第十二章：基础电子学

简介 
    本文并不深入呈现电子学科。相反，它只想给你关于这个主题以足够的（经验）知识，以使你能够理解、设计和制作简单的电路——如控制电路——以用在这本电子书的后面部分描述的“自由能”设备中。

免责声明
    本资料仅供参考。如果你决定尝试基于呈现的信息构建一些设备而弄伤了你自己或任何其他人，我不承担任何法律责任。要澄清这一点；如果你在一个沉重的箱子里做一个东西，并把它掉到你的脚趾上，我对你可能蒙受的伤害不承担任何责任（你应该学会更小心一点）。如果你尝试建造一些电子线路而用烙铁烫伤了你自己，我不承担责任。另外，我强烈建议，除非你是电子学方面的专家，你不要建造任何使用、或产生超过12伏的高压电路的装置，那是非常危险的，应该避免，直到你在构建高压电路获得经验或可以得到有经验的人的帮助和监督。

    电压  

    电压是理解电子学的关键。没有电压，在电子学里什么都不会发生。它是什么？没人知道。我们知道怎样去产生它。 我们知道它做什么。 我们知道怎样测量它，但没人知道它到底是什么。

    它还被称为“电动力”或“电动势”，这对了解它是什么没有任何的帮助。那大致相当于说“推动物体的是那个推动”——非常真实，但绝对无助于事。好了，承认我们真的不知道它是什么，我们就可以开始说，关于它，我们的确知道的事情：

    新电池在其两端之间有一个电压。据说这个电压致使电流流过置于其间的任何完整的电路。流过电路的电流会导致各种各样的事情发生，如：产生光、产生声音、产生热、产生磁性、产生运动、产生火花等等、等等。

    通过应用电压引起的电流，一种叫做“伏特计”的装置可以指示电压的大小。电压越大，电流越大，并且在伏特计显示的读数也越大。你可以直接读取伏特计显示的电压数值，或者也可以是 “模拟”伏特计，电压是通过显示指针在一个量程上的位置来表示的。电压的大小以“伏特”表示，这是一个计量单位，以把电压介绍给世界（它是一直存在的，只是我们不知道罢了），叫做伏特的人而命名的。 

      “市电单元”在电子世界称为“供电设备”或简称“PSUs”。它们转换市电电压（在英国是220伏，在美国是110伏）为一些合适的低电压；12伏、9伏、6伏、或任何所需要的。一个市电单元可以同时提供几种不同的电压。

电阻
  
    熟悉电压和电阻是理解电子电路的关键。电阻是衡量电流流过某物有多难的一个度量。某些物体——如玻璃、陶瓷、木材和大多数塑料不容易运送电流，因此被认为是“绝缘体”。这就是为什么你会看到输电线用一系列的陶瓷盘挂在高压电缆塔上的。电流容易通过金属流动，特别是沿着金属的表面，所以电缆是由塑料绝缘层包围的金属导线制成的。更高级的电缆由多股小线径的线芯构成，因为这增加了金属芯的任何特定的截面积的表面面积（这也使得电缆更加柔韧，并且通常也更贵）。

    有一种非常重要的第三类的材料——尤其是硅和锗，介于导体和绝缘体之间。它们被称为“半导体”就不足为奇了，而它们能够运送的电流量取决于它们所处的电气条件。随后关于它的描述会有很多很多。
    尽管金属导线能够很好地运送电流，但它工作并非完美，因为电流流经时它会有一些“阻力”。导线越粗，电阻越低。导线越短，电阻越小。研究人员首先利用这种特性来控制电路的运行方式。有时，当需要更高的电阻时，研究人员需要用长导线，他会把它缠结起来。为了控制导线，用一块沿每边钉了钉子的木板 然后导线来回跨越板子像这样缠绕：

    绘制电路图时，研究人员会把导线素描在板上得到一种锯齿形线，现在仍被用来代表一个“电阻”，尽管现在使用所用的结构方法已经不同。电阻器的另一个符号是如上图所示的一个平面矩形。

    如果一个电阻跨接一个电池，就构成一个形成电路，而电流则绕着这个电路流动。电流不能被看到，但这并不意味着它不存在。以“安培”（Amps）来测量电流，而显示它所用的仪器是“安培表”（电流表）。如果我们把电流表置于电路中，它会显示绕电路流动的电流。电流表本身，有一个小电阻，所以把它放在电路里，的确会稍稍降低绕电路流动的电流。所示的还有一个灯泡。 如果绕电路流动的电流足够大和灯泡选择正确，那么灯泡会亮起来，显示出电流在流动，而安培表将表明到底多少电流在流动：

    电阻上所用的颜色代码是： 
  
    0 黑 
    1 棕 
    2 红 
    3 橙 
    4 黄 
    5 绿 
    6 蓝 
    7 紫 (如果你的色觉好，应为紫罗兰色) 
    8 灰 
    9 白 

    通常情况下，每个电阻器有三个颜色条纹表示其值。头两个色带是数字，而第三个色带是零的个数：

    色带的读取是从左到右，而第一条带靠近电阻主体的一端。经常会有第四条带表示制造公差：您可以忽略那条带。

    例如：

    红，红，红：2 2 00 欧姆 或 2K2 
    黄，紫，橙：4 7 000 欧姆 或 47K 
    棕，黑，棕：1 0 0 欧姆 或 100R 
    橙，橙，橙：3 3 000 欧姆 或 33K 
    棕，绿，红：1 5 00 欧姆 或 1K5 
    棕，绿，黑：1 5 无零，或 15 欧姆 
    蓝，灰，橙：6 8 000 欧姆 或 68K 
    棕，绿，绿：1 5 00000 欧姆 或 1,500,000 欧姆 或 1M5 
    黄，紫，棕：4 7 0 欧姆 

    由于每十进只有12个标准电阻值，首先的两个色带只有12组：
    10：棕/黑，
    12：棕/红，
    15：棕/绿，
    18：棕/灰，
    22：红/红，
    27：红/紫，
    33：橙/橙，
    39：橙/白，
    47：黄/紫，
    56：绿/蓝，
    68：蓝/灰，
    82：灰/红，

    上面的细节给了你电阻色码的所有基本信息，但还有一些细微的补充。电阻体的下一段还有一个额外的色带如下所示：

    这个额外的条带用于指示建造电阻器的制造公差。电阻值从来都不是精确的，而这在电路中对它们的使用少有任何显著的影响。如果一些电路中需要非常精确的电阻值，则买几个相同的标称值的电阻，并用欧姆表测量每个特定电阻的实际值，而如果都不理想，则用两个或更多个电阻给出想要的确切值。

    公差带具有以下代码：

    银 ± 10% (即，一个10K的这种电阻应该在9K和11K之间)
    金 ± 5% (即，一个10K的这种电阻应该在9.5K和10.5K之间)
    红 ± 2% (即，一个10K的这种电阻应该在9.8K和10.2K之间)
    棕 ± 1% (即，一个10K的这种电阻应该在9.9K和10.1K之间)
    绿 ± 0.5% (即，一个10K的这种电阻应该在9.95K和10.05K之间)
    蓝 ± 0.25% (即，一个10K的这种电阻应该在9.975K和10.025K之间)
    紫 ± 0.1% (即，一个10K的这种电阻应该在9.99K和10.01K之间)
    这类在10%和5%的范围的电阻是最常见的，因为购买它们是最便宜的，所以往往是最受欢迎的。不过近来引入了两个补充的编码以允许极高规格的电阻，其普通的构建可能永远不会遇到。每个这些附加都与一个另外的色带有关。第一个附加的色带赋予一个外加的电阻器的值，看起来像这样：

    像以前一样，彩色编码完全一样，以第四色带指定前面色带表示的数字后面的零的个数。那么，在上面的示例中，第一色带为红表示“2”。第二色带为紫表示“7”。第三色带为绿表示“5”，而第四色带为红表示“两个零”，然后把它们放在一起就是27,500欧姆的值，它也可写成27.5 K，或更简便地，27K5。

    另一个范例是：

    第四色带编码也被扩展到包括另外两种颜色： 
    金：意味着“无零且除以10”，所以如果上面范例中的色带为金色，则值将为56.4欧姆。
    银：意味着“无零且除以100”，而如果范例色带为银色，则值将为5.64欧姆。

    所以，例如，如果电阻的第四个色带是银色，则值为：

    最后，对于非常高品质的应用（通常是军事上的应用），可以在公差带以外放置第六个色带，而那个最后的色带表示电阻值随温度的变化预计可以改变多少。这不像是能让你感兴趣的，不过最后的色带的代码是：

    棕：温度的每摄氏度一度的变化，阻值改变0.01%。
    红：温度的每摄氏度一度的变化，阻值改变0.005%。
    黄：温度的每摄氏度一度的变化，阻值改变0.0025%。
    橙：温度的每摄氏度一度的变化，阻值改变0.0015%。

    要把这个放到环境中，当从结冰温度移到水煮沸的温度时，它表示的阻值的最糟糕的变化是1%。这真是你在乎的吗？我不。

    告别辨识单个电阻器的细节，我们现在来到了有趣的环节：当电路中有几个电阻器时会发生什么。重要的是保持跟踪电路中产生的电压。它们解释了电流的流动、所用的功率，以及电路中将响应外部事件的方式。看这个电路：

    点“A”的电压是多少？如果你想要说：“谁在乎？”如果你想了解电路是如何工作的，那么答案是“你”，因为点“A”的电压是至关重要的。暂时先忽略用于测量电压的伏特计的影响。

    如果R1有着与R2相同的电阻，则点“A”的电压为电池电压的一半，即4.5伏。一半的电池电压是穿过R1并半穿R2时下降的。R1或R2的实际电阻是多少并无关紧要，只要它们的电阻完全相同。电阻越大，电流越小，电池持续的时间越长，越难以准确地测量电压。

    没有必要做任何计算去确定在“A”点的电压，因为是电阻值的比率决定电压的。如果你真想要做，尽管没必要，你可以计算电压。这样做的方法会很快展示给你结果。例如，如果R1和R2各自具有50欧姆的值，则通过它们的电流将是9伏/100欧姆＝0.09安培（或90毫安）。穿过R1的电压降将为50欧姆＝伏特/0.09安培或伏特＝4.5伏。正是同样的计算表明，跨R2的电压也正是4.5伏。然而，这里要强调的一点是，它是R1至R2的比值，它控制着点“A”的电压。

    如果R1的电阻有R2的一半，那么穿过它的电压降是穿过R2的一半，即，穿过R1下降3伏，给出点“A”一个6伏的电压，而这就是伏特计所显示的。又，R1的欧姆实际值无关紧要，只要R2刚好是两倍的阻值（电阻器上较高的数字显示）。

    如果R1的电阻是R2的两倍，则穿过它的电压降是穿过R2的电压降的两倍，即穿过R1的电压降是6伏，给出点“A”一个3伏的电压。这里是具有不同的电阻的一些例子：

    电源电压的相同分区可通过在不同的点转动装置的轴定位可变电阻器的滑块产生：

    电压电平的这种确定是理解电子电路的关键因素。电压电平控制什么样的电流流动和每一个电路将怎样执行，所以要明白发生了什么至关重要。继续跟随本章节直到你理解了，而如果必要时，对你感觉到的难题提问题。

    首先，请明白，好的电池是电压的无限制来源，当电阻器或别的什么跨接它时，电压不会“耗尽”：

    理解一个电路中的“0伏”连接点可能有点难。这一切意味着它是电池的电流的返回线。大多数传统电路都是连接到电池的两侧，而那使得电流绕着一个闭合的“电路”从电池的一个终端到另一端流动。

    通常实际绘制的电路图是使电池的正端子在顶部而负端子在底部。许多电路图显示负线底部在底部接地或一个“地线”连接，实际上是一个金属棒插入地下以造成对地的良好的电气连接。这样做是因为大地实际上是一个巨大的负电水库。然而，在现实中，大多数电路并不以任何方式直接接地。标准电路图可以具象化为一个电压的曲线图，图上得越高，电压就越高。

    不管怎么说，当连接的电路穿过电池时，负的或“0伏”线只表示电流返回到电池的路径：

    在这里我们遇到了两个新的元件。第一个是“VR1”，这是一个可变电阻。这种装置是一种具有一个可以从电阻的一端移动到另一端的滑块的电阻。在上面的电路中，可变电阻跨接9伏电池，因此电阻顶部+9伏 (相对于电池负端) 而底部为0伏。 通过转动元件的轴，沿电阻移动滑块，可以从0伏到9伏调整其上的电压(通常连着一个旋钮)。

    第二个新的装置是“TR1”，一种晶体管。这种半导体有三个接点：集电极（Collector），基极（Base）和发射极（Emitter）。如果基极上的电压低于0.7伏，那么晶体管据说是“关闭”的，而在那样的状态下，它的集电极和发射极之间有一个非常高的电阻，比电阻“R2” 的阻值高得多。刚才讨论的分压机制意味着集电极的电压将因此非常接近9伏——由相对于电阻“R2”的晶体管的集电极/发射极的电阻的比值而引起的。

    如果晶体管基极上的电压通过缓缓向上移动可变电阻的滑块而提高到0.7伏，则这将为基极饲给一个小小的电流，然后它通过发射极流出，切换晶体管接通，引起集电极和发射极之间的电阻瞬间下降到一个非常低的值，比电阻“R2”的阻值低得多的多。这意味着集电极上的电压将非常接近0伏。由此得出只通过转动可变电阻的轴就能切换晶体管导通和关闭：

    如果用灯泡代替R2，那么当晶体管导通时，灯会亮。 如果用继电器或光隔离器，则第二个电路会被运行：

    如果用一个蜂鸣器代替R2，则在晶体管导通时能听到警报声。如果用光敏电阻代替VR1，则当光照度增加或减少时，晶体管将启动，这取决于传感器是怎样连接的。如果用热敏电阻来代替VR1，则晶体管可以通过温度的上升或下降来启动。这同样适用于声音、风速、水的速度、振动级，等等、等等。——随后还有更多。

    我们需要的是能够计算出是什么电流正在绕着电路流动。如果电路只含有电阻，那么这可以用“欧姆定律”完成——它规定“电阻等于电压除以电流”，或者，如果你更喜欢：

    欧姆定律（只是电阻电路）。

    “欧姆＝伏特/安培”它表示的是测量的单位。

    上面的电路中，如果电压是9伏而电阻器为100欧姆，则通过用欧姆定律，我们可以计算出绕电路流动的电流为100欧姆＝9伏/安培，或安培＝9/100，即等于0.09安培。为了避免小数点，用了1毫安的单位。1安培有1000毫安。刚计算出的电流将通常被表示为90毫安，写作90 mA。

    上面的电路中，如果电压是9伏而电阻器为330欧姆，则通过用欧姆定律，我们可以计算出绕电路流动的电流为330欧姆＝9伏/安培。用“安培”乘以等式两边可得：安培×330欧姆＝9伏。用330除等式两边得：安培＝9伏/330欧姆计算出为0.027安培，写作27mA。

    用欧姆定律，我们可以计算出要用什么样的电阻器来提供任何所需的电流。如果电压为12伏，而所需的电流是250毫安，那么由于欧姆＝伏特/安培，所需电阻为：欧姆＝12/0.25安培,等于48欧姆。最接近的标准电阻为47欧姆（黄/紫/黑）。

