基本电器件
基础概念
计量单位
电压
电压（\(V\)）表示电路两端的电势差。基本计量单位是「伏特」，用符号\(V\)表示。
| 毫伏 | 伏特 | 千伏 |
|---|---|---|
| 1 mV | 0.001 V | 0.000,001 kV |
| 1,000 mV | 1 V | 0.001 kV |
| 1,000,000 mV | 1,000 V | 1 kV |
测量电压的方式：
- 设置好量程与探针位置
- 接通被测电路的电源
- 探针串联被电路
万用表测试电压和电阻连接探针的位置是一样的：
测量电压的时候要把红笔放在电压高的一头，黑笔在电压低的一头， 不然测出来的电压是负数。测得的电压就是两个探针之间的「电势差」。 也是所谓的「正向电压」（Forward Voltage）。
电流
电流（\(I\)）表示流过路的电子数量。基本计量单位是「安倍」，用符号\(A\)表示。
现在电流单位为安培，记为A。但以前用电磁场效应的电感系数（inductance）I
来表示，出于习惯在很多公式中还是用I来表示电流。
1安培等于每秒通过一个库仑的电荷。一个库仑是 6,241,509,629,152,650,000 个电子所带的电荷量。
| 微安 | 毫安 | 安培 |
|---|---|---|
| 1 μA | 0.001 mA | 0.000,001 A |
| 1,000 μA | 1 mA | 0.001 A |
| 1,000,000 μA | 1,000 mA | 1 A |
测量电流的方式：
- 设置好量程与探针位置
- 接通被测电路的电源
- 探针串联被电路
在简单串联电路中，电流的大小外外相同：
一般干电池电流为毫安级别。
-
一定在确认探针插在
mA或是A位置，不能插在电阻电压的位置，不然会烧坏。 - 超过量程的电流会烧坏万用表中的保险丝。
- 万用表一定要用串连的方式连接入电路。
- 一定要确保线路中有电阻等限流元件限制最大电流。
- 只有在电流通过万用表时才能测量出电流。
- 测试完电流以后要把红探针放回电阻电压位置。
电阻
电阻（\(R\)）电流通过的阻力。基本计量单位是「欧姆」，用符号\(\Omega\)表示。
| 欧姆表示法 | 千欧 | 兆欧 | 欧洲电表表示法 |
|---|---|---|---|
| 1 Ω | 0.001 k | 0.000,001 M | 1R |
| 6.8 Ω | 0.0068 k | 0.000,0068 M | 6R8 |
| 1,000 Ω | 1 k | 0.001 M | 1K |
| 5,600 Ω | 5.6 K | 0.0056 M | 5K6 |
| 1,000,000 Ω | 1000 K | 1 M | 1M |
| 5,600,000 Ω | 5600 K | 5.6 M | 5M6 |
欧洲表示法是为了防止印在电器上的小数点容易被擦掉。
测量电阻的方式：
- 设置好量程与探针位置
- 断开被测电路的电源
- 探针测试电路的两端
万用表测电阻要手动的万用表要设置好量程：
连接探针：
电容
电容器就像一个小型可充电电池。电容的标准单位是「法拉」（\(F\)）， 一般用「微法」（\(\mu F\)）。
| 皮法 | 纳法 | 微法 | 法拉 |
|---|---|---|---|
| 1 pF | 0.001 nF | 0.000,001 μF | |
| 10 pF | 0.01 nF | 0.000,01 μF | |
| 100 pF | 0.1 nF | 0.000,1 μF | |
| 1,000 pF | 1 nF | 0.001 μF | |
| 10,000 pF | 10 nF | 0.01 μF | |
| 100,000 pF | 100 nF | 0.1 μF | |
| 1,000,000 pF | 1,000 nF | 1 μF | 0.000,001 F |
| 10 μF | 0.000,01 F | ||
| 100 μF | 0.000,1 F | ||
| 1,000 μF | 0.001 F | ||
| 10,000 μF | 0.01 F | ||
| 100,000 μF | 0.1 F | ||
| 1,000,000 μF | 1 F |
有电容测试功能的万用表上有代表电容计量单位「法拉」的字母\(F\)， 也有用CAP（Capacitance）表示的。
很多电容会因为体积太小印不下标识，所以这个功能还是很有用的。
电器的功率
功率（\(P\)）表示在规定的时间（比如一秒钟\(S\)）内做了多少功（单位是焦\(J\)）
\[ J = P \times S \]功率的单位是瓦特\(W\)，在电路里，定义为：
\[ W = V \times I \]| 毫瓦表示法 | 瓦特表示法 | 千瓦表示法 | 兆瓦表示法 |
|---|---|---|---|
| 1 mW | 0.001 W | 0.000,001 kW | 0.000,000,001 MW |
| 1000 mW | 1 W | 0.001 kW | 0.000,001 MW |
| 1,000,000 mW | 1000 W | 1 kW | 0.001 MW |
| 1,000,000,000 mW | 1000,000 W | 1000 kW | 1 MW |
注意：毫瓦（\(mW\)）里的\(m\)是小写的，而兆瓦（\(MW\)）里的M是大写的。不要写错了。
在这里1V可以定义为产生1A电流来做1W的功所需要的压力。如果脱离电子学来看：
- 1W等于每秒1J的功。
- 1J等于1N的力的作用下，前进1m所需要的功。
- 1N等于每秒让1kg的物体加速1 m/s所需要的力。
