完整学习路径
从一个回路开始,建立电路直觉。
从电荷流动与电阻出发,逐步学习储能、开关与感测。48 节课程各有学习导览和交互工作台,可以依次学习,也可以直接选择需要的概念。
电路基础
9 节课程开路与闭合电路
持续电流需要从电池一端经过负载回到另一端的完整导电路径。打开开关就会切断这条路径。
导体与绝缘体
材料让电荷移动的难易程度不同。金属连接的电阻较小,干燥绝缘材料的电阻很大。
电压、电流与电阻
电压是电势差,电流是每秒流过的电荷量。对温度固定的欧姆元件,电阻联系了二者。
串联与并联电路
串联负载共用一条电流路径。并联负载连接在同一对节点之间,因此具有相同电压。
电池的串联与并联
相同电池串联时电压相加。理想并联保持单节电压,并由多节电池共同承担负载电流。
交流与直流
直流源保持一个极性,交流源的极性随时间变化。正弦交流电在正负电压之间平滑变化。
面包板连接
免焊面包板在表面下连接特定插孔。常见五孔组在中央沟槽处断开,电源导轨也可能分段。
使用万用表
电压表测量两点电势差,电流表测量流过路径的电流,需要串联接入。
基尔霍夫电路定律
电荷守恒给出节点电流定律,在集总电路假设下,能量平衡给出闭合回路电压定律。
电阻
8 节课程电阻如何工作
电阻限制电流并把电能转化为热。电压降由阻值与流过的电流共同决定。
电阻色环编码
四色环电阻依次表示两位有效数字、倍率与容差,从第一位有效色环的一端开始读取。
电阻串联
单一路径串联中的每个电阻电流相同,各自分到的电压与阻值成正比。
电阻并联
并联电阻共用同一对节点,各支路电流由自己的阻值决定,在电源处相加。
分压电路
两个串联电阻形成相对于下端的中点电压。空载分压器体现比例关系,并不是稳压电源。
可变电阻与电位器
电位器具有两个固定端与一个可动滑片。三个端子可用于分压,两个端子可作为可变电阻。
电阻功率与发热
功率是能量传递速率。电阻耗散功率 P=VI,额定功率限制指定条件下允许的发热。
惠斯通电桥
电桥比较两个分压器的中点电压。两边阻值比匹配时,检测端差分电压为零。
LED 与二极管
5 节课程电容
9 节课程电容与水箱类比
电容通过电场储存分离的电荷与能量。水箱可类比储存电荷如何使电压升高。
RC 充电
经过电阻充电时,电容电压按指数规律接近电源电压。随着电压升高,电阻压降与充电电流减小。
RC 放电与渐暗
充电后的电容可以在电源断开后向负载供电。在线性 RC 模型中,电容电压按指数规律下降。
电容瞬态电流
电容电流取决于两端电压变化速度。在直流稳态下,理想串联电容阻断持续电流。
电容串联与并联
并联电容电压相同,电容量相加。串联电容的增量电荷相同,按电容量倒数关系组合。
整流滤波
储能电容在整流峰值附近充电,在峰值之间向负载供电,输出仍有纹波而不是完美恒定。
RC 延时阈值
RC 斜坡可在可预测的延时后越过比较器阈值。电阻与电容决定斜坡,阈值决定切换时刻。
电容数字编码
常见陶瓷电容三位编码以前两位作为有效数字,第三位作为以皮法为单位的十进制倍率。
双晶体管闪烁器
交叉耦合晶体管级可随电容电压变化交替工作。一支路开启时,另一支路向切换阈值恢复。
开关与逻辑
4 节课程晶体管
6 节课程晶体管电流控制
在简化 BJT 模型中,较小基极电流控制较大集电极电流,后者也受电源与集电极负载限制。
晶体管作为开关
晶体管可以用独立基极驱动支路控制负载。驱动足够时,BJT 饱和,集电极与发射极间压降较小。
BJT 电流增益
直流电流增益 β 是放大区集电极与基极电流之比,随器件与工作条件而变化。
NPN 与 PNP 晶体管
NPN 与 PNP 的电压、电流极性相反。NPN 常用于靠近地的一侧开关,PNP 常用于靠近正电源的一侧。
达林顿触摸输入
达林顿对将两级 BJT 连接以获得较高有效电流增益,使很小的模拟触摸电流也能控制可见负载。
晶体管非门
共发射极晶体管配合集电极上拉可实现反相,驱动晶体管开启会把输出拉低。
传感器
7 节课程光敏电阻
光敏电阻通常在光照更强时阻值更低。在分压器中,阻值变化转化为电压变化。
自动夜灯
光敏分压器与阈值检测器可以在环境变暗时开启灯,分压器方向决定电压变化方向。
温度与热敏电阻
NTC 热敏电阻随温度升高而阻值降低。其非线性曲线可用 β 参数与参考阻值近似描述。
磁簧开关
磁簧开关内的触点会在磁场下移动,把附近磁铁的磁场转换为电路通断。
温度阈值报警
热敏分压器与阈值检测器可以在温度超过设定值时开启报警,比较的是由温度转换得到的电压。
可调阈值夜灯
可调参考值让光照传感器在不同亮度下切换。感测值与阈值是两个独立输入。
霍尔效应传感
霍尔传感器对磁通密度产生电响应。线性传感器可以围绕中点输出表示磁场大小与极性。