    最后要做的是检查电阻的电压以确保连接到所推荐的电路时，电阻不会烧毁。在所提出的电路连接时的功率。功率计算为：瓦＝伏特×安培。在上一个示例中，给出瓦=12× 0.25，即3瓦。这比如今电路中使用的大多数电阻大得多。

    在前面的例子中，瓦=伏特×安培，那么瓦=9×0.027，得0.234瓦。又，为避免小数，用1毫瓦的单位，即，1000毫瓦＝1瓦。因此，不是写成0.234瓦，而是通常写作234mW（毫瓦）。

    这工作计算电压、电阻和功率的方法适用于任何电路——无论它们看上去多么棘手。例如，下面的电路就有五个电阻：

    如果两个或更多个电阻如上面的右图所示那样彼此跨，它们就被说成是“并联”，而其阻值则有不同组合。如果你想自己算出上面的等式，那么选择跨Rt上的电压，用欧姆定律算出通过Ra的电流和通过Rb的电流。把电流加到一起（因为它们两者是汲取自电压源），并再次用欧姆定律算出Rt的值，以确认这个1/Rt＝1/Ra＋1/Rb＋……的方程是正确的。它还包含一个能为你做这种计算的电子表格。

    在上面的示例中，R4是1K5(1,500欧姆)而R5是2K2(2,200欧姆)，所以其组合值的得出为：1/Rt＝1/1500＋1/2200或Rt＝892欧姆(用一个简单的计算器)。对这一结果应用理性检验：如果它们有两个1500欧姆电阻，则组合值本来有750欧姆。如果它们有两个2200欧姆电阻，则组合的值会有1100欧姆。因此，我们的答案必定介于750和1100欧姆之间。如果你回答是——比如说——1620欧姆，那么你立刻知道这是错的而需要重新计算。

    那么，电路中点“A”和点“B”的电压是怎样的? 由于R1和R2的值相等，它们对于任何穿过它们的特定电流有相等的电压降。 所以点“A”的电压将为电池电压的一半，即6伏。

    现在，点“B”。 电阻R4和R5起着单个892欧姆电阻的相同的作用，所以我们可以把它想象成两个串联的电阻：R3为470欧姆和R4＋R5为892欧姆。理性粗略检查：由于R3只有R4＋R5的大约一半的阻值，经过它大约会有经过R4＋R5的一半的压降，即经过R3约有4伏，而经过R4＋R5约有8伏，所以点“B”应该得出约8伏。

    我们可以用欧姆定律来计算流经点“B”的电流：

    欧姆＝伏特/安培，(或 安培＝伏特/欧姆 或 伏特＝欧姆×安培)

    (470＋892)＝12/安培，所以

    安培＝12/(470＋892)

    安培＝12/1362 或

    安培＝0.00881 安培 (8.81 毫安)。

    现在，我们知道电流通过（R4＝R5）的电流通过，我们可以计算出通过它们的确切电压：

    电阻 = 伏特 / 安培 所以

    892 = 伏特 / 0.00881 或

    伏特 = 892 x 0.00881

    伏特 = 7.859 伏特 

    由于我们理性估计是8伏特，我们可以接受7.86伏特作为处于“B”的精确的电压。

电位器  
    就在我们离开电阻器主题而转到更有趣的话题前，我们遇到了术语“电位器”。这个术语通常被很多人用它来描述可变电阻。我提起这个，只是要你明白他们在说什么。可变电阻器不是电位器，真的不应该这样叫。你可以跳过这一节的其余部分，因为它完全不重要，但这里只是告诉你什么是电位器：
    电压的一个花俏的名称是“电位”、“电势”、“势能”，所以由一个12伏电池供电的电路可以被描述为在电池的负极一侧具有零伏“电位”，而在电池正极的一侧具有正的十二伏。像我这样的普通人只会说“电压”，而不是说什么“电位”、“电势”、“势能”。
    当伏特计用于测量电路中的任意一点的电压时，它会通过从电路中汲取少量电流而使电路更改。 电压表通常有一个高内阻，所以电流很小，但是，即使它是一个很小的电流，它的确会改变电路。 因此，所做的测量并不非常准确。 科学家们，经过数年，用一个非常简洁的解决方案解决了的问题——他们测量电压时不从电路汲取任何电流——简洁吧? 他们这样做还用了一个非常简单的配置：

    设备的圆滑部件由电池、可变电阻构成，而仪表是用来测量在任意点上的“电位”（电压）的，因此被称为“电位计”。所以，请称呼一个可变电阻为“可变电阻器”，而不是称之为“电位器”来开我玩笑。正如我前面所说的，这完全不重要，如果你愿意，你可以把可变电阻叫做“长鼻怪”，只要你知道它是如何工作的就行。

了解电路原理图是什么意思
    很多人看电路图，不知道什么意味着什么，那么让我们看看是否能消除这种神秘感。以下面这个电路为例：

    这个电路有三个组件，再加上一些导线。“B”符号表示电池（Battery），或更严格地说，数个电池单元构成的电池。电池有许多不同的形状和大小。这里是其中一些：

    符号“R” 如上所述表示电阻器，而“LED”（Light-Emitting Diode）是发光二极管，看起来大概像这样：

    引线较长的是正的。许多LED要超过1.5伏才亮，而虽然很容易想到单节AA型电池是1.5伏，很常见的AA型镍氢电池只有1.2伏。所以，让我们建立电路用一节9伏电池和一个限制流过LED的电流的330欧姆的电阻（橙、橙、棕）。电路为：

    这表示电池的正极要与电阻连接。这可以用一段导线来连接，或直接把电阻与电池连接：

    然后LED连接到电阻的另一端：

    最后，LED的另一端连接到电池的负极：

    如果LED连接方向不对，不会有任何损失，只是LED不会亮起。质量差的连头可把导线拧在一起。质量更好的连接可用螺钉连接器：

    条形上的连接器的间距随连接器额定功率的不同而不同，市场上通常有四或五种规格，所以有时候需要裁剪条形和有时单个使用连接器。另一个选择是使用插板，虽然它们远非理想。它们曾经是很好用的，但后来集成电路带着它们的极小的引脚间距出现了，而插板通过使孔和孔间间距足够小来配合它们以适应集成电路。现在，很普通的元件如快速UF5408二极管不再可能即插即用了，因为这种二极管制品太大，无法插入那么小的孔洞里：

    连接的最有效的方法是将部件焊接在一起，而这并不是很难的事。维罗板（条状铜箔面包板）很方便，而且还可用其它几种样式的板。当我还很小的时候，市场上几乎没有什么组件，我对它们用的是绘图针和焊接部件，用湿布抵消过热，这在迅速降温上非常有效。但是，无论采用何种方法连接，您只需循着任意图中的连接线，看看有什么部件被连接在一起。

半导体
  
    本节讨论分立式半导体。后面一节论述“集成电路”，这是大规模半导体器件。
    ORP12光敏电阻。这种元件在黑暗中有着高电阻，而在明亮的光线中则是低电阻的。可以把它置于电路中以创建一个开关，它随光线的照度的增加或减少而启动运行：

    在此版本中，点“A”处电压控制电路。 黑暗中，ORP12的电阻是R1的12,000欧姆的十倍。 因此，点“A”的电压会很高。随着光照度的增加，ORP12的电阻值下降，把点“A”的电压向下拉。由于可变电阻“VR1”从点“A”连接到地轨(电池的－ve)，可以移动其滑块来选择0伏和“A”的电压之间的任意电压。 滑块点可以选择使晶体管在白天关掉而在晚上打开。要使电路在光照度增加时触发，只要交换R1和ORP12的位置即可。
    虽然大多数晶体管在这种电路中都能运行，但所示的晶体管是BC109。BC109是一种便宜的、硅、NPN结晶体管。它可以处理100毫安和30伏，并可以每秒开关超过100万次。它有三个接线：集电极，图中标为“c”，基极，图中标为“b”，以及发射极，图中标为“e”。
    如前面提到的，当没有电流流入基极时，集电极和发射极之间有一个非常高的电阻。如果一个小电流输送给基极，集电极/发射极电阻降低到一个非常低的值。集电极电流除以基极电流被称为晶体管的“增益”，通常被叫做“hfe”(三极管H参数，即，共发射极低频小信号输出交流短路电流放大系数)。像BC109或BC108这样的晶体管具有约200的增益，虽然它会因实际的晶体管不同而有变化。200的增益意味着200毫安的电流通过集电极需要1毫安的电流通过基极来维持它。各种半导体的关于规格参数和连接的特定信息可以从很棒的网站免费获取：www.alldatasheet.co.kr。这些是pdf格式的资料文档。
    上面显示的BC109晶体管是NPN型的。这是通过符号的箭头向外指来表示的。您还可以通过集电极指向正轨来分辨。构造与PNP器件类似结构的有硅晶体管。这些晶体管的符号的箭头是向内指的，而其集电极直接、或间接地连接负轨。这个系列的晶体管是最早的晶体管设计，被称为“双极”晶体管。
    这些硅晶体管结构如此有效，以致于它们可以直接连接在一起，大大提高增益。这种装置被称为“达林顿对”（“复合晶体管对”）。如果每个晶体管的增益为200，那么这种对获得的增益为200×200=40000。这有一个效应可以用一个非常小的电流来给负载供电。下图显示了一个用于水位检测器的达林顿对。如果你在船上睡着了，这种水上启动的闹钟会非常有用的。

    这里，(当电路接通)，晶体管TR的漏电流如此之小，使得TR2极需基极电流且难以关闭，穿过其集电极/发射极结给它一个高电阻。这使蜂鸣器的电压不足并使它保持关机状态。传感器是只是把两根探针固定在可接受的水平面的上方就位。如果水位上升，探针通过水连接。纯净水电阻高，但这个电路仍将使用纯净水。
    更大的可能是在实际情况下，水不会特别干净。加上电阻器R1以限制TR1的基极电流有可能使传感器探针短路。完全打开时，硅双极晶体管有一个约0.7伏的基极/发射极电压。TR1的基极与TR2的发射极之间，达林顿对将有大约1.4伏，所以，如果传感器探针被短路在一起，电阻器R1将有6 － 1.4 = 4.6伏穿过它。欧姆定律告诉我们通过它的电流为R=V/A或 47000=4.6/A或A=4.6/47000安培。这计算出0.098毫安，它以40000的晶体管增益会允许上达3.9A通过蜂鸣器。因为蜂鸣器需要仅为30毫安左右，它限制经过的电流通过它，而TR2可以被认为是难以用整个电池电压切换导通通过它。
    NPN晶体管的比PNP型更为常见，但它们之间几乎没有实用上的差别。下面是前面的电路用了PNP晶体管：

    区别不大。这里所示的大部分电路图用NPN型，但不仅仅这些不重要的，而且还有几种方法去设计任何特定的电路。 一般情况下，所有电路中所示的半导体罕有是关键的。 如果你能支配任何所示半导体的特性，任何合理地类似装置一般都可以被替代，尤其是如果你对电路的工作原理有一个大致的了解。前面的两个电路都可作为雨量探测器运行。 适当的传感器可以轻易地用交替连接在一起形成隔行网格的条形板件制成：

    这里，如果一滴雨滴在任意两个相邻的条形带之间桥接，电路将触发并响起警报。
    上面的电路里的晶体管以其连接地轨（任何电路中所示的靠下的电池线被认为是“地线”，除非在别处特别说明）的发射极（多个）连接。这种连接方法被称为“共发射极”。下面的电路采用 “射极输出器”模式的晶体管连接。这是发射极留给跟随基极电压的地方——它总是低于它0.7伏——除非基极本身被低于0.7伏驱动：

    这与前面所示的光控电路几乎一样。在这个变型里，晶体管的接线是要使它们起着一个“射极输出放大器”的作用，跟随点“A”的电压，随着光照度的下降而上升，同时ORP12的电阻增加。这导致通过继电器的电压增加，直到继电器动作并闭合其触点。继电器是电压运行的机械开关，这将在稍后更详细地描述。
    上面的电路的缺点是，当光照度降低，通过继电器的电流增加，而且可能有一个相当长时间的巨大量的电流。如果其用意是用电池给装置供电，那么电池寿命将远远短于它之所需。我们想要的是从关闭状态到导通状态迅速切换的一种电路，即使触发的输入变化仅仅是缓慢的。有几种方法来实现这一点，其中之一是把电路修改变成“施密特触发器”：

    这里，附加的晶体管（“TR2”）已经明显改变了电路的运行，使晶体管TR3开关迅速地充分开启和完全关闭。这导致通过继电器的电流非常低，直至电路触发。
    电路运行如下。当在TR1的基极上的电压足够高时，TR1导通，使它的集电极和发射极之间的电阻如此之低，以至于我们可以把它当作一个短路（这是一个几近于零电阻的连接）。这实际上串联10K和1K8电阻跨接电池。在其连接点（TR1的集电极和发射极）上的电压于是将约1.8伏。两个18K电阻串联跨接那个电压，这样联结点上的电压将为它的一半；0.9伏。
    这使得TR2的基极约0.9伏而其发射极为1.8伏。TR2的基极故此不高于其发射极0.7伏以上，所以TR2里没有基极/发射极电流流动，意味着TR2很难关闭。这意味着TR2的集电极/发射极电阻将非常高。TR3的基极上的电压由1K8电阻、TR2的集电极/发射极电阻（很高）和3K9电阻控制。这驱使TR3的基极电压上升到接近满电池电压，而且由于它是作为射极输出放大器布线的，其发射极电压将约为0.7伏——在那之下。这意味着继电器将使大部分的电池电压穿过它，因此将难以打开。
    一些实用的要点：流入TR3的基极的电流来自3K9电阻。3K9电阻需要3.9伏通过它，每次流经它是1毫安。如果继电器需要150毫安运行而TR3有300的增益，那么TR3将需要0.5毫安的基极电流去提供150毫安电流通过其集电极/发射极的结点。如果0.5毫安流经3K9电阻，其两端会有一个约2伏的压降。TR3基极/发射极电压将进一步为0.7伏，所以跨继电器电压将约为12.0－2.0－0.7=9.3伏，所以你需要确保继电器将在9伏可靠地工作。
    如果用晶体管的达林顿对而不是TR3，每个有300的增益，那么它们的组合基极/发射极电压降将是1.4伏，但它们将只需要150毫安/ (300 x 300) = 1/600毫安的基极电流。那个电流跨3K9电阻只会下降0.007伏，所以继电器将获得10.6伏。
    那么，你怎样算出任何具体晶体管的增益？用于电子产品的主要工作工具是万用表。这是一种数字或模拟仪表，可以广泛测量的东西是：电压、电流、电阻，……通常，仪表越贵，提供的范围越大。更贵的仪表还提供晶体管测试。就个人而言，我更喜欢更老式的、被动的万用表。这些都是被瞧不起的，因为它们从所连接的电路去汲取电流，但是，正因如此，它们总是给出可靠的读数。更现代的电池供电的数字万用表因其电池耗尽，会很乐意提供不正确的读数。我浪费了整整两天测试可充电电池，它似乎给出了一个不可能的性能。最后，我发现，这是一块废的万用表电池造成万用表的虚假读数。

晶体管测试器

    目前，让我们假设手头没有市购的晶体管测试器，而我们将自己做一个 (或者至少、探索怎样自己做一个)。晶体管的增益被定义为集电极/发射极的电流除以基极/发射极的电流。例如，如果1毫安流经集电极而0.01毫安流入基极来维持这种集电极流，则晶体管在1毫安有100倍的增益。携带不同的电流负载时，晶体管增益会发生变化。我们目前为止所看的电路，1毫安是测量晶体管增益的合理电流。那么让我们建立一个电路来测量增益吧：

    用这里所示的电路，调整可变电阻，直到毫安表上显示1毫安集电极电流，而晶体管的增益于是在可变电阻器旋钮上的刻度读出。电路建在一个装有电池的小盒子里，并且带有一个可以插入晶体管的插座。接下来的问题是，对于电阻R1和可变电阻VR1应该选择什么值?