欧姆定理
三者之间在关系：
\[ V = I \times R \]三者的计量单位：
\[ V = A \times \Omega \]- \(V\)代表「伏特」，是电压的基本计量单位。
- \(A\)代表「安倍」，是电流的基本计量单位。
- \(\Omega\)代表「欧姆」，是电阻的基本计量单位。
电路串并联
电压
- 串联电路总电压等于各处电压之和： \(V=V_1+V_2+\cdots +V_n\)
- 并联电路中各支路的电压都相等，并且等于电源电压。即： \(U=U_1=U_2=\cdots =U_n\)
电流
- 串联电路电流处处相等： \(I=I_1=I_2= \cdots =I_n\)
- 并联电路中的干路电流（或说总电流）等于各支路电流之和。即： \(I=I_1+I_2+\cdots +I_n\)
电阻
- 串联电阻的等效电阻等于各电阻之和： \(R=R_1+R_2+\cdots +R_n\)
- 并联电路中的总电阻的倒数等于各支路电阻的倒数和。即： \(1/R=1/R_1+1/R_2+\cdots +1/R_n\)
其他
- 不论是串联电路还是并联电路，电路消耗的总电能等于各用电器消耗的电能之和。 \(W=W_1+W_2+\cdots +W_n\)。
- 不论是串联电路还是并联电路，电路的总电功率等于各个电器消耗电功率之和。 \(P=P_1+P_2+\cdots +P_n\)。
- 不论是串联电路还是并联电路电路产生的总电热等与各种用电器产生电热之和。 \(Q=Q_1+Q_2+\cdots +Q_n\)。
- 串联电容器的等效电容量的倒数等于各个电容器的电容量的倒数之和： \(1/=1/C_1+1/C_2+\cdots +1/C_n\)
- 串联电路中，除电流处处相等以外，其余各物理量之间均成正比(串联电路又名分压电路)。 （电流做的功指在通电相同时间内的大小）： \(R_1:R_2=V_1:V_2=P_1:P_2=W_1:W_2=Q_1:Q_2\)
- 并联电路中的各支路电流之比等于各支路电阻的反比。即： \(I_1/I_2=R_2/R_1\)
- 并联电路中各支路的功率之比等于各支路电阻的反比。即： \(P_1/P_2=R_2/R_1\)
常用电子器件
万用表
自调量程万用表
优点：
- 更加方便，因为你只需连接好万用表，它就能将所需量测出来。
缺点：
- 每次用自调量程万用表测量时，万用表都要等几秒钟求值。
- 因为量程不是自己选择的，所以你必须注意万用表显示屏上字母提示的测量单位。
手动调节万用表需要先设定好量程，防止没有数据或是烧坏万用表。
这个符号表示连续性测试，用来检测电路中有没有连接故障工中是中断， 往往还带有声音警报。
电源
直流电源
方块电池的电压为9V，AA电池的电压为1.5V。
例如一节AA电池用长线表示正极短线表示负极，两组就表示3V。 如果是包含真空管的高压电，就用虚线连接起来，而不是全画出来：
还可以用单独符号表示正电压，VCC表示整个电路的供电电压：
以下符号都可以表示「负极接地」或只表示「地」，因为可能有很多地方分享负电势， 这样比画多条线然后连接到一起方便。可能用蓝圈表示负电，但不常用：
电池
电池的串联与并联：
- 电源串联，电压相加
- 电源并联，电流相加（或是供电时间相AA电池用长线表示正极加）
交流电转直流电
万用表设置为测量直流电压时如果万用表的读数高得奇怪， 可能是因为交流适配器在未给器件供电时输出的电压通常较高。 万用表的内阻非常高，因此适配器的表现就如同没有任何负载一样。
为了测试电压，需要选择一个电阻与万用表并联， 这样会把适配器的输出电压拉低到更合适的水平上，测得的值就合理了。
选择电阻时要注意阻值与功耗。比如电源9V，而买来的电阻统一都是0.25 W 的， 那么电阻功率超过0.25W都会过热。这时候选择电阻680 Ω 电阻， 按欧姆定律电流约 13 mA，再算出功耗将约 120 mW（0.12 W）， 小于电阻额定功率0.25W就不会过热。
USB电源可调工具
低压直流插头与插座
交流电源
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)。
- A插孔连着插座的火线，提供一个(相对于插孔 B)正负交变的电压。
- 插孔 B 连着零线。
- 如果电器发生故障，例如内部连线松动，插孔 C 会将电压导入大地,起到保护作用。
在美国，如图所示的插座额定电压是 110 V~120 V。其他配置的插座用于更高的电压, 但它们也有火线、零线和地线。三相插座除外，它们主要用于工业用途。
电路图中的交流电与接地线，一般会在交流电上写上电压：
稳压器
因为很多逻辑芯片都要求精确的5 V 直流供电，所以你需要用稳压器保证稳定的电压供给。
LM7805 稳压器可以满足要求。芯片编号的前后是字母缩写，表明生产商和封装样式， 例如仙童半导体公司生产的LM7805CT 芯片。生产商并无讲究， 但是稳压器应该和图4-7 中的样式相似（称为TO220 封装样式）。
任何逻辑电路都要用到稳压器，所以建议购买五个。
导线
实验时候用实心线比较合适，应该实心比绞全线硬容易在面包板上固定形状。
9V电源用22线规的实心线就可以。
电路板
面包板
面包板上同一排是相通的：
带电轨的面包板：
一般面板板上直接直接插22线规的实心导线，20线规的太细，24线规的太粗。
许多IC芯片是用双列直插式封装（DIP）的，可以直接用在面包板上：
用绕线柱给加上输入：
还有专门给面包配套的面包板电源：
多孔板
与面包板内部的导线布局完全相同的多孔板。保持面包板相同的元件布局， 这样转移电路时把错误减到最少：
没有铜线只有焊盘的多孔板比面包板节约空间：
切割工具
多孔板可以按需要自己切一块下来。
