电子学札记

基础知识

欧姆(电阻)

欧姆作为测量电阻的单位。欧姆是一个国际单位,以电学先驱格奥尔格 · 西蒙 · 欧姆(Georg Simon Ohm)的名字命名。
希腊字母 Ω 表示欧姆。大于 999 欧姆的电阻,单位要用字母 kΩ,它表示千欧,即一千欧姆。例如,阻值 1500 Ω 计作 1.5 kΩ。
当阻值大于 999 999 Ω 时,就要用大写字母 M 表示,它代表兆欧,即一百万欧姆。2.2 MΩ 就是 220 万欧姆。

在欧洲,字母 R、K、M 代替小数点,以此降低出错的风险。因此,欧洲电路图中的 5K6 意为 5.6 kΩ,6M8 意为 6.8 MΩ,而 6R8 意为 6.8 Ω。本书不会使用欧洲的表达方式,但是你会在其他电路图中见到这种表达方式。

最常见的欧姆倍数转换表

伏特(引起电流的电的压力)

电子是从哪里来的呢?电池内部的化学反应释放了这些电子,产生了电压。电压的单位是伏特,根据另一位电学先驱亚历山德罗 · 伏特(Alessandro Volta)命名。

伏特是一个国际单位,用大写字母 V 表示。在美国和欧洲的大部分地区,家用交流电源电压为 110 V、115 V 或 120 V,而重型设备的独立电路电压为 220 V、230 V 或 240 V。固态电子元器件一般都要使用 5 V~20 V 的直流电,而现代表面组装设备使用的电压一般小于 2 V。有的元件(例如麦克风)以毫伏计算工作电压,简记为 mV,1 毫伏是 1 伏特的千分之一。当电力远距离输送时,其大小用千伏计算,简记为 kV。还有一些远距离输电线用兆伏计算电压。毫伏、伏特和千伏之间的转换关系表如图:

安培(每秒钟流过的电流用安培(通常简称安)度量)

当电子流过导线时,一段时间内的电子流量称为安培数,它是由另一位电学先驱安德烈·玛丽·安培(André-Marie Ampère)的名字命名的。电子流通常称为电流。以安培为单位的电流产生了热量。

安培是一个国际单位,用大写字母 A 表示。家用电器的电流能够达到几安培,而美国的标准断路器额定电流为 20 A。电子元器件的额定电流通常为毫安,简记为 mA,1 毫安是 1 安培的千分之一。液晶显示器的工作电流以微安计算,简记为 μA,1 微安是 1 毫安的千分之一。安培、毫安和微安之间的转换关系表如图:

直流电和交流电

从电池中流出的电流是直流电(DC)。就如同从水龙头中流出的水流,直流电是沿一个方向流动的稳定电流。

而从家用电源插座得到的电流就十分不同了。插座火线中的电流每秒钟相对于零线从正到负变化 60 次(在很多国家每秒变化 50 次,包括欧洲)。这就是交流电,它更像洗车的电动清洗器产生的脉冲水流。

欧姆定律

电压(伏特) = 安培 × 欧姆 简记为 V = I × R
安培 = 伏特 ÷ 欧姆 I = V/R
欧姆 = 伏特 ÷ 安培 R = V/I
瓦特 = 伏特 × 安培 简记为 W = V × I

I 代表电流,因为最初电流是通过电感系数(inductance)衡量的,电感系数指的是引起磁场效应的能力。或许用其他字母(例如 C)来代表电流更方便,但是要劝说大家改变这个习惯已经太晚了。你只需记住 I 指的是电流即可。

串联和并联

将两个阻值相同的电阻器串联,总阻值会加倍,这是因为电流要接连通过两个阻碍。如下图所示

两个阻值相同的电阻器串联连接

将两个阻值相同的电阻器并联,总阻值会减半,因为电流有两条阻值相同的通路,而不是一条。

两个阻值相同的电阻并联连接

两节电池串联会使电压加倍,如图所示。只要电路中的阻值保持不变,更大的电压就会产生更多的电流,因为电流 = 电压 / 电阻。

两个阻值相同的电阻并联两块电池串联提供的电压是一块电池的两倍,只要它们的电量都很满连接

如果将两块电池并排并联连接,电压是相同的,但是电池的使用时间会延长一倍。或者,这两块电池能比一块电池提供的电流更大。如图所示。

用并联的电池给同样的负载供电,供电时间会是原来的两倍。或者,它们可以提供两倍于单块电池的电流

开关类型

中央接线柱叫作开关的极。你可以拨动(掷)开关形成两种可能的连接,因此这种开关叫作双掷开关(Double Toggle,DT,也写作 2T)。单极双掷开关(Single Pole Double Throw,SPDT)有时也写作 1P2T。
有的开关只有两个接线柱,而不是三个。两个接线柱是开 / 关,向一个方向拨动就会形成连接,但是向另一个方向拨动不会形成连接。你房间里的大多数照明开关都是这样的。它们叫作单掷开关。单极单掷开关(Single Pole Sinle Throw,SPST)有时也写作 1P1T。
有些开关的两极是完全分离的,因此在拨动开关时可以同时形成两个单独的连接。它们叫作双极开关(Double Pole,DP,有时也写作 2P)。下面几个老式“闸刀”开关,它们用来在学校向孩子们讲授电子学知识。图中的开关不会用于实际目的,但是它们非常清晰地显示了 SPST、SPDT 和 DPST 连接之间的区别。

为教学目的制作的开关,单极单掷(SPST)开关

单极单掷(SPST)开关

单极双掷(SPDT)开关,一个极可选择几个触点

单极双掷(SPDT)开关

双极双掷(DPDT)开关,有两个完全互相隔离的极。每个极只能与一个触点连接

双极双掷(DPDT)开关

各种拨动开关和按钮开关

有些开关装载有弹簧,当你释放加在开关上的压力时,开关会弹回默认位置。见到用圆括号标出的 ON 或 OFF,你就知道需要维持开关上的压力才能使它保持在原位。

以下是几个例子。

  • OFF-(ON):“ON(开)”状态在括号中,是瞬时状态。因此,这是一个单极开关,只有在拨动时才会形成连接,松开手就会回到原位,断开连接。它也叫作“常开型”瞬时开关,简写为“NO”。大多数按钮开关也采取这种工作方式。
  • ON-(OFF):与瞬时开关相反。它通常是 ON 状态,但拨动它时,就断开了连接。因此,OFF(关)状态是瞬时的。这种开关叫作“常闭型”瞬时开关,简写为“NC”。
  • (ON)-OFF-(ON):这种开关中位断开。向任何一个方向拨动它,都会形成瞬时连接,松手后又回到中间位置。

开关也可能有其他形式,例如 ON-OFF-(ON) 或 ON-(ON)。只要记住括号表明的是瞬时状态,你就能明白这些开关的工作方式。

各种拨动开关和按钮开关

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