    好吧，我们可以选择要显示的最小增益为10。这将对应于可变电阻器滑块一路行进直到电路图里的点“A”，有效地从电路图带出可变电阻器。如果晶体管增益是10而集电极电流是1毫安，则基极电流将为0.1毫安。这个电流要流过电阻R1，而它有一个(9.0－0.7)伏的电压穿过它，因为当晶体管导通时，基极/发射极电压是0.7伏。欧姆定律给我们 欧姆=伏特/安培，其中电阻R1意味着 欧姆=8.3/0.0001或83,000欧姆或83K。

    经验法则：如果有1伏通过它，1K提供1毫安，所以如果有1伏通过它，10K会给出0.1毫安。以8.3伏通过它，它需要8.3倍大，以保持电流下降到所需0.1毫安，所以电阻应该在83K大小。

    因为83K不是标准大小，我们需要用两个或更多个标准电阻器来给出那个阻值。最接近标准尺寸低于83K的是82K，所以我们可以用一个82K的电阻和一个1k电阻串联得到所需的83K。

    假定我们说，我们希望有500作为最高增益显示在我们的测试仪上，那么当VR1在其最大值时，它和R1应提供1毫安的集电极电流的1/500，即0.002毫安或0.000002安培。从欧姆定律我们再次得到VR1+R1=4,150,000欧姆或4M15。不幸的是，可变电阻现有最大值是2M2，所以电路按照现在的情况，将无法应付。

    假设我们只用了一个2M2的可变电阻器作为VR1，我们能显示晶体管的增益范围是多少？嗯，欧姆定律……让我们计算出用8.3伏跨越（83,000+2,200,000）欧姆的基极电流，由此得出的将是277.77（在1毫安上）的最大晶体管的增益。你会买一个“线性”标准碳轨可变电阻器，这样，当轴旋转时阻值变化平稳。您将制作出平均步长的刻度，它将从最低设置的10移动到最高设置的278。

    但这不是我们想要的。我们要测量高达500。但他们没有造出足够大的可变电阻，那么我们怎么办？好吧，如果我们想要，我们能够降低电池的电压，这反过来会降低电阻值。由于9伏电池非常适用于这种电路，让我们不要走那条路线吧。我们可以增加额外的电路来把9伏电池电压降下来到一个较低的值。最简单的解决方法是添加一个额外的电阻器和开关来得到两个范围。如果我们在VR1上方的一个额外的2M2电阻器里切换，则电路将测量从278到刚过500的晶体管增益，而我们要做的一切将是为VR1的指针旋钮添加第二个刻度来从上面移动。我们可以提供额外的叠加范围，而且它具有更恰当的刻度来标记。设计由你。

    上面包括的设计不是测量晶体管增益的唯一途径。第二种方法，它承认它不是那么准确，采取一组基极电流，并测量集电极电流作为增益的引导。在这个简单的方法里，选择一个或多个电阻值以得到增益范围，再用毫安表读取相应的增益：

    这里，当晶体管增益是100时，可能会选择电阻R1以得到1毫安(仪表满刻度偏转)的集电极电流。可能采取电阻R2使满刻度偏转而得到一个200的增益，采取R3得到一个400的增益，采取R4得到一个600的增益……等等。 一般来说，并非必须知道确切的增益，而对的它任何适度的近似估值就足够了。 通常你在需要180的增益的地方选择一个晶体管，所以，如果你采取的晶体管有着210或215的增益，它是不重要的——你只是避免晶体管增益低于180。

    你怎样计算出电阻R1到R4的值？嗯，你大概不会想到，但你用欧姆定律。电压降是8.3伏，而基极电流由满刻度偏转的1毫安除以每个范围的晶体管增益得出，即，R1为1/100毫安，R2为1/200毫安，……R4为1/600毫安，……

射极跟随放大器
    迄今为止展示的晶体管电路因为发射极通常与“负轨”或电池负线连接而被专业术语称为“共发射极”。这种应用方法非常普遍，因为当晶体管接通时，所有的电源电压都被提供给负载，。另一种常见的和非常有用的方法被称为“射极跟随放大器”的电路，其负载是连接到负轨，而不是晶体管的发射极的。以这种配置，发射极电压维持在低于晶体管基极电压0.7伏，并“跟随”那个电压，不管它如何变化。一般而言，晶体管被用于放大能够从晶体管基极所连接的电路中的那个点的电流。
    电路配置就像这样：

    如果电池是真正的12伏，那么可变电阻VR1的滑块可以从零伏电压至+12伏的电压、或这两个值之间的任何希望的值之间移动。这意味着晶体管TR1的基极上的电压可以是那些值当中的任意值。如果晶体管基极上的电压为0.7伏或更高，则晶体管将传导电流，而负载两端的电压将增加，直至发射极低于基极电压0.7伏。这意味着，负载两端的电压可以从0伏到11.3伏之间的任意值调节。这种电路被称为“射极跟随放大器”电路。

    “现实生活”中遇到的实际值是电池标记为12伏，而其实很少在那个电压上，普遍的值是12.8伏。我要求过基极到发射极的电压为0.7伏，但实际上它可能是从0.6伏至0.75伏的任意伏。这种电路的常见用法是用齐纳二极管将恒压传递到一个电路。电路就像这样：

    这种电路应该在点“A”有一个固定电压，因为齐纳二极管Z1应该产生一个固定电压。如果电池电压是固定的，那可以工作得相当好，但如果电池电压向上或向下变化，在“A”的的电压漂移，这意味着，负载两端的电压也改变了。有时你会在直流电路中看到这个。

直流电路
    一般推荐的方法去配置一个直流流经一些负载，或另一种是用一个集成电路设计来做这个工作。配置一般是这样的：

    这里，电阻R1控制有多少电流将在电路中流动，而电阻R2需要在阻值比R1高十倍。一个障碍是当稳定电流通过负载时，LM334Z下降约4伏。这是一个很大的电压牺牲。另一种配置是：

    以这个电路，两个如1N4007这样的普通二极管，用来给出一个稳定的电压——由于电流流经它们，由电阻R1供给。每个二极管两端有一个电压降，大体等于在晶体管TR1的基极/发射极结两端上的电压降。这意味着，电阻R2两端将有大约与二极管中的一个相同的电压。我的经验是，如果电池电压随时间的推移而变化，二极管两端的电压降影响不大。选择电阻器R2的值，得到流经负载所需的电流。自动调节晶体管集电极/发射极连接点两端的电压降，以保持通过负载的电流在恒定的所需值上。

替代晶体管 
    最近的一个问题是在这12章电路中如何找到T13009晶体管的替代晶体管，因为看来它没有本地的供应商，而会把2N2222晶体管做替代品？

    这是一个很合理的问题。因此，要回答这个问题，我们来看看电路，我们看到，晶体管的集电极要向上拉，直到它超过了电池系列的电压。有五个成一条链的12伏电池从晶体管发射极上行，而尽管那些电池上写有“12伏”，而它们每个可以充到高达14伏。这意味着晶体管集电极可以上拉到5×14 =70伏或更高的电压——如果要给电池充电的话。所以，按常理说，任何成功的替代晶体管必须至少有70伏的额定电压。

    如果我们要找出晶体管或二极管的规格参数，我们可以去http://www.alldatasheet.com/网站，虽然只是谷歌晶体管名，常常很快就能得到所需信息。至少，在网站上，网页的顶部有一个这样的入口部分：

    而如果你键入T13009作为元件名：

    然后点击搜索按钮，于是会出现这个：

      
    那么你在蓝色的ST13009链接上点击时，它于是会出现一个略显混乱的广告显示，提供一些完全无关的元件信息。但是，如果你向下一点滚动页面，你到达一个到晶体管数据表的链接：

    如果你接着点击PDF符号，你会得到提供指向pdf文件的实际链接的另一个屏幕：

    点击该链接实际上是为您提供数据表，您可以本地存储来永远保存，不必再去大量搜索。

    这不是一种场效应晶体管，因此我们主要关心的是它可以承受的电压、它可以承载的持续电流、在提供突发脉冲时它能处理的峰值电流、它能处理多大的功率总量、你期望能得到什么样的直流增益（即放大）、以及它能运行多快。

    听起来挺复杂，但实际上很简单。不过，有一个制造业是分做晶体管和大部分其它的电子元器件的，所以，我们对这些物品正在寻找的只是一个大概数。 即，你可以有五个一模一样的晶体管在手头，但最不可能的是其中任意两个实际上是完全相同的。然而，让我们看看这个数据工作表，看看我们能找到什么：

    首先，晶体管可以承受基极无连接的最大电压是400伏，这似乎比我们的电路中达到的多得多。

    下一步，电流。如果在脉冲中，连续电流被规定为12安培和24安培。这似乎多于电路所需，因为12伏连接的40瓦的持续输出是一个低于4安培的电流。

    接下来，瓦数零规定为100瓦（散热器无疑是需要的——想象一下手中拿着一盏点亮的100瓦灯泡将会是多么的惬意）。然而，在我们的电路中，晶体管大部分时间是关闭的，因此，瓦数似乎不是问题。

    然后是开关速度，这个在本电路中可能是重要的。数据表建议的大约60纳秒好像是对任何T13009晶体管的。

    而最后，直流电流增益大概会在5安培电流的15和39之间。它可能要远比低电流好得多。

    有些人很难想象双极晶体管（场效应晶体管）是怎样工作的，所以让我略加详细地做个解释。当电流流经双极晶体管时，当时晶体管的基极电压是相当稳定的。这有点像有一个大湖，以一道长长的水平坝墙把水留在湖中。湖水水位低于大坝时，则没有水漫过大坝。如果湖水水位上升，则水溢出大坝。那个水流的量受漫过大坝的水的深度的影响非常大，由于甚至深度略有增加而导致水流的大量增加。晶体管的基极也相同，这就是为什么基极电流要用电阻限制。 没有电阻，电流将极迅速变成大安培，并通过基极/发射极结的纯粹加热烧毁晶体管。

    基极电流就像集电极和发射极之间的一个阀门的设置。如果晶体管增益是200，则1毫安流入基极使得集电极和发射极之间流动200毫安，除非集电极和电池之间有一个负载——一个扼制那个电流的负载，而这是正常的情况下。例如，如果0.5毫安流入基极，则最多有100毫安 可以传递到集电极和发射极之间。任何晶体管的增益取决于电流流过晶体管的大小，而如此不同的是，唯一的方法恰当地规定它，是画一个图表。因此，印出的增益数只给出一个或两个电流。通常，电流越低来越，实际增益越高，所以如果得到的增益是在1安培下的20，而你只打算有100毫安流过它，那么你可以期望一个比20高得多的增益。在一个正在导电的单一的晶体管的基极上的电压将始终是0.7伏（或非常接近，这取决于那个特定的晶体管是如何实际制造的）。即使电流流入基极从0.1毫安增大至100毫安，那个0.7伏也保持着稳定。那么回到我们的T13009晶体管。

    好了，现在我们对T13009晶体管有了一点了解，并询问了2N2222晶体管的问题，那么我们在所有数据表的网站上查找，而我们发现，最大电压为40伏。这把它排除出了我们的电路——那里的电压至少达到70伏，而2N2222晶体管会立刻毁掉。于是我们看看电流，看到它有一个一安培的0.8的最大值，这意味着它对这个电路真的是差了太远了。

    我们知道，TIP3055（最初封装为2N3055）是非常受自由能建造人的欢迎的，所以我们查找并发现它可以处理高达60伏的电压、功率90瓦以及电流15安培。尽管这是一个强大的晶体管，但它的额定电压对于这个电路看起来好象过低。

    那么，现在我们怎么办？一种方法是请一位电子专家给出一个合适的选项。另一种方法是查找您当地的供应商，对我来说就是 www.esr.co.uk,px 他把你带到下面这个表，这是许多表中的一个，并且具有更多的条目：

    我们想要一个NPN晶体管，所以MJ11016看起来可能有100伏的容量、30安培电流和200瓦的损耗。在单一的情况下，这是一个达林顿，所以基极将接通1.4伏左右而不是0.7伏，但这在我们的电路中不应该造成任何差异。以一个1000的增益，一个简单的碳可变电阻可以用于控制基极电流。还有许多其它的晶体管可供选择。

    另一种方法找到一个合适的晶体管也许要去eBay上搜索“晶体管”，看看流行什么晶体管，以及要花多少钱。另一种可能是电路尝试用场效应晶体管——如IRF740，它是一种高压、非常强大而且不贵的晶体管。然而，场效应晶体管在电压上触发，而且通过其“栅极”连接几乎没有汲取到电流，它相当于一个双极的"基极"连接，所以可能需要用电路做一些试验。

    也许还值得看一看第六章亚力克斯克在他的5个电池的电路中选择什么样的晶体管。如果我们那样做，我们发现MJE13009有着相同的规格，因此几乎可以肯定与T13009晶体管是一样的，而MJE型号在eBay上是现成的。另一个晶体管是2SC3552晶体管，有着500伏的能力和150瓦的容量，并被描述为“快速响应”的晶体管。

二极管  

    一直被展示、但未曾叙述的一个元件是二极管或“整流器”。这是一种电流在一个方向流动有着非常高的阻值、而在相反方向上流动的阻值极低的装置。晶体管的基极/发射极结是一个有效的二极管——而且在不得已时，可以这样用。低价购买适当的二极管，并且比晶体管的基极/发射极结具有高得多的电压和电流处理能力。

    二极管主要由两种材料中的一种——锗和硅——制成。锗二极管用很小的交变电流，如空中的无线电信号。这是因为锗二极管只需要0.2伏左右去携带电流，而硅需要0.6至0.7伏（与硅晶体管基极/发射极结相同）。锗二极管（和晶体管）对温度变化非常敏感，因此一般只限于低功率电路。对于硅二极管一个非常简洁的应用是作为一个“不间断电源”，以瞬间抓住市电断电故障：

    在这个该电路中，市电电压驱动在点“A”产生12伏的电源单元。这给负载提供了电流。二极管在点“A”有+12伏和在点“B”有+12伏，所以两端没有电压降，而且它也不会向任何方向运送电流。这意味着，当市电正在工作时，电池被有效隔离。如果电源单元的输出升至超出其12伏的设计电位，则二极管会阻止它输送电流进入电池。

    如果市电出现故障，电源单元（“PSU”）输出将下降到零。如果没有电池和二极管，点“A”的电压将下降到零，这将使负载掉电，并可能导致严重问题。例如，如果负载是你的电脑，市电故障可能导致你丢失重要数据。用这类备用电池，你将有时间保存数据，并在电池用完之前关闭您的计算机。