游标卡尺可以测量：
小手锯常用于在塑料盒上切割小孔：
去毛刺工具能够迅速将粗糙的塑料或铝制品边缘打磨光滑或做出斜面，还能略微扩大孔径：
排针与排母
接头间距与 有多个连接头，需要多少都可以掰下来。
保险丝
汽车上用的卡式保险丝或是套状的套筒保险丝，一般额度是3A的：
发光二极管
发光二极管（Light Emitting Diode，LED）从体积上分常见的是5mm和3mm的， 3mm的更小，装在面包板上更加方便。 从种类上分有光比较「通用发光二级管」和高度很高的「照明发光二级管」。 从用电量上分还有低电流的二极管。
注意：
- LED有极性，长脚在高电压（一般是正极），短脚在低电压（一般负极）， 推荐用万用表先测量一下电势差就能确定了。
- 正向电压（高低电压差）差值有上限。
- 正向电流（流过的电流）也有上限。
例：
(9V电池的正极) 连接 (LED长脚) 连接 (电阻) 连接 (9V电池负极)
电阻可以用470R或是1K或是2K2的额度，电阻越小LED的光越亮。
电阻
- 找到银色或是金色的那一头，转到右边。这个颜色代表精度误差，叫作「公差」。
- 其他的色带从左到右按顺序，颜色表示数字，最后一个颜色代表有几个零。
例：
常用电阻的额度：
| 欧姆级别 | 千欧级别 | 万欧级别 |
|---|---|---|
| 100 | 1 k | 10 k |
| 150 | 1.5 k | 15 k |
| 220 | 2.2 k | 22 k |
| 330 | 3.3 k | 33 k |
| 470 | 4.7 k | 47 k |
| 680 | 6.8 k | 68 k |
因为早期电阻的公差高达20%，所以量产的电阻两个额度之间的差额会定成上表的样子。 虽然现在如今公差都在10%以内，但是这个比例还是保存了下来，如下表中的I列：
| I | II | III | IV |
|---|---|---|---|
| 1.0 | 1.1 | 1.2 | 1.3 |
| 1.5 | 1.6 | 1.8 | 2.0 |
| 2.2 | 2.4 | 2.7 | 3.0 |
| 3.3 | 3.6 | 3.9 | 4.3 |
| 4.7 | 5.1 | 5.6 | 6.2 |
| 6.8 | 7.5 | 8.2 | 9.1 |
把I列的电阻和III列的电阻混合着用，就可以组合出精度在10%的电阻乘数。 如果把四种级数的电阻都混着用，就可以组合出精度在5%的电阻乘数。
电位器
电位器是通过改变电阻的大小来改变电流大小的。常见的是阻值为1k的。
电位器是没有极性的，注意在测量电阻的时候不能连接到电源：
微调电位器
与巨大笨拙的电位器不同，微调电位器更小，更便宜，能够插在面包板上， 阻值不同的几个微调电位器如图所示：
图中左侧和右侧的电位器的引脚插入面包板后，整个元件与面包板平齐。 这两个电位器之间唯一的区别是右侧的电位器比左侧的要大。 也有的类型与面包板成 90°角安置，但是不太容易买到。
照片中心的电位器是多转式微调继电器， 通过一颗连接到元件内部蜗轮上的黄铜螺丝钉进行更加精细的微调，不太方便， 而且更加昂贵，对我们而言并非必需，我们并不需要如此高的精度等级。
三种电位器的使用方式：
开关
有的开关有弹簧，会弹会原来的状态。要用力按才能保持的状态会写在括号里。例：
- OFF-(ON)：按下才通，放开会断。
- ON-(OFF)：接下不通，放开通电。简写为「NC」。
- (ON)-off-(ON)：中间位置是断开，两头拔是通电。
按钮开关
单掷开关
单掷开关（Single Pole Sinle Throw, SPST, 1P1T）。
双掷开关
双掷开关（Double Toggle, DT, 2T）。
例子：
电火花
高电流高电压开关时会打出火花，火花会侵蚀触点损坏开关。
开关瞬间电流会达到正常工作电流的两倍，所以如果工作电流是2A， 那开关的额定电流要有4A。
继电器
有的继电器有极性要求，有的没有。 一些继电器是闭锁式的，在不通电时内部的开关会保持在任意位置。 闭锁式继电器通常有两个线圈来操作开关向两个方向闭合。
例：非闭锁型的，9V直流，双极双掷继电器：
用万用表的连通测试功能检查继电器：
常见的继电器内部通过小电磁铁控制活动的铁片是连接上面的线路还是下面的线路：
- 按下开关，AB连通，BC断开。
- 放开开关，AB断开，BC连通。
这样下方小电流电路是否通电就可以控制上方大电路电路和开关了。
注意继电器的极性和电量限制，不然会引起事故。
有些继电器是闭锁式的，在不通电时会保持一个状态。
不同类型的继电器：
- A：单级单掷
- B：单极双掷
- C：单级单掷
- D：单极双掷
- E：双极双掷
- F：单极双掷闭锁式
相关概念：
- 「线圈电压」是继电器通电时，应当获得的电压。该电压可以是交流或直流电压。
- 「设定电压」是继电器能够闭合开关的最小电压。该电压略小于理想线圈电压。实际上， 继电器的工作电压可能比设定电压还要低， 但是设定电压能告诉你保证继电器正常工作的最小电压是多少。
- 「工作电流」是继电器通电后线圈的功率消耗，一般用毫安表示。有时消耗的功率用毫瓦表示。
- 「开断容量」是继电器内部的开关在不受损的情况下控制通断的最大电流。通常， 该术语用于描述「阻性负载」，阻性负载是指白炽灯泡之类的无源器件。 当你使用继电器开启电动机时，电路中就引入了「感性负载」， 它在电动机达到正常转速之前会产生巨大的初始浪涌电流。 关闭电动机则会产生另一股浪涌电流。 如果继电器的数据表没有标明其处理感性负载的能力，经验法则是： 假设电动机在启动时的电流是其正常工作电流的两倍。
例子
开关的按下与松开分别控制两个LED灯的亮与灭，：
修改一下电路，把左边LED灯的供电连到开关上，当按下开关时继电器会快速地切换状态：
