内容简介
电子电路广泛应用于智能手机、家用电器、计算机、通信设备等方面。《秒懂电子电路》旨在帮助初学者理解电子电路的基础知识,逐步掌握模拟电路和数字电路的工作原理及其在日常生活中的应用。
《秒懂电子电路》共分为6章,内容涵盖电子电路的基本概念、电学基础知识、电子元件的功能与特性、模拟电路的工作原理、数字电路的基本逻辑运算,以及电子电路在现代生活中的实际应用。借助大量插图和实例,详细讲解了电子电路的基本原理和实际应用,如智能手机中的多种传感器、降噪耳机的工作原理、扫地机器人的传感器系统、CD和DVD的数据存储技术等。
目录
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第1章 身边的电子电路无处不在
第1讲 电子电路到底是什么? 002
第2讲 智能手机里好多“聪明”的元件 004
第3讲 轻松消除噪声的降噪耳机 008
第4讲 装满了传感器的扫地机器人 012
专栏 1 通过电子电路校准时间的电波钟 014
第2章 电子电路基础知识
第5讲 交流电与直流电:性质和用途不同 016
第6讲 通过波形理解交流电的频率 020
第7讲 自由电子移动产生电流和电压 024
第8讲 电流、电压、电阻和欧姆定律 026
第9讲 复杂电路中的基尔霍夫定律 030
第10讲 电功率与电能:电流做了多少功? 032
第11讲 用表格整理单位和前缀 034
第12讲 从电池连接学习串联与并联 036
第13讲 必须掌握的基本电气符号 040
第14讲 如何轻松看懂复杂的电路图? 042
专栏 2 交流电压的有效值 044
第3章 电子电路元件大揭秘
第15讲 深入了解电阻 046
第16讲 储存电能的电容 050
第17讲 连接电与磁的线圈(电感) 054
第18讲 电池的种类竟然这么多 058
第19讲 电阻率既不大也不小的半导体 060
第20讲 本征半导体和杂质半导体 062
第21讲 二极管的工作原理 066
第22讲 二极管的作用 070
第23讲 其他类型的二极管 072
第24讲 改变掺杂成分实现发光的 LED 076
第25讲 三极管中的电子在做什么? 078
第26讲 了解三极管的作用 082
第27讲 场效应管(FET)是如何工作的? 084
第28讲 FET有哪些特点? 088
第29讲 二极管+开关=晶闸管? 092
第30讲 IC是超级方便的电子元件 096
第31讲 高性能放大电路:运算放大器 100
第32讲 传感器到底是什么? 104
第33讲 集成机械元件、传感器的MEMS 106
专栏 3 二极管和三极管有什么区别? 108
第4章 探索模拟电路
第34讲 模拟和数字有什么不同? 110
第35讲 放大:输入到输出会变大吗? 112
第36讲 衡量放大程度的放大倍数与增益 116
第37讲 放大电路的特性 118
第38讲 功率放大电路的优缺点及改进 122
第39讲 将反相输出信号反馈到输入端的负反馈放大电路 126
第40讲 电源电路——将交流转换为直流 130
第41讲 从扬声器啸叫探究振荡原理 134
第42讲 如何更好地控制振荡电路? 136
第43讲 简单易构的多谐振荡器 140
第44讲 用滤波电路提取目标频率信号 142
第45讲 向远方传播声音:调制和解调 146
第46讲 进一步理解调制和解调 150
专栏 4 用示波器观察交流电压的变化 154
第5章 探索数字电路
第47讲 理解计算机操作:逻辑运算 156
第48讲 梳理基本逻辑电路 158
第49讲 逻辑电路和逻辑表达式 162
第50讲 通过真值表化简逻辑电路 166
第51讲 十进制与二进制:数字电路基础 170
第52讲 了解加密原理:编码器和解码器 174
第53讲 通过实例掌握算术运算电路 178
第54讲 数据存储电路:触发器与移位寄存器 182
第55讲 存储数据的各种触发器 186
第56讲 A/D转换器 188
第57讲 D/A转换器 192
专栏 5 低功耗运行的 CMOS 194
第6章 电子电路在生活中的应用
第58讲 CD:凹凸记录术 196
第59讲 CD、DVD、BD有什么区别? 200
第60讲 声音和图像数据的压缩 202
第61讲 D类放大器 204
第62讲 不断进化的鼠标 208
第63讲 控制光的显示器 210
第64讲 了解智能手机和平板电脑触摸屏 213
试读
第1章身边的电子电路无处不在
第1讲电子电路到底是什么?