    电路以一种非常简单的方式工作。一旦在点“A”上的电压下降到0.7伏，低于点“B”上的+12伏，二极管开始从电池向负载馈送电流。这发生少于百万分之一秒，所以负荷不会失去电流。增加一个警示灯和/或蜂鸣器表明市电源已失效还是值得的。

    二极管还打包为二极管桥供货——用四个二极管封装在内。通常用于电源整流，它们不是特别地快速作用二极管，但价格便宜，可以承载大量的电流。常见的大小是用额定1000伏并能携带35安培的二极管。虽然有很多封装类型，一个非常常见的封装看起来像这样：

    交变信号被连接在两个对角之间，而脉冲直流从另两个端子取出。在这张照片中没有看到上面所示的、通常标示在平面上的符号。封装在中央有一个孔，使金属外壳可以用螺栓固定在散热片上，以当承载大电流时保持设备适度冷却。封装内的连接是这样的：

    可以用不同的方式连接桥，并用它作为一个更高电压的倍增二极管配置，如下所示：

    通过能够漏过交变电流并只连接到正号和负号端子，如果二极管串联连接，则封装提供两对。这使得电压处理两次，在电流路径和额定电流处理能力方面，现在在这两个路径中彼此相连，这使电流处理能力加倍。该图显示了三个普通的、便宜的1000伏35安培的桥如何连接能得到一个70安培6000伏的复合二极管。如果你愿意的话，你也可以，通过用它们中的四个，把1000伏35安的二极管桥提高到2000伏70安，就像这样：

    二极管的规格用电压处理能力用及其载电流容量和它们能切换导通和关闭的速度来指定。对于电源其频率是非常低的，任何二极管都行，但有电路需要每秒开关成千上万次，所以需要检查二极管说明书来看看什么频率可以用任何特定的二极管处理。这些数据一览表可以这里免费下载：http://www.alldatasheet.co.kr/。

    对于某些电路另一个需要检查的是让二极管导通所需的电压。制造二极管时使用两种常见的材料是硅和锗。锗类型通常有一个大约0.2伏的低正向电压，其中硅普遍有大约0.6伏的阈值。这些电压数字随着电流通过二极管的增加而变化很大。用非常低电压的电路需要锗二极管，如1N34。

    发光二极管
    有一种广泛应用的二极管的变型是非常有用的，而这就是发光二极管或“LED”（Light Emitting Diode）。这是一种承载电流时发出光线的二极管。市面上有红、绿、蓝、黄或白光等型号。如果电流以不同的电气连接通过它们，有些型号可以显示多种颜色的光。

    LED在大约8或10毫安电流得到的是微光，而在20到30毫安时得到的是强光。如果它们用12伏系统，那么就有必要串联1K至330欧姆的电阻。LED是可靠的设备，不受冲击和振动影响。它们有不同直径，而较大的尺寸比那些小型的明显得多。

    闸流管 (SCR)和三端双向可控硅  
    二极管的另一种版本是可控硅整流器或“闸流管”。这种装置不承载电流——直到它的栅极接收到一个输入电流。这恰好和晶体管的运行一样，但闸流管一旦接通，就持续保持——即使栅极信号被移开。它一直保持导通，直到通过闸流管的电流被强制为零，通常由它两端的电压移除。闸流管常用以交流电压（如下所述），而这导致闸流管关闭——如果栅极输入被移除。闸流管只在正压上运行，所以它们未能利用来自交流电源的可用功率一半。闸流管的一种更先进的版本是“三端双向可控硅”，它与闸流管以相同的方式运行，但即能处理正电压，也能处理负电压。

    光隔离器  
    LED的另一个非常有用的变型是光隔离器。这种装置是一个完全封闭的LED和光敏晶体管。当LED被加电时，它切换晶体管导通。这种装置的重要优势是，LED可以在低电压、小功率传感电路中，而晶体管可以在一个完全独立的、高电压、大功率的电路里。光隔离器使两个电路彼此完全隔离。这是一种非常有用、并且非常普遍的、低成本的设备。

交流电

    电池提供恒定电压。这被称为直流或 “DC”电源。当电路连接电池，正轨始终为正而负轨始终为负。
    如下所示，如果你通过双刀转换开关把电池连接到一个电路：

    当操作转换开关时，电池实际上被翻转或倒置。这种电路被称为“逆变器”，因为它重复反转电源电压。如果开关在一个定时的、快速的基础上操作时，输出电压的曲线图所右边所示。这是一个“方波”电压，并在电子设备中广泛使用。这就是所谓的交流电，或简称“AC”。闸流管和三端双向可控硅可以方便地用于这种类型的电源电压。市电电压也是交流电，但相当不同：

    市电电压以正弦波的形式连续变化。在英国，市电电压被描述为“240伏交流电”，而其周期是每秒上下50次，即，在一秒钟里50个正峰和50个负峰。合理假定每个电压的峰值将是240伏，但实际并非如此。即使电源被描述为240伏，其峰值要比那大2倍的平方根，即，339.4伏。其实供电电压并不特别准确，因此所有用于市电的设备应额定为360伏。在美国，在电源电压为110伏交流电，它的周期为每秒60次，峰值在正负155伏。稍后，你会看到一个或多个二极管是怎样在一个以“电源适配器”销售的设备里可以用来将交流转换为直流的，其目的是让电池运行由当地市电电源运行的设备。

线圈（“感应器”）和螺线管  
    如果你取一根硬纸管，任意大小，任意长度，绕着它缠上一段导线，你就做成了一个非常有趣的装置。它被称为“线圈”或“感应器”，或“螺线管”。　

    这是一种有着许多用途的非常有趣的装置。它构成了一个无线电接收器的心脏，它曾经是电话交换机的主要元件，以及大部分电动机使用其中的几个。其原因是，如果电流通过导线，线圈起着与磁棒完全相同的作用：

    其主要的区别在于，当电流中断时，线圈停止起像磁铁那样的作用，而这的确非常有用。如果一根铁棒放在线圈内并打开电流开关，铁棒会被推到一边。许多门铃使用这种机制产生两个音符的谐和音律。一个继电器用这种方法关闭电器的开关，而许多电路用它切换重负载（闸流管也可以用于此，且没有移动件）。

    导线线圈具有几乎任何电子元件的最奇怪的一个特点。当通过它的电流以任何方式被改变，线圈则反对改变。记得光控开关用继电器的电路吗？

    你会注意到继电器（主要是一个导线线圈）有一个二极管跨过它。那时无论是继电器还是二极管，由于与所描述的电路不相关而没有非常详细地解说过。连接二极管，使得没有电流通过它从电池正极到“地”线（电池的负极）。表面上，看起来好像它在个电路中是没用的。实际上，这是用于保护晶体管TR3免遭损坏的一个非常重要的元件。

    当晶体管TR3导通时，继电器线圈携带电流。晶体管TR3的发射极上至约+10伏。当TR3关闭，它极其迅速地推动继电器的连接点从+10伏到0伏。发生这种情况时，继电器线圈以一种最特殊的方式做出反应，通过继电器线圈的电流刚停止时，连接到TR3的发射极的线圈的一端上的电压不断下移。如果没有二极管跨接继电器，发射极电压被迫片刻过冲电路的负线，并拉低许多伏特——在电池负线之下。TR3的集电极连接到+12伏，所以如果发射极被拉低到——比方说——负30伏，TR3于其两端得到42伏。如果晶体管只能处理——比如说——30伏，那么它将被42伏的峰值毁损。

    线圈的运作的方式是怪异的。但是，要了解开关断开的那一刻会发生什么，我们通过放一个二极管跨接继电器的线圈来处理。开关打开，和当继电器通电时，二极管没有影响，显示对电流的电阻非常高。开关关闭，继电器电压开始暴跌到电池线以下，二极管实际上翻转进入其导电模式。当电压达到低于电池负线0.7伏时，二极管开始导通并压住电压在那个电平，直到继电器线圈产生的电压尖峰消散。线圈越是试图拉低电压，二极管越难导通，遏制向下骤降。这限制跨晶体管TR3电压比电池电压高0.7伏，因而保护它。

    螺线管可以是非常有用的。这里是一个强力电动机设计，是美国人本·梯尔（Ben Teal）1978年6月的专利 （美国专利号4,093,880）。这是一个非常简单的设计，如果你愿意，可以自己做。本的原始电机是木制的，而几乎可以使用任何方便的材料。这是俯视图：

    而这是侧视图：

    本用了八个螺线管模仿汽车发动机的工作方式。有曲轴和连杆，像所有的汽车引擎一样。连杆连接到曲轴上的滑环上，而螺线管在适当的时刻得到一个电流脉冲去拉动曲轴转动。曲轴每转一周收到四个拉动。此处所示的配置中，两个螺线管在同一时刻拉动。

    在上面的侧视图中，每一层有四个螺线管，而你可以扩展曲轴，使之如你所愿的有4个螺线管一层的多个层。发动机功率随每一层的添加而增加。两层应该是相当充足的了，因为这是一种只有两层的强力电动机。

    有趣的一点是，当螺线管脉冲结束，由于线圈的怪异属性，其拉力短暂地改为推力。如果脉冲的定时在这个电机上是恰好的，短暂的推力可以用来增加电机的功率，而不是反作用于电机的旋转。这种特征也被用在本文的“自由能”部分中描述亚当斯电机。

    由螺线管所产生的磁场的强度是受线圈中的匝数、流经线圈的电流以及线圈内的“线圈架”（线圈绕制其上的管子）的性质影响的。顺便提一下，有几种花式方法缠绕线圈也可以有一种效应，但这里我们将仅讨论线圈的线匝与线圈架成直角的并列绕制。

    1.在线圈上每绕一匝，增加磁场。所用的导线越粗，线圈里流动的电流越大——对于放置线圈两端的任意电压。不幸的是，导线越粗，每匝占用空间越多，所以导线的选择是折衷的。

    2.供给线圈的功率取决于跨接它的电压。瓦特=伏特×安培，所以电压越大，提供的功率越大。但是，我们也由欧姆定律得知，欧姆=伏特/安培，也可以写成欧姆×安培=伏特。欧姆在这种情况下由所选择的导线和匝数所确定，因此，如果我们加倍电压，那么我们就加倍电流。
    例如：假设线圈电阻为1欧姆，电压1伏，和电流1安培。则功率瓦特为伏特×安培或1×1为1瓦。
    现在，电压加倍到2伏。线圈电阻仍然是1欧姆，这样电流现在是2安培。功率瓦特为伏特×安培或2×2是4瓦。加倍电压有了四倍的功率。
    如果电压增加到3伏。线圈电阻仍然是1欧姆，那么电流现在是3安培。 功率瓦特是伏特×安培或3×3为9瓦。功率是欧姆×安培的平方，或瓦特＝欧姆×安培×安培。 由此可见施加到任何线圈或螺线管的电压是通过线圈开发功率的关键。

    3.线圈绕在什么上也相当重要。如果线圈绕在覆盖了一层纸的软铁棒上，则磁效应被显着增加。如果棒的两端是像平头螺丝刀的锥形或锉小成一个尖点，则磁力线在离开这根铁棒时会集中在一起，磁效应进一步提高。

    如果软铁芯是实心的，有些能量是通过绕铁芯流动的电流丢失。这些电流可通过用彼此绝缘的薄金属条子（称为“叠片”）最小化。您可以在变压器的结构中最常看到，在那里你有两个线圈绕在一个单一的内芯上。因为它适于批量生产，变压器通常绕成两个单独的线圈，其然后置于一个溜冰8字花式的层叠铁芯上。

变压器
    变压器用于改变任何交流电源的电压。如果更改是增加输出电压，则变压器称为“升压”变压器。如果输出电压比输入电压低，则它被称为“降压”变压器。如果电压相同，它被称为“隔离”变压器。常见的结构看起来就像这样：

    线圈的绕线筒置于上面标注着“A”的叠片部分上。线圈缠绕在其绕线筒线圈架上，首选是一个绕组，然后第二个绕组。线轴于是置于“E”形叠片的中间部分，横闩被放置在顶部，于是完全被叠片所包围。安装夹带用于将两组叠片固定在一起，并为变压器连接到底盘提供安装凸耳。通常每组有二十片叠片，而每一片叠片与相邻叠片绝缘。

    如果你想改变供电电池的电压，可以建立一个电路产生交流电压，然后用变压器来改变那个交流电压为任何你想要的电压。这种最常见的形式，是从12伏汽车电池产生的市电电压，使市电设备能在偏远地区——如船、大篷车等运行。这些电路被称为“逆变器”，而它们是非常受欢迎的装备件。在任何变压器的次级线圈上的电压是由初级和次级绕组的匝数比来确定的。

    例如;如果有一个10伏的交流电压提供，而你有一个初级线圈100匝和次级线圈1000匝的变压器。如果你连接10伏跨接初级，次级线圈两端将产生100伏。

    相反，如果你连接10伏跨接次级线圈，初级绕组两端将生成一个1伏的电压。这是因为两个绕组之间的比率为10:1。能量守恒定律就像它适用于一切一样也适用于变压器。初级绕组的功率输入将与次级绕组减去损耗的功率相同。损耗，在这种情况下，将是整个变压器的温度上升。如果电流通过变压器远远低于其额定容量，则损失会很小。重点是进入初级绕组的1安培10伏将在次级里产生100伏，但稍微低于0.1安培：功率输入为10瓦，而功率输出也差不多是10瓦。电压已升至100伏，但势电流消耗从1安培降低到0.1安培(100毫安)。

    实际上，绕组中所用导线粗细非常重要。如果放在绕组两端的电压高，则线径小。线圈绕组的电阻相当低，但这在电路中不是关键，因为线圈以一种特殊的方式工作。线圈除了直流“电阻”之外，还有它们的交流“阻抗”。而直流电（比如说，来自电池）可以轻易地以低电阻通过线圈流动，交流电会由于其高“阻抗”而难以通过线圈。有时，线圈用来扼制直流电缆上出现的任何交流纹波（干涉）。当线圈被用于此用途时，称为“扼流”。每个线圈有自己的共振频率，而在那个频率上，交流电是非常困难通过线圈的。矿石收音机就是用这个原理工作：

    这里，天线捡起空中的每一个无线电台广播。它们都在不同的频率上，而且它们都从架空天线下来，寻找与地球连接的最简捷的途径。其中大多数没有任何问题地运行通过线圈。如果线圈的共振频率匹配无线电台中的一个频率，则那个无线电信号（并且只有那个信号）发现它很难通过线圈而去寻找到地球的更简捷的路径。下一条最简捷的路径是通过二极管和耳机，这样信号便走了那条路。二极管块拦截信号的一部分，它在耳机里产生了无线电广播的声音。

    如果无线电信号良好，这个系统运行确实很好。用锗二极管是因为无线电信号电压非常小，而锗二极管运行在0.2伏上，但硅二极管需要0.7伏去运行。这种差异在这些非常低的电压上是显著的。线圈的共振频率取决于线圈中的匝数。在这个设计中，线圈有一个滑块，允许匝数改变，因此，可以调谐不同的电台。