在松弛状态下，继电器内部的开关靠在继电器的下触点上。这样就为左侧的 LED 以及按钮开关提供了正电压。因此，在按下按钮时，电能就进入继电器的线圈。 线圈推动继电器内部的开关向上运动。然而，它一旦这样做，就破坏了连接， 使线圈失去了供电电压，开关落回松弛位置。但是，它回到原位后，又给线圈提供了电能， 从而使这个循环一直重复。
继电器在两个状态间来回振荡。因为你使用的是小继电器，所以它的开关速度很快。 实际上，它每秒振荡约 20 次(这个速度太快， LED 来不及显示正在发生什么)。
这样非常容易烧坏继电器！不要长时间按按钮。
电容
两种最常见的电容器是：
- 陶瓷电容器：容量非常小，没有极性，这意味着你不必担心接反。 高容值的多层陶瓷电容器已经生产出来，可能替代电解质电容器。
- 电解质电容器：容量要大得多。但是有极性，只有正确连入电路才能工作。
一般来说陶瓷电容更加安全，但电解质电容更加便宜。 所以推荐小容量的用陶瓷的，大容量的用电解质的。
电解质电容的正负极：
- 电解质电容的长引线代表正极，短引线代表负极。
- 电容器外壳上找到一个减号，用来提醒这一侧应该连接负电。
由于陶瓷电容太小印不下信息，一般都用三位编号表示：
- 小于100pF的容量，直接用两位数编号表示容量。
- 大于99pF的容量，三位编号前两位表示pF数，第三位表示10的n次方
| 陶瓷电容标记 | 对应的容量 |
|---|---|
| 2 | 2pF |
| 3 | 3pF |
| 5 | 5pF |
| 10 | 10pF |
| 15 | 15pF |
| 22 | 22pF |
| 30 | 30pF |
| 33 | 33pF |
| 47 | 47pF |
| 68 | 68pF |
| 75 | 75pF |
| 82 | 82pF |
| 100 | 10pF |
| 101 | 100pF |
| 102 | 1nF |
| 103 | 10nF |
| 103 | 10nF |
| 104 | 100nF |
| 105 | 1uF |
| 106 | 10uF |
| 151 | 150pF |
| 152 | 1.5nF |
| 153 | 15nF |
| 200 | 20pF |
| 220 | 22pF |
| 221 | 220pF |
| 222 | 2.2nF |
| 223 | 22nF |
| 224 | 220nF |
| 225 | 2.2uF |
| 300 | 30pF |
| 331 | 330pF |
| 332 | 3.3nF |
| 333 | 33nF |
| 334 | 330nF |
| 471 | 470pF |
| 472 | 4.7nF |
| 473 | 47nF |
| 474 | 470nF |
| 681 | 680pF |
| 682 | 6.8nF |
| 683 | 68nF |
电容器的电路符号有两条线，代表两片极板：
- 如果两条线都是直的，那么电容器就没有极性，可以用两种方式连接。
-
如果一条线呈弧形，那么电容器的这一侧就必须连接到比另一侧更低的电势上。
符号还可能包含一个
+号，提醒你电容器的极性。 带弧线的符号已经不常使用了。 人们认定，如果你有电解质电容器，那你就会将它连接正确。
如果一个较大的电容器充有很高的电压，它可以将该电压保持数分钟甚至数个小时之久。 由于本书的电路使用的电压较低，因此你现在不用为这个问题担忧。
但是如果你粗心大意，拆开一台老电视机，在里面翻来找去（我不建议你这么做）， 你就可能会遭遇飞来横祸。一个充满电的大电容器把你电死， 就像你把手指伸进电源插座一样容易。
电容充电
在有直流电源供电电压稳定的情况下，电容像一个阻值非常大的电阻，会阻止电流通过； 并且像是一个充电电池给自己充电。
- 电容阻碍直流，只要给两端施加稳定的电势差。 随着越来越多的电子空穴和电子被吸引到电容器的两个极板上， 电容器的正极板变得更「正」，负极板变得更「负」了。 电流不能通过电容器，因此电容器两引脚间的电势差增加。
- 理论上讲，电容器两端的电压永远无法达到充电电压。起初，电子源源不断地涌入， 但是随着它们占据越来越多的电子空穴。 新进入的电子就需要更长时间才能找到位置充电的速度因此变得越来越慢。
- 电容逐渐漏掉其中的电荷。甚至在电容器充电时，漏电也在发生。在充电过程快结束时， 电子流入的速度十分缓慢，与之相比，漏电现象就十分显著了。
RC组合与时间常量
R代表电阻，C代表电容，二者的简单组合称为「RC组合」。 电阻像阀门一样控制给电容充电的电流大小。
电容器的充电速度以「时间常量」函数计量。时间常量的定义很简单:
\[ T = R \times C \]- \(R\)表示电阻，单位为欧姆。
- \(C\)表示电容容量，单位为法拉。
- \(T\)表示RC组合充电的时间，单位为秒。从电容两边电压差为0开始算， 直到充到电源所提供电压的63%为止 （63%这个值记住就行了，讨论原因要涉及太多知识）。
假设用 1 kΩ 电阻器和 1,000μF 电容组成的RC组合：
\[ T = 1,000 \Omega \times 0.001 F = 1 \]- 会在1秒钟时间从电容清空\(0V\)充到供电电压的\(63%\)。
- 如果继续充电，则在接下来的每一秒都会提高前一秒电容电压与供电电压差的\(63%\)。
如果持续充电，电量的变化曲线为：
\[ \begin{equation} V_{NEW} = V_{CAP} + [0.63 \times (V_{POW} - V_{CAP})] \end{equation} \label{ectndpw} \]- \(V_{NEW}\)：单位时间结束后充电的电压。