电工电路和电子电路
电气产品中使用的元件种类繁多。其中,电阻、电感和电容等被归类为被动元件(无源元件),它们在通电时会产生某种作用,但不具备放大电信号的功能。另一方面,三极管、场效应管、集成电路(1C)等被归类为主动元件(有源元件),它们能够放大电信号。由此,本书将电路分为电工电路和电子电路。
电工电路:由被动元件构成的电路。
产品示例:电热水器\风扇(非电子控制产品)。
电子电路:由被动元件和主动元件构成的电路。
产品示例:智能手机、电视机、计算机。
模拟电路和数字电路
本书主要讨论使用被动元件和主动元件的电子电路。电子电路又可进一步分为措拟电路和教字电路。
电子电路
措拟电路:处理模拟信号的电路。
数字电路:处理数字信号的电路。
模拟信号是连续变化的电信号。例如,我们的声音就是模拟信号。数字信号是离散状态的电信号,通常只有0和1两种值。例如,计算机内部的数据处理就是基于数字信号进行的。
提到电子电路,有时可能仅指模拟电路。本书将尽量通俗易懂地讲解模拟电路(第4章)和数字电路(第5章和第6章)。电工电路在第2章讨论,被动元件和主动元件则会在第3章详细介绍。
第二讲智能手机里好多“聪明”的元件
搭载了多种功能
智能手机(smartphone),常被简称为“手机”,巳成为我们日常生活中不可或缺的电子设备。“smart”在英语中意为“聪明”。智能手机正如其名,搭载了多种功能,能够通过简单操作完成许多复杂任务。
数据处理:以CPU(中央处理器)为核心的计算功能。
内存:存储应用软件、照片、视频、音乐等数据的集成电路(1C)。
通信:电话、无线网络通信(如Wi-F|、5G模块)、全球定位系统(GPS)通信、蓝牙和NFC等。
传感器:指纹识别传感器、面部识别用高分辨率摄像头、加速度计、陀螺仪、环境光传感器等。
显示屏:高分辨率触控屏幕,正从液晶屏向高画质、低功耗的有机发光二极管(OLED)显示屏过渡。
电池:通常使用锂离子(Li-ion)电池,以保障长时间运行。
此外,智能手机还拥有麦克风、扬声器、振动电机等多种辅助组件。可以说,智能手机是一种将高性能计算、通信功能和多种传感技术融为一体的电子设备。
一部智能手机配多个摄像头
近年来,智能手机逐渐开始配备多个摄像头,如常见配置包括前置2个摄像头和后置4个摄像头,共计6个摄像头。
摄像头数量的增加带来了更加丰富的拍摄功能。例如,多摄像头布局使传感器面积变大,能够捕捉更多的光线,即使在较暗环境下也能拍摄出清晰的影像;长焦镜头、广角镜头和深度感知摄像头协同工作,不仅能够准确测量拍摄对象与摄像头之间的距离,还能实现模糊背景(景深效果)等图像处理功能。
解析卫星信号的GPS
绝大多数智能手机都配备了GPS接收器。通过解析围绕地
球运行的GPS卫星发射的信号,实现对手机当前位置的精准测定。
下图为单颗GPS卫星的工作原理:通过接收卫星信号,智能手机计算出与该卫星之间的距离D。于是,手机的位置即位于以该卫星为中心,半径为D的球面上。
当使用2颗GPS卫星时,智能手机与两颗卫星等距离的位在2个球面相交的圆周上。然而,无法确定智能手机在圆周上