整流和电源
    现在我们有一个如何把交流电压转变成恒定的“直流”电压的问题。矿石收音机晶体通过截去交替无线电信号的一半而工作。如果我们对一个市电变压器的输出这样做——具有一个输出，比如说，12伏交流电，结果不是很理想：

    这里，我们有上图所示的情况。输出由每秒50次的孤立脉冲组成。你会发现，有一半时间是没有输出功率的。波形的负的部分是被二极管的高电阻拦截了，而波形的正的部分被“正向偏压”二极管的低电阻允许通。应当记住的是，传导时二极管下降0.7伏，因此半波整流变压器的输出将比变压器的实际输出电压低0.7伏。

    如果用四个二极管而不是一个，它们可以按下图所示配置。这种配置的二极管被称为“桥”。这里波形的正的部分流过靠上的蓝色二极管、负载“L”并继续通过靠下的蓝色二极管。负的部分流经左边的红色二极管、 负载、然后是右边的红色二极管。这就以一倍的可用功率给出了一个好得多输出波形。因为在供应链中有两个硅二极管，输出电压将比变压器输出电压低1.4伏。

    因为有一个电压下降到零伏每秒100次，即使是全波整流器的输出仍是不尽人意的。只有少数设备用这样的电源可以良好运行，汽车用的白炽灯泡可以用此输出，但另一方面，它可以使用原始的交流电源而无需任何整流。当电压下降到零的那个时刻，我们需要通过用一个储存装置给源电流来提高输出。我们需要的装置是曾经被称为“冷凝器”的电容器。使用电容器的供电整流器的电路如下所示：

    这产生一个好得多的结果，因为电容器存储一些峰值能量，并当电压下降时把它放出来。如果装置的负载轻，没有太多的电流取自于它，从目前所采取的单元上的负载很轻，输出电压是相当不错的。然而，如果耗用电流增加，输出电压被拉低每秒100次。这个电压的变化被称为“纹波”，而如果装置正供给一个音频系统或一台收音机，纹波很可能会听成一个恼人的嗡嗡声。电容器对于任何给定的电流消耗越大，纹波越小。

    为了改善这种情况，通常是插入一个电子控制电路以抗衡纹波：

    这个电路用了一个新元件——称为“齐纳”二极管（稳压二极管）的二极管新品种。当其电流阻塞方向击穿时，这个装置在它两端具有一个几乎恒定的电压降。在这种状态中，这种二极管被设计运行以提供参考电压。电路只从齐纳二极管的顶部用微小电流驱动达林顿对的射极跟随器晶体管用于提供输出电流。

    用这个电路，当输出电流增加，晶体管对的电阻自动降低，以提供更多的电流而无需改变输出电压。包括1K的电阻以给晶体管一个闭路——如果没有外部设备跨接输出端。选择齐纳二极管使得比所需输出电压多1.4伏，同时两个晶体管导通时下降1.4伏。

　　你应该注意到，输出晶体管在满的源电流下正在下降到6伏。瓦特=伏特×安培，所以，晶体管消耗的功率可能会相当高。很可能有必要把晶体管安装在称为“散热片”的铝板上以防止其过热。某些功率晶体管，如2N3055，没有隔离晶体管的有效部件这种情况。良好的习惯做法是在晶体管和散热片之间用一个云母垫片，因为它导热，而又不会造成金属散热片的电连接。

    电容器，作为一个电的储存件，可以作为定时器电路的一部分使用。如果经过一个电阻，流入的电流就受到限制。在一个空电容器上开始的电流以及电容器两端电压达到某个所选电平之间的时间长度，将成为高品质电容器的常量。 

    随着电压增加逐渐减少，它变得更加难以准确地测量差异，所以，如果电容器是用于产生一个时间间隔，通常是用图形区域的早期部分，其线条是相当笔直并快速攀升的。

多谐振荡器：双稳态
    可以用基本元件——如电阻器、电容器、晶体管、线圈等——建成电子电路的数目是受你的想象力和需求限制的。这里是两个晶体管作为一对运行的电路： 

    这个电路有两个稳定状态，因此它被称为“双”“稳定”或“双稳（态）的”电路。理解这一简单和有用的电路的运行是很重要的。

    如果按下按钮开关“A”，它短路晶体管TR1的基极/发射极。这防止了基极/发射极结里的任何电流的流动，因此硬关闭TR1。这使得点“C”的电压尽可能升高。这使得由两端有11.3伏的R1和R2给TR2晶体管供电并硬导通TR2。

    这把点“D”拉下到约0.1伏。这种情况在不到百万分之一秒发生。当释放按钮开关“A”，晶体管TR1没有再次打开，因为它的基极电流流过连接点“D”的电阻器R3是远远低于使TR1开始导通所需要的0.7伏的。

    其结果是，当按下按钮“A”时，晶体管TR2接通，并甚至当按钮“A”被释放时保持导通。这关闭了晶体管TR3，并截断了电流载荷。这是第一个“稳定态”。

    当按下按钮“B”时也发生同样的事。这迫使晶体管TR2进入其“断开”状态，把点“D”提高到一个高电压，硬导通晶体管TR3，给负载供电，并保持硬关闭晶体管TR1。这是两个“稳定态”的第二个。

    实际上，这个电路“记住”了哪一个按钮是最后按下的，因此数百万计的这些电路作为随机存取存储器（“RAM”）被用于计算机。点“C”的电压与点“D”的电压是相反的，因此，如果“D”走高，则“C” 走低，如果“D”变低，则“C”变高。顺带一提，在“D”的输出通常被称为“Q”，而在“C”的输出被称为“杠Q”，显示为字母Q上画一水平横线。这显示在一个电路图中。

    这个电路的细微变化使得当电路上电时，负载通电：

    当断电时，这个电路中的电容器“C1”通过电阻器“R6”完全放电。当12伏特电源连接到电路时，电容器C1不会立即充电，所以保持TR2的基极降到低于0.7伏的时间比它使晶体管TR1接通的时间要长得多（这，反过来，保持TR2硬关闭）。提醒一下，如果不必让负载保持无限期通电，那么更简单的电路可以做到这一点：

    这里，当开关关闭时，电容器C1的两边都是12伏，而这导致1K8电阻大大导通，驱动晶体管并给负载供电。电容器快速充电，通过晶体管而到达它不再保持该晶体管接通的那个点上。当电池断开时，1M电阻给电容器放电，准备下一次的电池连接。

单稳态多谐振荡器
    单稳态有一个稳定态和一个不稳定态。它可以翻转其稳定态，但它会“掉落”而返回到其稳定态。出于这个原因，它又被称为“触发器”电路。它类似于一个双稳态电路，但交联的电阻中的一个已经被一个电容器取代，它能像电阻那样传递电流，但时间有限，此后，电容器充满电而电流停止，导致“掉落”而再一次返回到稳定态。

    在这个电路中，“R”电阻和“C”电容的值确定单稳态处于其非稳态多长时间。电路运行就像这样：

    1.在稳定态中，晶体管TR1截止。其集电极电压高，推高电容器“C”的左边接近+12伏。由于电容器“C”的右手侧连接TR2的基极是在0.7伏，电容器被充电到约11.3伏。
    2.按钮开关操作简单。这个馈送电流通过其10K电阻到晶体管TR1的基极，切换硬导通。这降低了TR1的集电极电压到接近0伏——带上电容器的左边。
    3.由于电容器两端的电压不能立即改变，电容器的右手侧驱使晶体管TR2的基极降到低于0.7伏，使TR2关闭。
    4.该电路不能永远维持TR2在其“关闭”状态中。电阻“R”把电流送入电容器，迫使TR2的基极电压稳定上升，直至电压达到0.7伏，然后晶体管TR2再次接通，迫使TR1再次关闭（条件是按钮开关已被释放）。这是再次的稳定态。如果按钮开关保持导通，则两个晶体管都将导通，而输出电压将仍然是低的。另一个输出脉冲将不会生成，直到按钮松开并再次按下。

    这个电路可用于微波炉切换任何选定的秒数导通；在你自制的防盗报警器上做一个继电器，给你时间在你穿行过前门后去关闭它；操作一个电磁阀，在生产线上给瓶子注入预定量的饮料；或其它什么东西……

非稳态多谐振荡器  

    非稳态电路是添加了第二个电容的单稳态，以至于均处于不稳态的电路。这导致电路不停地来回扑腾：

    切换速率由R1/C1和R2/C2组合控制。负载的导通时间到其断开时间被称为“占空”比，这里，导通周期是“占”而关闭周期是“空”。如果你选择用有自己的极性的电解电容器，则每个电容器的 + ve 端被连接到晶体管的集电极。

    而能够很好的了解这些多谐振荡器电路是如何运作以及能够建立的，如今有封装在一个单独的包装里的预制电路，这是你更可能选择应用的。这些被称为集成电路或简称“IC”。我们很快就会讨论到。在做之前，请注意上述的电路中，晶体管TR3改变成一个新的品种，称为场效应晶体管（“FET”）。这种类型的晶体管比以前的电路中所示的“双极”晶体管新。FET有两个品种：“n沟道”的，如NPN晶体管和“p沟道”的，如PNP晶体管。

    FET更难做，但现在已达到一定程度的成本和可靠性，使得它们确实是非常有用的。它们几乎不需要基极电流（称为该类晶体管的“门”电流），这意味着它们对它们所连接的任何电路几乎没有影响。此外，它们当中有许多可以处理大电流，并以拥有大功率处理能力而自豪。正因为如此，通常看到它们是与一块金属极板安装在一起的，那是准备用螺栓固定到铝散热板上以帮助驱散由于电流流过它们而产生的大量的热量的。上面显示的“RFP50N06”可以处理高达50伏特，和承载达60安培，这是非同小可的功率处理能力。

门控
    这些通用的芯片通常有2个、4个或8个输出。那么，为什么叫“门”——它不是只是一个双反相器吗？嗯，是的，它是一个双反相器，但是是一个起着门的作用、可以通过或阻止电子信号的双反相器。请看看这个电路： 

    这里，晶体管“TR1”和“TR2”连接，形成一个非稳态（多谐振荡器）。非稳态顺畅运行，生产所示为红色的方波电压模式。晶体管“TR3”通过这个电压信号。TR3反转方波，但这没有实际影响，当从TR2的集电极取出信号时，输出为相同的频率方波。

    如果按下点“A”的按钮开关，一个电流输送到TR3的基极，它保持其硬导通。点“C”的电压降到零并停在那里。TR2集电极的方波信号被阻断而到达不到输出点“C”。好像有一个物理的“门”已被关闭，阻塞信号到达点“C”。只要点“A”的电压低，门就是开的。如果点“A”的电压高，门则关闭，输出被阻断。

    没必要在点“A”设手动开关。任何电子开关电路都行：

    这里，一个缓慢运行的非稳态代替了手动切换。当“非稳态2”的输出电压高时，它切换选通晶体管“TR3”，保持硬导通并阻断“非稳态1”的方波信号。当“非稳态2”的输出电压低时，它释放晶体管“TR3”，然后它传递“非稳态1”信号再次通过。产生的选通波形显示为在点“C”的红色，而它是脉冲串信号，由“非稳态2”的运行速率控制。这是那种斯坦·梅耶发现在将水分解成氢气和氧气时非常有效的波形 （见第十章）。

    这个电路也可画成：

    逻辑器件输出侧上的小圆圈是表示它们是逆变电路，换言之，当输入上升时，输出下降。目前为止我们所遇到的两个逻辑器件都有这样的圆圈：反相器和与非门。

    如果你愿意，你可以用一个与非门芯片，它建成的电路也制成为一个施密特触发器，这正如你会回想起的，有一个快速切换的输出——即使输入是缓慢移动的。用这样的芯片，你可以从一个器件得到三种不同的功能： 

    如果两个与非门的输入连接在一起，则输出将总是与输入相反，即，门起着反相器的作用。这种配置由于是构建成与非门电路的方式，也可以充当一个施密特触发器。有几个封装是用这类电路制作的，这里所示的是“74132”芯片，它有四个“双路输入”与非门。门几乎可以有任何数量的输入，但它很少需要两个以上的给定的任意电路。另一个有相同的引脚连接的芯片是4011芯片（这不是一个施密特电路）。这种“四路双输入”与非门封装用的称为“CMOS”的构造方法在实际连接到一个电路以前，很容易被静电损坏。CMOS芯片可以用很大量程的电压，而取非常小的电流。它们便宜而且非常受欢迎。

    内置到一个集成电路里的装置的数量通常是受封装内引脚数的限制，而一个引脚需要用于到“外部世界”的连接。封装制成有6脚（通常为光隔离器）、8脚（许多常规电路）、14脚（许多常规电路，主要是计算机的逻辑电路）、16脚（同上，但不常见），然后跳到用于大型设备——例如微处理器、存储器芯片等——的很多脚的装置。标准的IC封装是小型化的：

    原型电路通常建立在“条状铜箔电路板”上的，这是沿一面贯穿着铜条、并打有矩阵孔的一块硬板。铜条用于造成电连接，和在需要的地方打断它。这种条板通常被称为“万孔板”、“面包板”、“洞洞板”：

    时下，条形板孔间隔2.5毫米（1/10英寸），这意味着铜条之间的间隙的确非常小。我个人而言，觉得在两个相邻铜条之间没有焊桥是很难在铜条上做好焊接点的。也许，需要一个小一点的烙铁。我需要用一个8倍的放大镜，以确保新电路首次加电之前没有留有焊桥存在。纤细的手指和良好的视力是电路板结构的决定性优势。孔的窄间距使得标准的集成电路的数字集成逻辑封装将直接安装在电路板上。

    用计算机电路制作的电路能遭遇到机械开关的问题。 普通的电灯开关开灯和关灯。 你打开它，灯亮。 你把它关掉，灯灭。 它如此有效运行的原因是灯泡也许——需要花十分之一秒亮起来。计算机电路可以在那十分之一秒的100000倍内打开和关闭，所以有些电路不能与机械开关一起可靠地工作。 这是因为开关关闭时，接点跳动。 它可能跳动一次、 两次或多次，这取决于开关的运行状态。 如果作为计数电路的输入使用了开关，电路可能会对开关的一个运行计数为1、2或数个切换。任何机械开关“防反跳”是正常的。 这可以使用两个与非门连接成这样 ︰

“与非”闩锁

    这里，机械开关由“闩锁”缓冲。操作“设置”开关时，输出变低。门“1”的未连接的输入的表现就好像其上有一个高电压（由于与非门电路的建成方式）。另一个输入由门“2”的输出保持在低电平。这把门“1”的输出推高，它反过来又保持门“2”的输出低。这是第一个稳定态。

    当操作“设置”开关时，门“2”的输出被驱高。现在，门“1”的两个输入均为高，这导致它的输出变低。反过来，驱使门“2”的一个输入走低，它保持门“2”的输出高。这是第二个稳定态。

    总结：按动“设置”开关多次，使输出变低，一次且仅一次。输出保持低位，直到“重置”开关操作一次、两次或多次，在这个点上输出会走高并保持。

    这种电路只用一个便宜的与非门芯片的一半来创建一个双稳态多谐振荡器，它实际上是非常小和非常轻的。

门电路（选通电路）
  
    与非门可以用作各种电子电路的心脏——除了封装设计的逻辑电路。这是一个前面描述的雨水报警器的与非门版本。“4011B”芯片是CMOS器件，具有很高的输入阻抗，可以在合适的电池电压（3伏至15伏）下运行： 