- \(V_{CAP}\)：单位时间开始前充电的电压。
- \(V_{POW}\)：充电电源的电压。
例，设电池电压为 9V，电容一开始为空 0V， 1 kΩ 电阻器和 1,000μF 电容组成的RC组合，单位时间\(T\)正好是1秒。 则代入公式\ref{ectndpw}：
- 1秒后：\(V_{NEW} = 0 + [0.63 \times (9 - 0 )] = 5.67V\)
- 2秒后：\(V_{NEW} = 5.67 + [0.63 \times (9 - 5.67)] = 7.77V\)
- 3秒后：\(V_{NEW} = 7.77 + [0.63 \times (9 - 7.77)] = 8.54V\)
- 4秒后：\(V_{NEW} = 8.54 + [0.63 \times (9 - 8.54)] = 8.83V\)
- 5秒后：\(V_{NEW} = 8.83 + [0.63 \times (9 - 8.83)] = 8.94V\)
- 6秒后：\(V_{NEW} = 8.94 + [0.63 \times (9 - 8.94)] = 8.98V\)
位移电流
之前说电容像是一个充电电池。在有直流电源供电电压稳定的情况下， 电容会阻止电流通过。
瞬间变化的电压（例如交流电或直流电的脉冲信号）会让电流在电压变化的一瞬间 通过电阻，这种现像称为「位移电流」。
电容的大小关系到位移电流通过的时间，容量越小电流通过的瞬间越短。
科学家詹姆斯•麦克斯韦（James Maxwell）对这一现象引起了兴趣， 他觉得这一切无法用当时公认的理论来解释，于是他建立了一门理论， 并创造了一个短语「位移电流」来描述这一现象。
今天，又有其他理论出现。很明显，电流的涌入在电容器内部引发了场效应， 场效应可以在一对极板上产生电压。但是这个理论很快就变得十分复杂， 大多数教材的讲解都很简略：电容器会阻碍直流，而允许波动的电压通过。
电容耦合
之前说电容的大小关系到位移电流通过的时间，容量越小电流通过的瞬间越短。
如果是脉冲信号或是交流电这类电压波动的电流，电容会阻栏掉频率比较低的信号。 电容的容量越小，被阻拦掉的的波动频率越高，只允许频率更高的波动通过。
当电容器用来过滤低频波动时，就称它为「耦合电容」。
这一特性得到了很多应用，包括用于音频。 因为音频信号也是一种交流电，因为它们的变化速度很快。
当电容器连入电路用来通交阻直时，我们就称它为「耦合电容」。 它可以允许信号从电路的一部分传递到另一部分，同时阻碍信号的直流电压， 信号的两部分电压可能截然不同。
- 扬声器前方串联100 μF电容。因为电容耦合效应，电容器阻碍了持续不断的直流分量信号 ，只允许变化的脉冲信号分量或交流分量（交流电是在正负之间迅速变换的一连串脉冲， 所以电容器会允许它通过）通过。
- 外面再并联1kΩ电阻电阻器把晶体管的射极接地，因为晶体管只有在射极的电压确定低于基极电压时才能工作。
旁路电容
扬声器两端并联一个电容，会出现相反的情况，因为电容器仍然通过高频信号， 却让它们绕过了扬声器。这个电容器的作用就是旁「路电容器」：
电容充电与放电实验
之前继电器的例子中，增加一个1,000μf的电解质电容与继电线圈并行。
- 一定要再三检查电容的极性，不然电容会毁坏。
过程解析：
- 1,000 μf 的电容在继电器断开触点前的几分之一秒的时间充满电。
- 等到在触点断开时，电容器把电能释放给继电器（和左侧的 LED） 使得继电器线圈暂时通电。
- 电容器耗尽储存的电能后，继电器开关松弛，重复这一过程。
断开右侧 LED 的连接，就会发现，左侧的 LED 以一种奇妙的方式闪烁着， 它的亮度随着电容器电压的降低而逐渐减弱。因为电容器在充电时会产生很大的浪涌电流， 所以在实验中，如果将触摸开关按下的时间太长，它可能过热。
RC组合充电时间实验
在面包板上安装两个触摸开关、一个1kΩ电阻器和一个 1,000μF 电容器， 图所示：
准备工作：
- 确保电池电力充足。设置万用表为测量直流电压，用万用表测量 9 V 电池的电压。 如果电池电压小于 9.2 V，那么你需要用一块新电池进行本实验。
- 确保电容已经放空。如果万用表测得的电压大于 0.1 V，就按压 B 按钮， 让电容器的两侧短接，从而使其放电。
测试电容充电时间：
- 按住按钮 A，等电容器充电到 9 V 一共需要多少秒。用9V DC时一般只要用 3 秒。
- 放开按钮A，按下按钮 B 可以给电容器放电。
- 然后可以换个电阻（例如 10 kΩ ）再试试要多少时间。 如果万用表显示电容器两端仍有电压按住按钮 B 给电容器放电。
干扰测量精度因素
首先，电容器不能完美地储存电能。它们会漏电，逐渐漏掉其中的电荷。 甚至在电容器充电时，漏电也在发生。在充电过程快结束时，电子流入的速度十分缓慢， 与之相比，漏电现象（电子流出的速率）就十分显著了。
另外，你的万用表还有一定的内阻。它的阻值很高，但也客观存在。 这就意味着在你测量电压时，万用表会从电容器上拿走一点电荷。 于是测量过程就改变了你要测量的值！这确实是物理学和工程学面临的一个共同难题。
实验：测试位移电流
如果没有稳定的电势差，比如空电容器接上电源上的一瞬间，电容器会允许信号通过。
这个实验把电阻移动到了电容的后面，再加了一个新的 470Ω 的电阻和发光二极管：
- 搭建好电路后，首先要记得按下按钮 B 给电容器放电。
- 接着按下按钮 A。会发现为什么 LED 开始闪烁，之后逐渐变暗了？电容本应该阻断直流电。
- 再次按下按钮 A。这一次几乎什么都没有发生，很明显，电容器刚才已经放电完毕， 现在开始充电了。
- 那么，再次按下按钮 B 来给电容器放电。
- 现在再按下按钮 A，LED 又开始闪烁。
