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PART 1 第一课 电子元件 电子电路主要由电子元件的互连组成。电子元件被分成两大类：有源和无源。无源元件提供的能量少于它们自身吸收的能量，包括电阻、电容、电感等等；有源元件提供的能量大于它们自身吸收，包括电池、发电机、晶体管等等。 （1）电阻 如果将电池连接在导电材料上，一定数量的电流将流过此材料，流过材料的电流取决于电池的电压、材料的截面积和材料自身的电阻率。在电子电路中，用已知阻值的电阻可以控制线路电流。电阻可以由碳混合物、金属薄膜或电阻丝制成，它有两个连线接头（图1.1a）。常常用滑臂可调的可变电阻（图1.1b）来控制收音机和电视机的音量。 （2）电容 电容是由被绝缘材料分开的两个金属板组成，常见电容如图1.2所示。如果电池被连接在两个金属板上，电荷将经过很短的流动而汇集在电极板上。如果断开电池，电容将保持电荷和与电荷相关的电压。快速变化的电压信号，比如被声音或无线通信调制的信号，产生比较大的电流流入和流出电极板，电容充当电流变化的引导者。例如，在连接在一个放大器的输出端和下一级放大器的输入端之间电流中，这种作用可以分离出语音信号或无线通信信号。 （3）电感 电感是由绕成线圈形状的导线组成（图1.3）。当电流通过线圈时，在线圈周围将产生磁场，它将阻止电流强度的快速变化。像电容一样，电感可以被用于分辨信号变化的快慢。当电感和电容连在一起使用时，电感上的电压在一个确定的频率上达到最大值。这一原理用在无线接收机上，通过调节可变电容可以选择一个特定的频率。 （4）晶体管 晶体管由半导体制成。半导体是硅和锗这样的材料，经过搀杂（即加入微量的外部元素），使内部的自由电子过剩或者不足。前一种类型的半导体叫n型半导体，后一种类型的半导体叫p型半导体。将n型半导体和p型半导体结合在一起就形成了二极管（图1.4a）。当这个二极管连接上电池，使p型材料为正，n型材料为负时，因为 p区缺少电子，电子就会被电池的负极排斥而毫无阻止地进入p区。当电池反接时，要到达p区的电子经过n区非常困难，因为n区已经填充了大量自由电子，电流几乎为零。1948年发明了双极的晶体管（图1.4b），它由三层搀杂材料组成，两个p-n结可以配置成p-n-p或n-p-n型晶体管，其中一个p-n结连接上电池使其有电流通过（正向偏置），另一个p-n结以相反的方向连接上电池（反向偏置）。如果用一个外加信号使晶体管的正偏p-n结中的电流发生变化，反偏p-n结中的电流将相应地跟着变化。这个原理可以用来构建放大器，正向偏置p-n结的小信号可以引起反向偏置p-n结中电流大的变化。 另一种类型的晶体管是场效应管。由于双重电场的作用，这种晶体管可以阻断或吸引电荷，可以实现电流的放大。由于非常小能量的信号可以控制大能量信号，因此场效应管具有比三极管更高的工作频率。 （5）集成电路（IC） 大多数集成电路（图1.5）是一小块硅片或硅芯，大约2到4个平方毫米长（0.08到0.15平方英寸）, 在这上面，制备了许多晶体管。光刻技术能使设计者创造大量的n类和p类区域，在制造过程中，它们被非常小的导线互连起来，从而产生复杂的特殊用途的电路。因为它们被制造在一片单晶硅上，所以被称为单片集成电路。单芯片需要更少的空间和能量，而且比利用单个晶体管去构建同样功能的电路还便宜。 第二课 电网络 电路或电网络由以某种方式连接的电阻、电容和电感等元件组成。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，如果存在一个或多个能源，那么组合的结果为有源网络。 在研究电网络的特性时，我们感兴趣的是确定电路中的电压和电流。因为网络由无源电路元件组成，所以必须首先定义这些元件的电特性。 就电阻来说，电压-电流的关系由欧姆定律给出，欧姆定律指出：电阻两端的电压等于电阻上流过的电流乘以电阻值。在数学上它表达为： (1.2-1) 式中 u = 电压，伏特；i = 电流，安培；R = 电阻，欧姆。 电容两端建立的电压正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量dq的和或积分，因此得到的等式为 ： (1.2-2) 式中电容量C是与电压和电荷相关的比例常数。由定义可知，电流等于电荷随时间的变化率，可表示为i=dq/dt 。因此电荷增量dq等于电流乘以相应的时间增量，或dq=idt，那么等式 (1.2-3) 可写为 (1.2-3) 式中 C = 电容量，法拉。 纯电感电压由法拉第定律定义，法拉第定律指出：电感两端的电压正比于流过电感的电流随时间的