    2. 它的输出电压，在电路图的点“A”，通常是低的，因为条状板在干燥时是开路的。这使得第一个与非门保持锁定在关闭状态，防止第一个非稳态振荡。这个第一个非稳态在图中是蓝色的色码。其频率（它产生的符号的间距）由47K电阻器的值和1微法 电容器的制约。减少其中任意一个的值将提高频率（符号间距）。如果雨水落在传感器上，在点“A”的电压变高，让非稳态自如运行。如果下雨时点“A”的电压没有充分上升，则加大1M电阻的值。

    3. 当传感器干燥时，第一个非稳态的输出是低电压。它取自点“B”，然后传递到第二个非稳态的门输入，使它保持在关闭状态。第二个非稳态的速度受470K电阻和0.001微法电容的值的控制。减少其中任意一个的值将提高非稳态产生的符号的间距。这个非稳态运行的速率远高于第一个非稳态。

    下雨时，点“A”的电压升高，让第一个非稳态振荡。当它这样做时，它将第二个非稳态以一个稳定的节奏模式去转变开和关。这从第二个非稳态向图中点“C”提供高速振荡的重复脉冲。

    如果门控输入低，电路将不会振荡，所以假设它是高的。取门2的输出低的时刻。要做到这一点，门2的输入必须高。由于门1的输出直接连接到门2的输入，它必定是高的，而当此为真，其输入中至少有一个必须是低的。这种情况显示在右侧。

    现在点“A”和点“B”之间有一个全电压降。47K电阻器和电容器在这个电压降两端串联，因此电容器开始充电，逐渐提高在点“C”的电压。电阻的值越低，电压上升越快。电容器的值越大，电压上升越慢。

    当点“C”的电压充分上升，100K的电阻提升门1的输入电压，使它远足以改变其状态。这导致了下面的状态：

    现在，跨“A”到“B”的电压被翻转，而在点“C”的电压开始下降，其速率受47K电阻器的大小和1微法电容的制约。当点“C”的电压降至足够低时，它要门1的输入足够低（通过100K的电阻），而使门1再次切换状态。这使得电路初始化所讨论的状态。这就是为什么电路持续振荡，直到门1的门控输入为低，以阻止振荡。

    现在，这里是与非门电路的通断切换顺序︰ 

    这个电路用按钮开关反复接通和断开发光二极管。当开关关闭时，电容器“C1”保持点“A”在低电压。这促使门1的输出升高，它通过100K电阻“R1”移高了门2的输入。这促使点“B”的电压低，关闭晶体管，使LED停留在其关闭状态。在点“B”的低电压通过100K电阻“R2”反馈给点“A”，保持它在低电压。这是第一个稳定态。

    由于门1的输出高，电容器“C2”通过2M2电阻给那个电压充电。如果短暂按下按钮开关，“C2”的高压升高点“A”的电压，使门1改变状态，因此，门2也改变了状态。再次，点“B”的高电压经由100K电阻“R2”反馈给点“A”，使它保持在高电压，维持着这个状态。这是第二个稳定态。在这种状态下，点“B”有一个高电压，而这经由4.7K电阻馈送给晶体管的基极，将其打开，并点亮发光二极管（LED）。

    在这个第二态下，门1的输出低，所以电容器“C2”迅速放电到一个低电压。如果再次按下按钮开关，“C2”的低压驱使点“A”再次走低，使电路恢复到它原来的稳定态。

    如果愿意，我们可以修改电路，以使它导通后运行三、四分钟，但随后停止运行，直到电路被关闭，然后再重新打开。这是通过门控的门1来实现的，而不是仅仅把两者作为反相器来利用。如果我们选通第二个门，则LED将长亮，所以，我们将修改第一个门电路：

    如果，而且仅当如果在点“C”的电压高时，这个电路与前面的电路的运行方式才完全相同。随着点“C”的电压高，门1被释放，像以前一样在点“A”对电压做出反应。如果点“C”的电压低，它把门1的输出锁定在高电平，迫使门2的输出变为低电平，并保持LED关闭。

    当电路首次加电，新的100微法电容“C3”完全放电，拉动点“C”的电压到接近+9伏。这使得门1顺畅运行，而LED可以像以前一样切换导通和关闭。随着时间的推移，由2M2电阻供给的电荷在电容器“C3”积聚。这导致点“C”的电压稳步下降。下降速率由电容器的大小和电阻的大小决定。电阻越大，下降越慢。电容越大，下降越慢。由于“C3”的电流“泄漏”，所示的值约与实际上的一样大。

    三、四分钟后，点“C”的电压被变得低得足以运行门1，而防止电路的进一步的运行。这种类型的电路可以成为一个竞技游戏的一部分，在这里的参赛者必须在有限的时间来完成某些任务。

作为放大器的与非门

“NE555”计时器芯片 
    有一个用数字555命名的、特别有用的芯片。这种芯片设计用于振荡器和定时器电路。其应用是如此普遍，以至于芯片价格相对于其性能来说是非常低的。它能用5伏到18伏的电压运行，而它的输出能处理200毫安。当它输出低时，它取1毫安；而它的输出高时为10毫安。它以8脚双列直插封装上市，也有14脚的封装型号，那包含了两个独立的555电路。管脚连接为：

    而这里是一个单稳态： 

    注︰大值电解电容器的高漏泄阻止它们在计时电路中与高值电阻器一起使用。相反，用较小的电容器，并用一个“除以N”的芯片按照计时电路给出一个精确计时的长周期。并不是所有的555芯片都有制造业的质量使它们足以可靠地在高于20000赫兹下运行的，因此对于更高的频率，需要对芯片进行实际的性能测试后才选定。

    我们还可连接555以得到一个变化的占空比，同时持有一个固定的振荡频率：

    这个电路的可变频率版本可通过把33K电阻改为一个可变电阻器来产生，如下所示：

    这里，33K电阻已被两个可变电阻和一个定值的电阻所取代。主要的可变电阻是47K大小（几乎是随意的选择），而它输送给第二个4.7K大小的可变电阻。这个第二个可变电阻的优点是它可以设置它的中点和以47K变量完成频率调谐。当频率近似正确时，4.7K变量可用于微调频率。这很方便，因为小变量相对于主变量将比旋钮调动多十倍（仅为其值的10%）。

    显然，没必要去微调可变电阻，而且，可以无需改变电路的运行而把它省略。由于47K可变电阻可以被设置为零电阻，而4.7K可变电阻也可以被设为零电阻，为避免输出脚3和50K占空可变电阻之间的彻底短路，加上了一个3.3K的固定电阻。在这个电路中，频率由你选择的电阻链47K+4.7K+3.3K（从55K到3.3K可调）和引脚6与零伏之间的100nF（0.1微法）的电容设置。令电容器越大，频带越低。令电阻越大，频带也越低。当然，降低电容器的大小和/或降低电阻器链的大小，则提高频率。

    555芯片可以用于通过其引脚4“复位”选项选通第二个555芯片。你会记得我们已经用两个非稳态和一个晶体管开发过一个电路来这样做。我们还用四个与非门产生了同样的效果。这里，我们将用两个555芯片的更常规的电路产生相同的输出波形：

    两个555电路都可以以一个单个的14脚双列直插、命名为“556”的封装买到。

    用555芯片可以产生许多其它的电路类型。如果你想探究可能性，我建议您从这个网站下载免费的“50 555项目”pdf文档：http://www.talkingelectronics.com/projects/50%20-%20555%20Circuits/50%20-%20555%20Circuits.html。

    555芯片也可以产生正弦波输出：

    或者，如果你愿意，一个双稳态多谐振荡器：

    好吧，假定我们要设计和建造一个与第11章中提到的鲍勃·贝克的脉冲发生器一样的电路。要求是产生一个方波输出脉冲，每秒4次使用一个27伏电源，电路由三个小型PP3大小的电池供电。用于电路的一个显而易见的选择似乎是一个555定时器芯片，这个小型、坚固和廉价、而且适宜的电路似乎是：

    这让我们去选择电容和电阻的值。我们需要注意的事实是电路将运行在27伏上，而同时像那样电压下，电容器将不会有任何充电，我们仍然会捡拾一个幸存的27伏。看看当地的eBay，显示一个1微法额定50伏的十个电容器一个包装，可以只用1英镑买到，还包括邮费，所以把这当作“C”的值。看着上面显示的555的频率表： 

    这表明，要得到电路每秒切换4次（4赫兹），电阻“R”需要在100K和470K之间。对于我的电容器，120K大概是正确的。
    而开关频率并非必须精确，让我们以让它准确为目标吧。大多数合理定价的元件都有一个大约10%的公差，所以我们需要为我们的电阻/电容组合选择我们将使用的实际组件的精确值。为此，应该把电路建造在一个无焊料的“电路试验板”上，所以，再到易趣网看看，我们找到一个合适的小插板，花3英镑就可以买到和交货。它看起来像这样：

    这类板允许集成电路跨过中间的隔断插入，交由每个引脚上五个附加的连接。长度较短的实芯线可用于在任意两个插孔之间连接。这将允许我们插入一个我们的电容器，然后找到怎样的电阻（或怎样的两个电阻）令电路在十秒里切换四十次。
    然而，如果我们去 http://www.alldatasheet.co.kr/ 下载NE555芯片数据，我们发现555芯片电压最大值相当有限：

    这意味着如果馈送给芯片超过16伏，很容易瞬间烧毁。由于我们还要在27伏上运行我们的电路，这就成问题了。因为27伏是由三个独立的电池供给的，我们可以仅用一个电池供应555芯片，并在9伏上运行它，从芯片的角度来看，这将是正确的，因为上表显示它能以低至4.5伏那样的电源电压正确地运行。这种配置的缺点是其中一个电池会比其它电池更快耗尽，最好能避免这种情况。

    上表还显示电流消耗只是为了保持555运行，可以是6到15毫安之间的任何值。这不是大电流，而为其小尺寸则选择了PP3电池，使得整个电路可以绑在一个人的手腕上。在互联网上快速搜索，显示廉价的PP3电池有一个400毫安小时的容量，而非常昂贵的碱性类型则是565毫安小时。它们额定为“20”的值，基于电池放电在恒流下超过一个二十个小时周期，如果按照鲍勃·贝克的提议，每天用两个小时，这将使用十天。

    这意味着“廉价”的电池放电不应该超过其400毫安额定的二十分之一，即20毫安。昂贵的碱性电池应该能在28毫安放电二十小时。

    我们的电流消耗由两部分组成。第一部分用电路所需运行的电流供给电路。第二部分是流经用户身体的电流。这第二部分受到输出线中820欧姆电阻的限制，限制这部分的电流到最大值的33毫安（欧姆定律：安培=伏特/电阻）。这忽略了身体的电阻，并假定输出控制可变电阻器设置为最小电阻，这是不太可能的。

    检查这些值显示，555芯片容易通过输出电极汲取像电路电源一样多的电流。然而，让我们继续用这电路，毕竟，我们可能决定使用可充电的PP3电池，这将解决每隔几天就需要购买新电池的问题。
第一个基本要求是当它在一个闭路里运行时，以一个电压提供给555芯片——比如说，10伏。那可以用一个稳压集成电路达成：

    这并非是一个特别昂贵的选项，但那些芯片汲取一个电流以使电压稳定，而555芯片并不需要绝对稳定的电压。或者，我们可以用一个电阻和一个10伏的齐纳二极管：

    但那种方法的确浪费一些电流流过齐纳管，以提供想要的电压。最简单的方法是用一个电阻和一个电容：

    选择电阻值“R”时，需要相当的小心。如果值太低，则传递给555芯片的电压会太高，芯片会燃毁。当选择电阻“R”的时候，以高于预期值开始，然后用略低值的电阻替代，同时监控电容器两端的电压，以确保它保持在足够低的电平上。电阻值可以用欧姆定律来评估。假设一个约6毫安的电流，电阻器两端的电压降为（27–10）= 17伏，则约2.83K（因为欧姆=伏特/安培）的电阻表明，以一个4.7K的电阻开始应该是可行的，然后依次选取每个更低的标准电阻器，直到电容器两端的电压符合要求。

    电容器可额定为12伏或15伏，但如果用了一个额定电压较高的，则如果偶尔跨接了全27伏，它也不会受到任何损害。电容量越大越好，比如说，220微法在易趣网几便士就可买到。如果你不想冒险，你可以在电容器两端连接一个12伏的齐纳二极管。它在正常工作状态下不会消耗任何电流，但更可能会导致电容器两端电压上升，那么它会点燃，而把电压保持降低到一个安全的12伏电平。我倾向于视齐纳管是多余的，但选择权归你。

    那么需要什么样的电阻功率额定值呢？嗯，如果电阻原来是2.7K，而电容电压最终为9.5伏，则电阻两端的平均电压是17.5伏，这使通过它的电流为6.48毫安，而由于瓦特=伏特×安培，功率额定需为113毫瓦，因此典型的四分之一瓦（250毫瓦）电阻应该十分理想。如果用两个（几乎等值）电阻并联得到“R”的某种中间值，则增加了整体的电阻瓦数。

    555芯片的输出于是用于驱动电路的其余部分，即运行在27伏上。BC109C晶体管成本只有几便士，可以处理电压和200的最小增益——虽然增益怎样都可以达到800，而BC109可以相当容易处理电流。如果你要找出这些东西的相关数据，则下载一个来自互联网的晶体管数据表。

    555定时器的输出在引脚3上，而它可以很容易地就供应200毫安，这大大超过了我们要给这个电路所需的电流。我们可以用一个晶体管输送给555方波输出到27伏电极：

   因为晶体管由硅制成，导通电压是当基极电压约高于发射极电压0.7伏时。这意味着晶体管导通时，电阻器“R1”的顶部将大约在10伏，而“R1”的底部将大约在0.7伏，这意味着“R1”两端的电压将是（10－0.7）= 9.3伏。当那个电压出现在“R1”两端，我们希望它馈送足够的电流给晶体管，以切换它完全导通。晶体管供应一个100K的电阻器（当它两端是27伏时，它将携带0.27毫安）和电极，这将在它们两端具有一个820欧姆的最小电阻（导致一个33毫安的电流通过它们）。所以，晶体管可能最大要提供约33毫安。BC109C晶体管有一个200的最小增益，这样电流流入基极需要为 33/200 = 0.165毫安，而将要携带那个电流的电阻的两端具有9.3伏时，它是56.3K。一个稍小的电阻会是合适的。

    常识性检查电阻的正确计算是：

    1K的电阻每伏携带1毫安，因此它两端是9.3伏时将携带9.3毫安。
    10K的电阻将携带那个量的十分之一，或它两端是9.3伏时将携带0.93毫安。
    100K的电阻将携带上一个量的十分之一，或它两端是9.3伏时将携带0.093毫安。

    这表明，对于0.165毫安的电流，这大约两倍于100K的电流，大约100K的一半的电阻应该是大概的正确值，所以56.3K看起来是正确的。

    考虑到200的增益是最小值，而典型的是三或四倍，我们也许可以选择用47K电阻给“R1”。

    由于电极电流可能相对比33毫安小，并且由于BC109C增益可能非常高，它可能相当难以令晶体管关闭，因为它可以在非常微量的输入电流上运行。要让它利落地导通和断开，555的输出电压应该说——大约是5伏，（在该点上NE555电压将急速改变），“R2”也包括在内。把它放到适当的位置上，NE555的输出电压在“R1”和“R2”之间以其电阻的比率分配。我们希望的情况是：