我们知道，电容器的下引脚上一开始几乎没有正电压， 因为它通过 10 kΩ 电阻器连接到了负极； 我们还知道，电容器的上引脚一开始也几乎没有正电压， 因为按钮 B 把电容器的两个极板短接了。(这就是我让你给电容器放电的原因。)
然后你按下了按钮 A，它突然施加了一个正脉冲，电容器另一侧的 LED 点亮。 通过 LED 的电流一定是从某个地方来的，而唯一的解释就是它来自电容器。
把上面的 LED 和串联 470Ω 电阻器换成万用表。
- 确保电容放空。 按下按钮 B 给电容器放电，确认万用表读数接近 0 V。
- 接通电源。 按下按钮 A 的同时，万用表发现电压骤然上升。
电压变化太快可能导致数字万用表的无法及时响应。 如果有示波器（可以测量和显示非常迅速的电压变化）连接到电路上， 显示出的波形看起来很像我在图底部添加的曲线。 电压上升得如此迅速仿佛就在一瞬间。
如果换上一个更小的电容器，你就会发现，它允许更短暂的脉冲通过。
取下万用表，把 LED 和 470 Ω 串联电阻连回电路， 分别连入 100 μF、10 μF、 1 μF 和 0.1 μF 的电容器。 连入最小的电容器时，LED 几乎不闪烁。
测试交流电电容耦合
如果你把电路反向连接，虽然电流从相反的方向流入，但电路仍能工作。
下图展示了反向连接后的电路，10 kΩ 电阻器移到了左侧，按钮 A移到了右侧。 万用表仍然测量电阻器和电容器之间一点的电压。
- 确保电容放空。按下按钮 B 再松开，给电容器放电。
- 此时万用表的读数约为 9 V 直流，电容器的上引脚通过 10 kΩ电阻器连接到了正极总线。 电容器隔断直流，因此阻值约等于无限大，正电荷便无处可去。
下图展示了两个电阻器之间一点的电压如何随着该点与地之间阻值的增大而上升， 从而解释了这个现象：
两个电阻器串联，左侧的电阻器连接电源，右侧的电阻器接地（负极）， 两电阻器之间的电压随着右侧的电阻器阻值升高而上升。 电容器对于直流的有效电阻几乎为无穷大。
但是，当你按下面包板电路中的按钮 A 时，就产生了一个负脉冲。 随着负脉冲通过电容器，电容器的等效电阻暂时消失， 使得万用表的读数下降。然后，电容器缓慢充电，过程与本实验的第一次测试相同。
上图上万用表读数的曲线大致显示了电容上电荷的变化情况：
- 电容器能阻碍直流。
- 电容器允许通过短暂的波动电流，无论电流方向如何。
- 电流波动之后，电容器积累电荷。
二极管
图中右侧的二极管型号为 1N4001，它的额定电流略大于左侧的 1N4148 二极管。
二极管的功能：
- 二极管是用来阻断反向电压的，二极管限制电流向一个方向，碍相反方向电流。 二极管有时用于逻辑电路，也可以把交流转化为直流。
- 二极管还可以用来防护反向电涌。例如继电器线圈在接通电源后，储存电能， 而切断电源后，线圈释放电能。电能的释放会产生浪涌电流，可能会损害某些元件， 尤其是半导体。因此，标准流程是在继电器线圈两端并联一个保护二极管。 二极管采取的连接方向应当使其阻碍正常流通的电流，强迫其流入继电器线圈； 却导通线圈产生的反向电流。当电流消失，线圈试图释放反向电能时， 二极管在中间方向上的阻值很小，把电流分流到二极管这里，不波及其他元件。
使用进注意事项：
- 二极管电压较低的一端称为阴极。用一条线做出了标记。
- 二极管会因为电压反转、功率过大而损坏。所能承受的反向电压限度由生产商规定。 如果二极管无法承受你想让它阻碍的电流就换一个更大的二极管。
- 二极管会消耗电力，导致电压下降。设计电路时要把损失的电压计算进去。 压降是固定的，无论电源电压是多少。例如两端有约 0.7 V 的压降，一共 1.4 V。
三种表示二极管的电路图符号，它们的功能都相同：
晶体管
晶体管是一种半导体器件，半导体的意思是它处于导体和绝缘体之间。
晶体管有三根引脚：
-
C：表示集电极，电流输入。 -
B：表示基极，这里电流输入的大小控制电流输出的大小。 -
E：表示射极，电流输出。
基极流入的非常小的电流可以控制通过集电极流入的大电流：
- 晶体管放大了集电极的电流，从射极输出。放大倍数大于 200，该值为晶体管的参数值。
- 晶体管不放大电压，事实上射极的电压一般要比集电集的电压略低。 使用时一定要考虑到这一点。压降是固定的，无论电源电压是多少。 例如两端有约 0.7 V 的压降，一共 1.4 V。
常用的晶体管有种：
- NPN型：当基极电压比射极略高时，允许正电流从集电极流入，从射极流出（正向电压激励）。
- PNP型：当基极电压比射极略低时，允许负电流从集电极流入，从射极流出（负向电压激励）。
PNP型晶体管有时更方便，但是用途并不广泛，很少用到。
无源状态下，两种晶体管都阻碍电流在集电极和射极之间流动，就像断开的单极单掷开关一样。 （实际上晶体管允许很小的电流流过，称为「泄漏电流」）
PNP 型和 NPN 型晶体管符号很容易混淆，但是有一种简单的方法可以辨别它们。 NPN 符号里的箭头向外指，永远不向内。所以，可以把 NPN 想象为 never pointing in （永不向内指）的缩写：
注意：脆弱的元件！晶体管很容易损坏，而且一旦损坏就不可恢复。
- 一定不要在晶体管的任意两引脚间直接连入电源，否则晶体管会被过大的电流烧毁。
- 一定要利用电阻器等其他元件限制晶体管集电极和射极之间的电流，按照同样的方法也可以保护 LED。
- 不要施加反向电压。NPN 晶体管的集电极电压一定要高于基极电压，而基极电压要高于射极电压。
| 晶体管 | 继电器 | |
|---|---|---|
| 耐用 | 优秀 | 有限 |
| 用于双极或双掷 | 否 | 能 |
| 开关大电流 | 有限 | 能 |
| 开关交流电 | 通常不能 | 能 |
