那么就被称作无源网络。换句话说，如果存在-个或多个能源，那么纽合的结果为有源网络。在研究电网络 的特性吋，我们感兴趣的是确沱电路中的电床和电流。因为网络山无源电路元件纽成，所以必须首先沱义这吐元件 的电特性.就电阻來说，电床-电流的关系山欧姆世律给出，欧姆沱律指出：电阻两端的电压等于电阻上流过的电流乘以 电阻值。在数学上表达为：u二iR (1-1A-1)式中电压，伏特；i二电流，安培；R =电阻，欧姆。纯电感电床山法拉第迫律立义，法拉第立律指出：电感两端的电压止比于流过电感的
2、电流随时间的变化率。 因此可得到：U二Ldi/dt式中di/dt =电流变化率，安培/秒；L =感应系数，享利。电容两端建立的电床止比于电容两极板上积累的电荷q。因为电荷的积累可表示为电荷增彊dq的和或积分， 因此得到的等式为u二 ，式中电容最C是与电压和电荷相关的比例常数。山定义可知，电流等于电荷随吋间的 变化率，可表示为i二dq/dt。因此电荷增最dq等于电流乘以相应的时间增最，或dq=idt,那么等式(1-1A-3) 可写为式中C =电容量，法拉。归纳式(1-1A-1). (1-1A-2)和(1-1A-4)描述的三种无源电路元件如图1-1A-1所示。注意，图中电流的参考 方向为惯用的参考
3、方向，因此流过每一个元件的电流与电压降的方向一致。有源电气元件涉及将其它能杲转换为电能，例如，电池中的电能來白其储存的化学能，发电机的电能是旋转 电枢机械能转换的结果。有源电气元件存在两种基本形式：电压源和电流源。其理想状态为：电床源两端的电压恒定，与从电床源中 流出的电流无关。因为负载变化吋电压基本恒丘，所以上述电池和发电机被认为是电床源。另方面，电流源产生 电流，电流的大小与电源连接的负载无关。虽然电流源在实际中不常见，但其概念的确在农示借助于等值电路的放 大器件，比如晶体管中具有广泛应用。电压源和电流源的符号表示如图1-1A-2所示。分析电网络的般方法是网孔分析法或冋路分析法。应用于此方
4、法的基本定律是基尔霍夫第一定律，基尔霍 夫第一定律指出：一个闭合冋路中的电压代数和为0,换句话说，任一-闭合冋路中的电压升等于电压降。网孔分析 指的是：假设有-个电流一一即所谓的冋路电流流过电路中的每一个冋路，求每一个冋路电压降的代数和， 并令其为零。考虑图l-lA-3a所示的电路，其山串联到电圧源上的电感和电阻纽.成，假设冋路电流i ,那么冋路总的电压 降为因为在假定的电流方向上，输入电床代表电压升的方向，所以输电压在(1-1A-5)式中为负。因为电流方向 是电压下降的方向，所以每-个无源元件的压降为止。利用电阻和电感圧降公式，可得等式(1-1A-6)是电路电流的 微分方程式。或许在电路中，
5、人们感兴趣的变嵐是电感电床而不是电感电流。正如图1-1A-1指出的用积分代替式(1-1A-6) 中的i,可得1-1A-7UNIT 2B 晶体管妙简单地说，半导体是这样一种物质，它能够通过“掺杂”來产生多余的电子，又称自山电子(N型)；或者产生“空 穴”，又称正电荷(P型)。山N型掺杂和P型掺杂处理的错或硅的单晶体可形成半导体二极管，它具有我们描述 过的工作特性。晶体管以类似的方式形成，就彖带有公共中间层、背靠背的两个二极管，公共中间层是以对等的方 式向两个边缘层渗入而得，因此中间层比两个边缘层或边缘区要薄的多。PNP或NPN (图1-2B-1)这两种结构显然 是可行的。PNP或NPN被用于描述
6、晶体管的两个基本类型。因为晶体管包含两个不同极性的区域(例如“P”区和“N”区），所以晶体管被叫作双向器件，或双向晶体管因此晶体管有三个区域，并从这三个区域引出三个管脚。 要使工作电路运行,晶体管需与两个外部电压或极性连接。其中一个外部电压工作方式类似于二极管。事实上,保 留这个外部电压并去掉上半部分，晶体管将会象二极管一样工作。例如在简易收音机中用晶体管代替二极管作为检 波器。在这种情况下，其所起的作用和二极管所起的作用一模一样。可以给二极管电路加正向偏置电压或反向偏置 电压。在加止向偏置电压的情况下，如图1-2B-2所示的PNP晶体管，电流从底部的P极流到中间的N极。如果第 二个电压被加到