    当晶体管不导通时，它几乎没有消耗电流，所以对电路来说，像是个非常高值的电阻。这使得“R1”和“R2”电阻起着一个分压器对的作用。这导致点“A”的电压由“R1”对“R2”的比率决定，而假若“A”的电压低于0.7伏，晶体管可以被忽略。如果在那个点的电压上升到0.7伏，则情况戏剧性地改变，而欧姆定律不再保持晶体管作为一个被动的电阻，而是相反，是一种主动的半导体装置。如果“A”的电压试图进一步上升，它不能，是因为晶体管的基座把它牢牢地夹紧在那里，看上去像晶体管的基极和发射极之间从来就是更低的电阻。因此对于较高的输入电压，电阻“R2” 也可能不在那里成为造成一切的不同之处。

    那么，对于“R2”，我们要多大的值，以使得NE555的引脚3达到5伏时，点“A”的电压为0.7伏？嗯，那部分电路表现为一种阻性方式，所以可以用到欧姆定律。电阻“R1”是47K，而两端有4.3伏的电压，这意味着通过它的电流必定有0.915毫安。这意味着“R2”两端有0.7伏，而通过它的0.915毫安意味着它的值是7.65K。由于没有什么引人注目的重要的5伏切换点，所以可以用标准的8.2K或6.8K电阻。如果你着意要得到精确的7.65K（你不应该这样），那么你可以通过组合两个标准电阻而获得那个值——即可以是串联，也可以是并联。

    计算出“R2”的值的常识方法是应用以下的事实，即当同一电流流经它们时（不管那是什么样的电流），则电压的比率将与电阻的比率相同。即：0.7伏/4.3伏=“R2”/47K 或“R2”= 47K×0.7/4.3，即为7.65K。

    我们现在已到达这一步，在这里我们可以确定所需的阻值去为NE555计时器芯片提供一个合理的电压，电路为：

    “Rx”的值将相当接近270K，所以测试时你可以用这个值去找出一个“R”合适的值（我的情况是2.2K）。跨接NE555芯片的电容器的电容应该尽可能大较为适宜，请记住整个电路、电池、等等，是放进一个小盒子里绑在手腕上的。组件可以被放置在插件板上的一种方法是：

    记住，当为“R”试各种不同的电阻时，你需要从大约高为4.7K开始，而电容器上产生的电压显示你选择的第一个电阻两端电压下降，因此有用电流被你的特定的NE555芯片所消耗。那个计算的电流将让你计算所需的电阻值，以得到10伏左右，让你的下一个被测试的电阻值近乎精确。

    为检查由电路产生的频率，可以用任何普通的LED作为临时措施。它可以把100K的“负载”电阻跨接在晶体管的集电极和+27伏的正电源线之间。限流电阻器对防止LED瞬间烧毁是必不可少的。如果我们让5毫安的电流通过LED，则由于限流电阻器两端约有26.3伏，那么它的值将大约是5.4K（1K会给出26毫安，2K会得到13毫安，3K将得到9毫安，4K会有6.5毫安），所以4.7K的电阻效果不错。这个LED和电阻布局如上所示。请记住，如果你的BC109C晶体管具有金属外壳，则那个外壳通常在内部连接到集电极，因此，必须小心那个外壳不要与任何别的东西短路。

    如果认为通过降低电流消耗到最低值对于最大限度提高电池寿命是重要的，那么也许用一个非稳态电路可能是一个不错的选择。与大多数电子电路一样，设计一个合适的电路来实现所需功能是有许多不同的方法的。BC109C晶体管可以处理27伏，因为我们可以以只有3毫安的电流消耗为目的给电路。如果非稳态晶体管导通时，有2毫安流过它，那么其两端有27伏，电阻会是13.5K，这不是标准值。我们可以选择12K以得到2.25毫安的电流，或15K得到1.8毫安。两者都应该是符合要求的。电路也许会是： 

    随着电压摆动馈送到输出晶体管，现在已经从10伏上升到27伏，分压电阻现在可以增值2.7倍，使这些电阻得到大约127K和22.1K。不过，情况并不一样，因为NE555芯片在高压输出电平下至少能提供200毫安。相反，晶体管变为这样的一种高电阻，可以被忽略，但在12K仍留在路径中给输出晶体管提供基极电流，而这实际上将加到分压器对的上部的电阻上。因此，尽管显示了100K的电阻，由于它与+27伏电源线之间附加的12K电阻，它实际上是112K。非稳态晶体管将在输出晶体管改变状态的点上快速切换，所以输出方波应该是高品质的。BC109C晶体管可以每秒切换打开和关闭一亿次，所以它的性能在这个电路里应该很不错的。测试线路板布局可能是：

    我们现在需要选择定时元件。对于即使50％的话占空比，其每个晶体管有一半的时间导通和一半的时间关闭，这两个定时电容器可以同样大小，而两个定时电阻将具有相同的值，我的情况是330K，但这取决于实际所使用的电容器。

    在设备导通时，鲍勃·贝克的设计需要LED显示出正在运行，然后当电极插进安装在容纳电路的盒子上的一个3.5毫米的插座时断开连接。开关插座看起来像这样：

    插头没有插入插座时，连接到引脚2和引脚3的引脚1再没有连接到任何其它点。当插头插入，则引脚1被隔开，引脚2连接到插头引脚4，而引脚3被连接到插头引脚5。

    贝克电路连接的输出插座就像这样：

  
    这个配置将通过插孔插座得到27伏4赫兹方波输出。但是，鲍勃·贝克有原始电路并没有这样做。相反，它是像这样的：

    这里，继电器运行两个用于每秒四次反转电池组触点的转换开关触点。这与在两个输出端子之间只产生正向方波电压是不同的。如果你考虑在输出插座两端连接一个电阻，则用继电器开关，每秒四次电流方向反转，但以这个方波，虽然它每秒启动和停止四次，电流方向却始终不变，方向没有反转。

    由于鲍勃想避免使用十一章中描述的、在两小时治疗全程都每秒切换四次的继电器，而在http://www.free-energy-info.tuks.nl/网站的“取回你的能量”pdf里，他用非常令人印象深刻的LM358/A集成电路重新设计了电路： 

    这种芯片只消耗半个毫安，有两个很高增益的运算放大器，并能以一个大量程的电源电压运行。而且它还很便宜。

    鲍勃展示的电路为：

    鲍勃指出，第一部分的起着一个4赫兹方波信号发生器的作用，由2.4M的电阻“R1”和100nF的电容“C1”控制频率。LM358的参数表表明输出电压的摆幅是在小于电源电压“Vcc”（这里是+27伏）的零伏和1.5伏之间。这意味着，按预期，第一阶段的管脚1输出电压将从0伏到+25.5伏急遽切换并急遽返回，每秒四次。

    按电路所画的是很难跟随的，当绘制成下面这样也许多少容易一点：

    LM358封装内的第一放大器的输出在引脚1上，它能提供大量的电流（如果一直需要大量电流）。那个输出直接到达插孔连接之一。它还去到芯片内的第二放大器的管脚6输入，而那导致管脚7上的那个放大器的高功率输出与管脚1电压相反。当管脚1走高到+25.5伏时，则管脚7变低，约到零伏。那个输出还馈送到其它插孔连接，当插头插入插孔时，在电极两端有25.5伏。

    当振荡器电路连接到第一放大器时，引起管脚1上的电压变低，于是管脚7上的输出把它反转，所以它变成+25.5伏。您会注意到，虽然为25.5伏的总电压再次施加给插孔，但现在极性是翻转的，实现中继电路所做的（尽管在这个过程中损失了1.5伏）。这是一个简洁的解决方案。

    电极插入前，鲍勃用了一个双色的LED来确认电路的正确运行。他选择这样做： 

    两个18伏的齐纳二极管把25.5伏下降到18.7，当一个将被正向偏置压降0.7伏时，而另一个反向偏置，下降18伏。这使得LED下降7伏，这有点过度，所以鲍勃说，他用一个电容器来限制电流。由于在通过插座的LED电流路径中已经有一个820欧姆的电阻，就无需电容了。可变电阻需要通过完全顺时针方向旋转它的轴去设置其最小电阻，以使得电池电压已经下降到再没有足够的电压来点亮LED时，它不会影响LED亮度，因为齐纳管同样也显示，说明电池需要更换（或充电——如果它们是可充电电池）。当测试电路——如果手头没有双色LED，可用一个4.7K电阻替换两个齐纳管，然后两个普通二极管可以这样背靠背使用：

    以这样的配置，两个LED交替闪烁。在任何电路中，如果电容的值相同，具有较高电压额定的电容器可以始终被使用。贝克的外电路是通过用户的躯体完成的，所以只有一个电极连接到输出插孔插座的每一侧。可能的插线板布局是：

    4.7K电阻和LED在板上只用于检测目的，而当电路以永久形式搭建，那么LED链连接到插孔座的引脚1上，使得使用装置时，在推荐的每天2小时的治疗过程中LED被断开。
    一个条板布局是使用标准的9条25孔板，并加上两个18伏的齐纳二极管作为电压传感：

741运算放大器  
    一个重要的和非常有用的集成电路分类是“运算放大器”或“运算放大器”类。这些器件具有很高的增益，有一个“反和一个“正相”输入。有多种运算放大器，但我们将只审视一种称为“741”的通用型，它有一个100,000倍的“开放式回路”的增益。理论上，所有运算放大器的工作原理相同。它们在电路中的运行方式由连接它们的外部元件控制。它们可作为反相放大器、正相放大器（即，“缓冲器”）、比较器、非稳态多谐振荡器、以及各种其它东西运行。741运算放大器的符号和连接为：

    我们可以把741芯片作为放大器与我们选择的任何设置的增益级别连接： 

    这里，增益通过220K电阻到22K电阻的比率设置。这个电路有一个10倍的增益，这样点“B”的输入信号将在点“C”产生一个大十倍的输出信号——只要输出信号与电池电压不接近。如果接近，则限幅会以离电池电压电平一伏左右削去输出波形的顶部和底部出现，此例中约为1伏和+11伏。

    运算放大器一般设计为双电源供电运行。上例中，电源将通过使用两个6伏电池，而非一个12伏电池创建。为了避免这种不便，在点“A”通过使用两个相等的电阻与电池两端串联而产生一个中点电压。这样得到了馈给集成电路的一个+6伏的中心电压。

    这种电路可以应用在许多方面。这里是一种用于测量声强的仪表的电路：

    这个电路是以前电路的两个拷贝。每个741芯片有一个由1K电阻的分压器对创建的半电源电压的参考电压。这个电压输送到芯片的正相输入引脚3。

    在点“A”，当声音到达时，用一个麦克风或小扬声器产生一个信号电压。这个电压通过1微法的隔直流电容器输送到741运算放大器。这样传递了音频信号通过，同时阻断了引脚3上的+4.5伏直流。第一个741有一个22的增益，由10K和220K电阻设置（220/10 = 22）。

    点“B”于是接收一个比麦克风产生的信号大22倍的音频信号。这个信号仍然相当小，所以第二个741把它进一步加强。第二个741的增益是可变的，并取决于在1M可变电阻器上的电阻设置。如果可变电阻设置为零欧姆，则第二个741的增益将在点“C”由4K7电阻单独控制，因此将是1（4.7/4.7 = 1）。如果可变电阻设置为它的最大值，则第二个741的增益将为214（1,004,700/4,700 = 213.8）。 

    两个运算放大器在一起具有一个组合增益，范围从22到4702。放大的音频信号到达点“D”，而它可以被调节到一个可观的值。这个交流电压现在经由二极管在点“E”整流，并且它在47微法的电容器两端累积起一个直流电压。这个电压被显示在一个电压计上。结果是电压计显示的读数与到达麦克风的声音电平成正比。

    741可连接为一个缓冲器。在应用晶体管时，这是一个射极跟随器的等效电路。对于741的设置是：

    电路很难——呵呵！你确定你能承受得了所有额外的元件？这个电路利用了741芯片的全增益。输出完全遵循输入波形。输入几乎不需要电流，因此电路被描述为有一个“高输入阻抗”。输出可以驱动一个非同小可的负载，如继电器，因此电路被描述为有一个“低输出阻抗”。

    741芯片可以连接成一个比较器。这是电路：

    你确定你能胜任这种难度的电路？有点复杂——呵呵！这是一个运算放大器的基本运行形式。

    如果点“A”的电压高于点“B”，则输出会尽可能走低，即1或2伏。

    如果点“A”的电压低于点“B”的电压，则输出会尽可能走高，即10伏左右。

    见过晶体管电路是如何工作的，你应该能够理解为什么741芯片电路（即741封装内的晶体管电路）在电源轨内部需要一些电压去提供高效大电流输出驱动。
    这里是光控开关的741版本：

    这个电路在夜幕降临时设置。我们需要继电器两端在白天具有最小电压，所以点“A”的电压需要比点“B”的电压高。由于1K可变电阻跨接电源电压，其滑块可在以设置为0伏和+12伏之间的任何电压。要使这容易做到，我们选择“线性”可变电阻器，因为对数的品种会很难在这种应用中调整。用“线性”版本，电阻器轴旋转每1度引起电阻相同的改变——不管处于范围的任何位置。而对数品种则不会这样。

    总之，我们下调可变电阻，直到继电器电压下降到最低值。当亮度下降到我们希望触发电路的级别，我们调整可变电阻，使继电器打开。当输入电压交换时，741芯片有一个非常急遽的输出电压摆动，所以继电器切换将是决定性的。通过增加输出和点“B”之间的一个电阻，甚至可以造成更多的正切换。其作用就像一个施密特触发器，当通过提供一些额外的正反馈，切换出现，提升点“B”的电压。

    如果你希望在一个上升的亮度级触发，只需交换的10K电阻和光敏电阻ORP12的位置。通过用“电热调节器”（这是一种热敏电阻）替代ORP12，同一个电路将作为一个温度传感电路运行。

    如果我们把电路作为防盗报警使用，我们可以像这样用同一个电路：

    电路仍然由点“A”的电压控制。正常情况下，这个电压将接近+6伏（由两个10K电阻和100K电阻产生）。上部开关标记为“常闭”表示“常闭合的”，表示一个链模式，即，磁开关连接到门和窗户。如果它们当中的任意一个打开了，则点“A”的电压将取决于下部与100k电阻串联的10K电阻。这将导致“A”的电压瞬间下降到一个低值，触发电路。

    “常开”（“常打开的”）代表地毯或脚垫下的一个或多个压力作用开关，以及和/或当门打开时开刷的开关，等。这些开关互相并联跨接，而如果它们当中的任意一个关闭甚至只有百万分之一秒，点“A”的电压点”将被1K的电阻拉低，而电路将被触发。

    电路可以以多种方式的任何一种来理解。一个继电器触点可用于保持继电器导通或保持“A”的低电压。晶体管可以跨接继电器以保持电路导通，等等、等等。如果这样做，该电路将维持在其触发状态，直到电源电压被中断。你可能更愿意使用555芯片去限制报警声音的时间长度在3分钟左右。