| 由交流电触发 | 通常不能 | 可选择 |
| 小型化 | 适合 | 有限 |
| 实现高速开关 | 能 | 否 |
| 高压电流价格优势 | 无 | 有 |
| 低压电流价格优势 | 有 | 无 |
| 非导通状态的电流泄漏 | 有 | 无 |
NPN型晶体管
以2N2222和PN2222大类的晶体管为例，PN2222更加通用，还有PN2222A。
P2N2222和P2N2222A是2N2222的缩水版，生产商撤销了数十年来一直作为标准的
2N2222 引脚功能，不推荐使用。
以下是规则：
- 部件编号为 2N2222、PN2222 或 PN2222A 的晶体管都可以。PN2222 比 2N2222 更常用，但是这两种都可以。
- 部件编号为 P2N2222 或 P2N2222A 的晶体管都不可以。
这里有一个陷阱。在你搜索 2N2222 时，会得到 P2N2222 的信息， 因为搜索引擎会帮助你显示出数字前面有字母的部件。所以——购物要谨慎！
塑料和金属封装的效果都一样好——只要晶体管的部件编号不是以 P2N 开头就行：
NPN型电子管三个引脚：
-
C：表示集电极，电源输入。 -
B：表示基极，这里电流输入的大小控制电流输出的大小。 -
E：表示射极，电流输出。
晶体管控制电流的例子：
电位器接在正极总线和负极总线之间。从这个角度讲,我们称之为分压器：
- 当滑动片位于轨道的一端时，它直接与电源正极形成连接。
- 在轨道的另一端，它直接接地（负极）。
- 在中间的位置，它划分电压。
通常电位器的使用方法就是如此，用来提供全范围的各种电压值。
我刚刚说过，当你刚把电位器的滑动片从负极向正极移动时，LED没有点亮。 这仅仅是因为 LED 没有获得足够的电能吗？
不完全是。双极型晶体管扣除了一部分电能，作为它提供服务的回报。 基极电压高于射极电压（通常为约 0.7 V），它才会做出响应。这种模式下， 晶体管是「正向偏置」的。
晶体管对电流与电压的影响
黑笔固定在电源负极：
- 测试红笔在晶体管射极的电压，记录下。
- 测试红笔在晶体管基极的电压，记录下。
会发现射极上的电压要低于基极上的电压。把电位器调整到不同的位置，再测量一次。 无论你如何改变基极引脚上的电压，射极引脚上的电压总是要更低一些。
这是因为470欧电阻器没有在晶体管的射极和负极总线之间提供足够的电阻吗？ 是它把电压拉低的吗？
让我们一起找出答案。取下 LED 和 470 欧 电阻器， 在晶体管射极和负极之间连上一个 1 M欧的电阻器。大电阻并没有造成多少影响， 射极上的电压仍将低于基极上的电压。
如果你有耐心测一测流入基极和流出射极的电流，你会发现它们存在巨大的差异。
你必须将万用表设置为测量毫安电流，并将它连入电路中每个要测量的位置。 记住，电流必须流过万用表才能测量到。
用万用表检测晶体管的类型
NPN型和PNP型晶体管的B极跟C、E极之间都存在一个PN结， 当表笔给PN结加上正向电压是能够导通的。
在用万用表测量时，黑笔在COM口，红笔在对应的功能口，电流是从红表笔流出的。
用万用表测量的基本原理是：
如果是NPN型的三极管，B极接红表笔，C、E两极接黑表笔时，PN结正向导通， 万用表会显示导通电压。硅材料的三极管PN结导通电压一般是0.7V左右：
如果是PNP型的三极管，B极接黑表笔，C、E两极接红表笔时，PN结正向导通， 万用表会显示导通电压：
具体操作过程：
测量时我们可以先假设其中一个极是B极，然后用其中一支表笔固定在假设的B极上，另一支表笔分别接触其余两个引脚。
如果两次测量时都不导通，可以互换一下表笔测量，直到找到B极。
B极找出之后，就可以找C极和E极了，用手捏住B极和假设是C极的电极，然后把表笔放到假设的C极和假设的E极，如果不导通，红黑表笔互换。
如果互换表笔之后依然不导通，换另外的一个电极假设是C极，然后把表笔放到假设的C极和假设的E极上测量。
测量晶体管的放大范围
知道了晶体管的类型与引脚位置以后，就可以测试放大倍数了：
-
切换到
hFE档测试晶体管的放大倍数。 -
根据晶体管是NPN型还是PNP型，把引脚插入到三个标记为
E、B、C的小孔 - 如果晶体管有传统的引脚功能，那么万用表将显示它的放大倍数超过 200。
- 如果晶体管的类型不对，万用表将显示出错或放大倍数小于 50。
扩音器
推荐抗阻是8欧的。
扬声器的膜片也叫纸盆，用来发出声音。 但是，随着扬声器上下振荡，它的正反两面都发出声波。 因为两列声波彼此反相，它们很容易互相抵消。
如果在扬声器周围加一个喇叭，将正面输出的声波聚焦， 接收到的扬声器输出就能大幅度增加。 对于一个 1 英寸大的小扬声器，你可以把一张大卡片弄弯，粘在它周围：
更好的方法是，把扬声器安装在盒子里，盒子上钻有小孔， 允许扬声器正面发出的声音向外辐射，而盒子封闭的背面吸收了扬声器反面发出的声波。
正确计算电器的工作电压与电流
确认元件的额度
应该桉说明书上标明的额度来使用电器，比如某LED在说明书上写明：
- Forward Voltage TYP. 2 at \(I_F\)(mA) 20
- Forward Voltage MAX. 3 at \(I_F\)(mA) 20
\(I_F\)表示是正向电流，所以在20mA正向电流下，标准（TYP.）电压是2V，最大（MAX.） 电压是3V。
所以该LED在2V电压，20 mA电流下能正常工作。
计算电阻器的电阻
例如，电池是9V的，发光二极管工作电压是2V，减少电压要用串联的方式， 所以要串联一个减去9V-2V=7V电压的电阻：
因为串联的电路中电流处处相等，所以电阻要把电流减少到20 mA也就是0.02 A。 那么对应欧姆定律\(V = I \times R\)代入得到：