7、晶体管的顶部和底部两个极Z间，并口底部电压极性相同，那么，流过中I可层N区的电子将激发出 从晶体管底部到顶部流过的电流。在生产晶体管的过程中，通过控制不同层的掺杂度，经过负载电阻流过第二个电 路电流的导电能力非常显著。实际上,当晶体管下半部为正向偏置时,底部的P区就像一个取Z不竭的自山电子源（因为底部的P区发射电子，所以它被称为发射极）。这些电子被顶部P区接收，因此它被称为集电极，但是流过 这个特定电路实际电流的大小山加到中间层的偏置电压控制，所以中间层被称为基极。因此，当晶体管外加电床接 连止确（图1-2B-3）后工作吋，实际上存在两个独立的“工作”电路。一个是山偏置电压源、发射极和基极形成
8、 的冋路，它被称为基极电路或输入电路；第二个是山集电极电压源和晶体管的三个区共同形成的电路，它被称为集 电极电路或输出电路。（注意：本定义仅适用于发射极是两个电路的公共端时一一被称为共发射极连接。）这是晶 体管最常见的连接方式,但是，当然也存在其它两种连接方法一一共基极连接和共集电极连接。但是在每一-种情 况下晶体管的工作原理是相同的。本电路的特色是相对小的基极电流能控制和激发出一个比它大得多的集电极电流 （或更恰当地说，一个小的输入功率能够产生一个比它大得多的输出功率）。换句话说，晶体管的作用相当于一个放 大器。在这种工作方式中，基极-发射极电路是输入侧；通过基极的发射极和集电极电路是输出侧
9、。虽然基极和发 射极是公共路径，但这两个电路实际上是独立的，就基极电路的极性而言，基极和晶体管的集电极Z间相当于-个 反向偏置二极管，因此没有电流从基极电路流到集电极电路。要止电路正常工作，当然，加在基极电路和集电极电 路的电压极性必须止确（基极电路加正向偏置电压，集电极电源的连接要保证公共端（发射极）的极性与两个电压 源的极性相同）。这也就是说电压极性必须和晶体管的类型相匹配。在上述的PNP型晶体管中，发射极电压必须为 止。因此，基极和集电极相对于发射极的极性为负。PNP型晶体管的符号在发射极上有一个指示电流方向的箭头, 总是指向基极。（在PNP型晶体管中，“P”代表止）。在NPN型晶体管中
10、，工作原理完全相同，但是两个电源的 极性正好相反（图1-2B-4）。也就是说，发射极相对于基极和集电极來说极性总是负的（在NPN型晶体管中，“N” 代表负）。这一点也可以从NPN型晶体管符号中发射极上相反方向的箭头看出來，即，电流从基极流出。虽然现 在生产的晶体管有上千种不同的型号，但晶体管各种外壳形状的数量相对有限，并尽量用一种简单码TO （晶体 管外形）后跟一个数字为统一标准。T01是-种垠早的晶体管外壳即一个在底部带有三个引脚的圆柱体“外 罩”，这三个引脚在底部形成三角状。观看底部吋，三角形”上面的管脚是基极，其右面的管脚（山一个彩色点 标出）为集电极，其左面的管脚为发対极。集电极引脚到
11、基集引脚的间距也许比发射极到基集引脚的间距要大。 在其它TO外壳中，三个引脚可能有类似的三角形形状（但是基极、集电极和发射极的位置不一定相同），或三个 引脚排成一条直线。使人容易搞乱的问题是同一 TO号码的子系列产品其管脚位置是不一样的。例如，T092的三 个管脚排成一条直线，这条直线与半圆型“外罩”的切面平行，观看T092的底部时，将切面冲右，从上往下读， 管脚的排序为1, 2, 3o （注otherwise circular “can”中的otherwise译为不同的，特殊的。在这里“特殊的 圆形外罩”指的应该是普通的圆柱体“外罩”在圆平面上画一条小于等于直径的弦，沿轴线方向切入后形成的半