\[ 7 = 0.02 \times R \]可以确定电阻应该是350Ω。
同理，如果把电源换为5V的电压，那么减去LED的额定2V电压为3V，计算 \(3 = 0.02 \times R\) 等到电阻应该是150Ω。
计算电阻器的功率
还是以9V接入电源为例，根据公式\(W = V \times I\)代入7V与0.02A：
\[ W = 7 \times 0.02 = 0.14 \]只要电阻的功率大于0.14W就可以了。市面上常见电阻的功率有0.25W、0.5W、1W或是更大的 电阻都可以用。
计算电压
- 因为串联电路是电流处处相等，所以导线的电阻不会对电流产生影响；
- 但是因为串联电路的电压是各元件的和，所以如果导线的如果比较长， 导线的电阻对电压的影响也要考虑在内。
已经测得一根非常长的导线电阻为0.2Ω，让15A的电流通过导线时导线的电压：
\[ V = I \times R = 15 \times 0.2 = 3V \]这里导线已经占用了3V的电压，如果是两节1.5V的AA电池串联作为电源一共3V的电压 全部给导线占用了；就算换成汽车的12V电池也相当于被用掉四分之一， 所以汽车上接线要用相对粗的导线，避免浪费12V电池的电力。
计算电流
测得舌头的电阻为50kΩ，那么用舌头舔9V电池的时候电流有多大？
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{9}{50,000} = 0.000,18 A = 0.18mA \]相对地，如果是假设电阻为0.1 Ω的导线让一节1.5V的AA电池短路时：
\[ I = \frac{V}{R} = \frac{1.5}{0.1} = \frac{15}{1} A = 15A \]15A已经是一个相当大的电流了，可以驱动房间取暖器或大功率电动工具：例如桌锯。
你可能想知道小小的AA 电池是不是真的能提供那么大的电流。 答案是......我也不确定。我无法用万用表测量这个电流， 即使我把表笔插入标为 10 A 的大电流插孔，15 A 的电流也会烧毁万用表的保险丝。
但是我确实用 10 A 的保险丝(而非 3A 保险丝)尝试了这个实验，而且 10 A 保险丝没有损坏。
这是为什么呢？欧姆定律得出的电流应当是 15 A，但由于某些原因，实际电流比 15 A 要小。 也许电池架上的导线电阻实际大于 0.1 Ω ？不，我觉得很可能要更低。 那么，到底是什么使电流比欧姆定律计算得出的要小呢？
答案是，日常生活中的每一件物品都有一些电阻，包括电池。要记住， 电池是电路中的有源部分。你还记得吧，电池短路时变得和导线一样热。很显然， 电池有一定的内阻。在处理单位为毫安的小电流时，可以忽略电池内阻， 但是对于较大的电流，电池内阻实际也包含在总电阻内。
这就是我警告你不要使用大电池(尤其是车用电池)的原因。较大的电池内阻要低得多， 流过的电流就大得多，可以产生爆炸性的热量。车用电池那样设计， 是为了在启动发动机时提供数百安培的电流，这么大的电流足够熔化导线， 引发严重的烧毁事故。实际上，利用车用电池可以焊接金属。
锂电池的内阻也很低，短路时也十分危险。下面是一条关键信息: 大电流与高压电造成危险的方式不同，但是它们都很危险。
电池也带有电阻
电池也有电阻，被称为「内阻」。在处理以毫安为单位的电流量时可以忽略电池的内阻， 但对于更大的电流要把电池内阻计算在内。
一般来说电池越大内阻会小得多，所以汽车电池短路往往会引起爆炸。 还有锂电池的内阻也很低，短路也很危险。
常用故障排查流程
简单电路故障排查
有很多种的错误可能出现。你怎样才能以最快的速度最有效地发现它们呢？ 你只需要掌握一套方法。遵循以下步骤：
检查电压
把万用表的红表笔放在面包板正极总线顶端的连接点上，设置万用表测量电压 （直流电压，除非实验建议使用其他量程）。确保电路电源处于开启状态。
现在，用万用表的黑色表笔触碰负极总线上的各个位置。 你在万用表上读到的读数应该和电源电压相近。如果测到的电压接近于零， 那么你很有可能忘了加入跨接线。没能把负极总线上的短路连接上。 如果你测到几伏特的电压值，但比电源电压低得多，那么电路中某处就可能发生了短路， 拉低了电源电压（如果你用电池供电的话）。
现在，把黑表笔固定在负极总线顶端的连接点上，从上到下检查一遍正极总线。
最后，仍然保持黑表笔位置不动，用红表笔检测电路中任意位置的电压。 如果检测到电压接近于零，那么很可能某处漏掉了连接， 或者某个元件 / 某根导线在面包板内部没有形成连接。
检查布局
确保所有的跨接线和元件引脚在面包板上的位置都与预定的完全一致。
检查元件方向
有极性的二极管、晶体管和电容器必须正确连接。使用集成电路芯片时 （本书后面会讲到），检查一下它们的方向是否正确， 并确保芯片上所有的引脚都没有弯曲，不会藏在芯片下面。
检查连接
元件可能在面包板内部接触不良，这种情况很少发生，但并非绝无可能。 如果电压出现无法解释的间歇性错误或者零电压，就试试更换一些元件的位置。 根据我的经验，如果你购买了非常便宜的面包板，或者使用了小于 22 线规的导线， 出现连接问题的概率会更大。（记住，线规的编号越大，导线越细。）
检查元件值
核实所有的阻值和容值，保证正确。我的标准流程是先用万用表检测一下阻值， 再把它连入电路。这要费事一些，但从长远来看，还是能节省时间。
检查有无损坏
集成电路和晶体管可能因电压不正确、极性不正确或者静电而损坏。 在手头存一些备件，可以用作替换。
检查自己
如果其他方法都没有生效，就先休息一会儿。长时间着迷于工作会使视野变得狭隘， 从而阻碍你发现错误。如果转移一会儿注意力再回到你的问题上， 答案可能突然就显而易见了。
建议你把这个错误追踪流程表加上书签，日后如果再出现问题，可以回来查阅。