12、或 大半圆柱体,切入后形成的剖面就是文中说的a flat side ,这也是现在很常见的一种晶体管外壳。） 对T092 子系列a （T092a） :1二发射极2二集电极3二基极对T092子系列b （T092b） : 1二发対极2二基3二集电极更容易使人搞乱的是一些晶体管只有两个管脚（第三个管脚已在里边和外壳连接）:一些和晶体管的外形很像的外壳底部 有三个以上的管脚。实际上，这些都是集成电路（ICs）,用和晶体管相同的外壳包装的，只是看起來像晶体管。更复杂的集成电路（ICs）用不同形状的外壳包装，例如平面包装。根据外売形状非常容易识别功率晶体管。它们是 金属外壳，带有延长的底部平面，底部平面上还
13、有两个安装孔。功率晶体管只有两个管脚（发射极和基极），通常 会标明。集电极在内部被连接到外壳上，因此，与集电极的连接要通过一个装配螺栓或外壳底面。UNIT 3 B 二进制数字系统概述大约在1850年山乔治布尔提出的代数学中，变量仅允许具有两个值，真或假，通常被写为1和0,对 这些变量的代数运算是与、或和非。在1938年，香农认识到了此代数形式和电气开关系统功能间的相似Z处，在 这种开关中存在有通-断两种状态的器件。布尔代数的推理过程山充当逻辑电路的开关完成。己有大最集成电路可 完成脉冲信号的逻辑操作，这些脉冲信号采用二进制数字系统，并利用电子器件的关断和导通作为二进制系统的两 种状态。二进制数
14、字系统和其它代码为了用晶体管直接计算十进制数，要求晶体管认识这10个状态0、1、9, 此操作要求的精度是电子器件并不具备的。将导通和关断作为工作状态，这样的装置可以在两态即二进制系统中运 行，因此数字计算机中的内部操作一般釆用二进制系统。在十进制系统中，基数或底数为10,小数点左边或右边 的每一个位都表示其权重增加或减少10的一次幕。在二进制系统中，底数为2,二进制小数点左边或右边的位具 有的权重以2的幕次增加或减少。数字可被编码为两个电平的脉冲串，通常标为1或0,女I图1-3B-1所示。l-3B-lb 中的脉冲序列能够译为：二进制：25 + 024 + 123 + 022 + 12 1 +
15、120 = 101011十进制：32 + 0 + 8 + 0+2 +1二43相反，在把十进制数43转换为二进制形式的过程中，可使其连续被2除。每一次除后所得余数0或1即是二进制数的位数。十进制数43的转化过程：等价于十进制数43的二进制数 为lOlOllo虽然二进制数仅需两个信号电平，这种简化的获得是以附加的位数为代价的.在以r为底数的数制中 表示n位十进制数，需要ni位。其中等式右边是一个整数，或选择下一个较大的整数。对于一个10位的十进制数， 可得m二33.2，因此必须使用34位二进制数。二进制位叫作比特。写为0.1101的二进制小数意味着0.1101 = T2 -1 + 12 -2 +
16、02 -3 + 12 -4= 1/2 + 1/4 + 0 + 1/16 二进制数 0. 1101 表示为十进制数 二 0. 500 + 0. 250 + 0. 062 = 0. 812小于1的十进制数的转换可通过连续乘2获得。对于结果在小数点左边为1的每一步，记录二进 制数1,然后继续计算所得十进制数的小数部分。对于结果在小数点左边为0的每一步，记录二进制位0,然后继 续计算。把十进制数0. 9375转化为二进制数,运算如下:等价于十进制数0. 9375的二进制数可写为0.11110,最 高位是第-个获得的二进制位，放置在二进制小数点的右边。十进制数0到15的二进制等值表为：给出一串止脉 冲和负脉冲，或正脉冲和零，或者零和负脉冲來表示二进制的1和0吋，就会有许多这些脉冲可以传递的码。计算 机输入垠常见的码就是BCD码，每-个十进制数需要四个脉冲或二进制数。用此种代码，每一个十进制位转化为英 二进制等值数如上表所示，也就是说，十