可控硅整流器和三端双向可控硅
    替代使用继电器或半导体闩锁是用可控硅整流器，通常被称为“SCR”（Silicon Controlled Rectifier）或“闸流管”。这种装置通常是以对电流流动的一个极高的电阻而“关闭”的。如果通过施加一个电压到它的栅极连接而使它导通，它持续保持导通，直到一些外部设备中止了流过它的电流。下面的电路显示它是如何运作的：

    当电压第一次通过关闭开关S2施加到电路时，可控硅整流器（SCR）处于其关闭状态，所以没有电流提供给负载。如果按下按钮开关S1，电流被输送进入可控硅整流器的栅极，使它导通。当让开关S1打开时，可控硅整流器维持其导通状态，而且它将这样保持着，直到通过它的电流被切断。打开开关S2切断到负载的电流，而可控硅整流器恢复到其关闭状态。一个非常有充分根据的问题是：“到底为什么用可控硅，以及只是用开关S2转动负载开和关？”。答案是，开关S1可以是地毯下的一个防盗铃压垫，而它在开关S2关闭触发报警系统后还能运行一定时间。脚离开压板不会停止报警声。

    而这种直流栅锁作用是有很用的，它更常见于用在交流电路中的可控硅整流器。例如，看看此处所示的电路：

    120伏交流电源来自右手边，由二极管桥转换为正向正弦波脉冲。这个脉冲电压被施加到负载/可控硅整流器的路径。如果555芯片的引脚3的电压低，则可控硅将依然关闭，而没有电流送入负载设备。如果引脚3上的电压变高，并且施加到负载/可控硅整流器链的电压也高，则可控硅整流器将被切换为导通，给负载供电，直到约一秒钟的1/120后，脉冲电压再次降至零电平。

    555芯片接成一个单稳态多谐振荡器和定时元件（120K电阻和10nF电容）使它输出一个1毫秒的脉冲，其长度足以触发可控硅整流器进入其导通态，但又足够短到在电源脉冲再次达到其零电压电平之前结束。555芯片由提升的电源电压被输送至其引脚2，通过电阻的分压器对100K和120K而触发，并且与交流波形同步。555芯片的引脚4可用于切换负载功率开和关。

    上示电路中，二极管桥需要将进来的交流波形转换为脉冲直流，如图中所示的红色，因为可控硅整流器只能处理一个方向流动的电流。交流负载设备完全可以用脉冲直流很好地工作，像用一个充分发展的交流波形一样。一个更好的半导体结构是“三端双向可控硅”，它的功能就像两个背靠背的可控硅整流器器件在一个单一的封装里。其电路图如下示：

    设备有三个连接：主端子1（MT1）、主端子2（MT2）和栅极。当图中的开关“S”闭合时，三端双向可控硅导通正负电压，施加到其MT1和MT2终端上。开关打开时，设备完全不传导。

    如果带有开关“S”的外部电路置于装置内，作为一个常闭电路，则装置变成一个“双向触发二极管”，它可以用来触发一个三端双向可控硅，并给出一个非常简洁的电路，控制功率给一个交流电源设备的项目，如下所示：

    这里，可变电阻/电容器对控制交流波形上的点，三端双向可控硅被触发，因此控制每个正弦波周期有多少被递送到电源设备，从而控制传递到设备的平均功率。这类电路非常通用的是用于家庭照明的“变光开关”。

    现在回到741芯片。741也可以用来作为非稳态多谐振荡器。电路是：

    这个电路的振荡速率由图中标记为“R”的电阻和标记为“C”的电容器控制。电阻越大，振荡速率越低，电容越大，振荡速率越低。

    当输出变高，电容器“C”充电，直到它的电压超过了脚3上的中间轨电压，此时741输出走低。电容器现在通过电阻“R”放电，直到其上的电压下降到低于引脚3上的电压，此时输出再次变高。10K电阻连接输出到引脚3，提供某种正反馈，使得741的作用很像一个施密特触发器，锐化开关。

    电阻和电容的相同配置应用到一个施密特反相器或施密特与非门，导致完全相同的振荡：

    如果你想了解应用741和555芯片的其它方法，我可以推荐初级电子“梅尔·斯拉丁和艾伦·约翰逊的优秀著作《初级电子学》，书号034051373X。

六位反相信号发生器

    这是一个经过了很好的测试和得到高度评价的低成本振荡器电路，用了一个74HC14施密特反相器芯片。它允许频率和产生的脉冲宽度的微调控制。三个反相器连在一起得到一个更强大的输出电流驱动：

4022除以8芯片  
    一种非常有用的互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路是“4022”芯片，这是一种16针“除以8”的内置解码的芯片。连接点是： 

    如果引脚14由某种非稳态多谐振荡器的输出提供，头一个脉冲，这个芯片在引脚2设置“0”输出为高，而其它输出为低。下一个脉冲，“0”输出变低，引脚1 上的“1”输出变高。下一个脉冲，输出“1”变低，引脚3上的“2”输出变高。依此类推，直到第八脉冲，引脚10上的输出“7”变低，输出“0”再次走高。 

    芯片还可以用更低的数字除：

    用于“除以7”的运行，连接引脚10到引脚15（这重置输出为“0”）
    用于“除以6”的运行，连接引脚5到引脚15
    用于“除以5”的运行，连接引脚4到引脚15
    用于“除以4”的运行，连接引脚11到引脚15
    用于“除以3”的运行，连接引脚7到引脚15
    用于“除以2”的运行，连接引脚3到引脚15

    如果你想要一个“除以1”的电路，我建议你不要喝那么多酒。

    这里是一个“除以4”设置的图示： 

    上图有一些注意事项。首先，电路的实际配置以前一直没有被强调过。如果电路有一个脉冲电路消耗大电流，如红色粗箭头所示，则它应该实际连接到电池，而且任何小电流电路应离电池更远。电池电源应该有一个保险丝或断路器，而连接任何其它的东西之前，线路中有一个开关，以便如果任何元件有了故障和发生短路，保险丝会熔断，防止任何重大问题。

    其次，如图中蓝色元件所示，用平滑的电源去提供给其它电路是个好主意。如果电池电压通过大电流电路的脉冲调制被拉下来，这使影响减至最低。二极管（硅，1安培，50伏）停止汲取来自大的滤波电容器的大电流电路的电流。100欧姆的电阻在接入上限制了电流进入大电容器，并使之更多一点平滑。这种电路因为它对大电流电路的小电流电路去耦合，而被称为“退耦”。

    第三，注意电容“C1”，实际接线尽可能与集成电路的电源引脚接近。如果一个尖峰叠加在电池电源上，则这个电容器会吸收它，并防止它损坏或触发集成电路。尖峰可由附近一个非常强的磁脉冲引起，因为这可以在电池布线中诱导出一个额外的电压。
图的下部显示了在时钟脉冲达到芯片的引脚14时生成的输出电压。时钟信号的正向部分触发输出状态的改变。如果必要，复位引脚——引脚15上的一个正向脉冲，导致输出“0”变高而其它输出变低。

4017除以10芯片
    现在，把这个输出序列稍微再进一步。例如，第1章所示的查尔斯·弗林的磁电机需要依次给线圈供电，而任何时候只应该有一个导通。这需要电路有很多的输出。CD4022BC芯片依次给出达八个输出。CD4017B芯片依次给出达十个输出，但在使用多个芯片时，不必受到这些数字的限制。如果你发现这段很难理解，那么就直接跳到下一节，因为对你来说，理解这些较大的电路并不重要。 
    除以十的CD4017B芯片的引脚连接如下所示：

    虽然这个显示是输出1到10，制造商和有些人绘制电路时还是更喜欢标记输出为“0到9”，对应于数码显示。以我们的操作的风格，更容易想到的是从1到10作为十个输出。

    您会注意到有两个引脚标签是我们没有遇到过的，即“进位”引脚和“时钟启动”引脚。这让我们用数个这些芯片构成一行，以得到一个更大的“除以”数。“时钟启动”引脚可以用来阻止频率输入。运行就像这样：

    在这个例子中，序列由复位引脚得到一个高电压开始，如绿色阴影着色所示。这将输出引脚1推至高压，而所有其它输出至低压，并且只要复位电压高，则保持着这些电压。

    当复位电压下降，时钟脉冲的下一个上升沿（图中标记为“1”）导致输出1变低而输出2变高。每个连续的时钟脉冲“2”到“9” 沿输出稳定地移动高压，直到输出引脚10为高。

    下一个时钟脉冲的上升沿（图中标志为“10”）以输出10变低而输出1再变高而再次开始排序。如果没有任何改变，则输出电压的这个序列的变化将无限地继续下去。

    然而，上图中，时钟启动引脚电压是由时钟脉冲“11”推高的。当时钟脉冲“12”的上升沿“2”出现时，输出2正好变高，而且会变低，但在这种情况下，时钟启动功能阻止时钟脉冲，并防止它到达电路的其余部分。这导致输出2保持高电压——只要时钟启动维持着高电压。在这个例子中，时钟启动仅保持一个时钟脉冲的高电压，使得输出2为高压是其通常的长度的两倍，这是，然后继续如前定序。

可编程中断控制器（PIC）革命  

    多年来，能把电路放在一起、原型制造和测试的方法一直在进步。最初，用的是“阀门”或“真空管”，而这种电路要很多的电功率去运行。机械振动器或“干簧管”被用来产生直流转换成交流所需的切换。然后晶体管变成广泛应用，而晶体管取代了机械振动器干簧管，电路被称为“非稳态多谐振荡器”，并与两个晶体管背靠背连线组成（如第12章中所述）。接下来的是具有其“或非门”的数字集成电路，它也可以背靠背接线做成一个多谐振荡器。这项工作如此经常地完成是因为一个称为“555芯片”的特殊的集成电路，被设计成自行完成全部的工作。这种芯片已经取得了巨大成功，而且现在发现在各种不同的电路中，都非常容易使用、非常强大和非常便宜。出人意料的是，“555”芯片的主导地位正受到一种完全不同类型芯片挑战，其中一个实质上是——在单个芯片上的计算机，而它被称为“可编程中断控制器”（PIC）。

    这种新型芯片并不贵，易于使用，而且能在仅仅的几秒钟内转换执行不同的任务。它能起到一个多谐振荡器的作用。它能起到一个“除以N”芯片的作用。它是一种令人印象非常深刻的芯片，是非常有用的。我在这里提到它的原因是，因为它是围绕最快运行的特斯拉开关研究论坛的核心（“高能论坛”群）。该芯片是你需要了解的，因为它在未来几年肯定会引领越来越多的电路应用。

    这些处理器芯片有整个家族，但对这种类型我只会选择一个，而那将是一个正由“高能论坛”成员使用的一个，而我要感谢杰夫·威尔逊描述这个电路、编程和他使用的方法上的帮助。

    首先，然而， 一些关于这个芯片新设计的信息和使用它的方法。杰夫所用的的一种被称为“PICAXE-18X”，看起来就像这里显示的芯片。从中你能看到，尽管它有十八个管脚，但看起来就像其它任何芯片一样。强大的性能来自于它运行的方式。你可能熟悉“555”芯片，并理解它通过改变只是在其输出管脚中的一个脚（脚3）上的电压——从低压到高压——而运行。PIC芯片可以做到，而且甚至更好，它有多个输出引脚，它可以在这些引脚的任意一个上改变电压为高电压或为低电压，它能以任何顺序、以及用您选择的任何定时这样做。这使得它的确是一个非常多功能的芯片，而且是一个非常适用于特斯拉开关的测试环境的中央控制器。

    芯片通过以555芯片将被使用的同样的方式接入一个电路，除非PIC有它自己的内部定时时钟，并可以在千分之一秒——即，一毫秒的时间间隔运行。

    顶部的八个引脚是使得芯片运行的。接下来的两个是为芯片提供电力的。底部的八个引脚是独立的输出，其中任何一个都可以运行开关、计时器等，就像能从一个555芯片得到的输出一样。由电脑工作者命名，而不是像那些有理性的人会做的那样——八个输出引脚被从1到8编号，他们把它们从0到7编了号。

    这些输出引脚上的电压即可能高，也可能低。PIC开关可以用各种不同的自由能源设计。PIC芯片通常用插座、连接电缆和输送程序指令的芯片的来配备。输送一般来自一台普通的个人计算机。编程指令非常简单，任何人都可以在几分钟内学会使用。

    那么让我们看看杰夫测试他的原型电路时用过的电路。电路的第一部分用于将标准的个人电脑插座连接到PIC芯片，它看起来像这样：

    一个标准的9针电脑插座以其引脚2连接到PIC的引脚2，引脚3连接到PIC的引脚3——通过一个10K/22K的分压器电阻对（从而降低进来的信号电压），而引脚5连接到PIC的引脚5。这是输送信息进入PIC芯片所需要做的一切。 

    芯片由一个12伏电池供电，但因为它需要一个5伏电源，100/150欧姆（2瓦）的电阻器对用来把12伏降至约7伏，然后将5.1伏的齐纳二极管锁定电压在5.1伏，这刚好是芯片需要的。微型的10nF（0.01微法）电容器在这里是捕获任何电压尖峰的——如果从某些外界影响拾取到的话。最后，按钮开关用来在引脚4和5之间短路，用来擦除PIC内的程序，准备加载一个新程序。

    实际编程并不难，而输送进芯片内是通过芯片提供的程序来处理的，而这是运行在您的家庭计算机上的。让我们举个例子。假设我们想在引脚10上的输出起一个时钟信号的作用。制造芯片的人希望那个管脚在程序中被称为“输出4”。请不要问我为什么它不在程序中被称为“10”，因为我除了“一种米养百种人”，就没有答案给你了。

    好吧，假定我们想要产生像运行在50赫兹的一个555芯片的输出信号。我们选择我们的其中一个输出引脚，比如说，实际引脚10，那是在芯片底部右手的引脚上。如你可从上示芯片引脚图看到的，引脚10在一组命令里称为“输出4”，或简称为“4”以便于打字。程序可以是：

    Main:
           high 4
           pause 10
           low 4
           pause 10
     goto Main
    哇——真的是很难的东东！只有天才才能做到程序编制！好吧，我们来看看我们是否能够勉为其“难”。

    开始的“Main:”（主函数）是一个可以跳转的“标签”，而它是通过“goto Main”（跳转主函数）命令完成的，它向芯片发送返回无限循环的命令（或直到芯片断电）。

    第二行“high 4”（高4）告诉芯片把尽可能高的电压放到“输出4”上——即芯片的实际针脚10。芯片立即无时滞地这样做。

    如果我们想要输出给出一个50Hz的输出信号，那么在我们所选择的输出针脚上的电压将必须走高、暂停、走低、暂停然后再次走高，每秒50次。因为一秒钟里1000毫秒，而芯片的时钟以1毫秒的时间刻度运行，那么我们需要我们的“上、暂停、下、暂停”的完整周期在这些1,000的时钟刻度里发生50次。那就是，每20个滴答一次，所以每个延迟会有10个时钟滴答长。

    第三行“pause 10”（暂停10）告诉芯片按兵不动，在其内部时钟（即每秒滴答1,000次）的下一个10个滴答里什么都不做。

    第四行的“low 4”(低4)告诉芯片，在其“输出4”（在现实生活中的引脚10）上降低输出电压至其最小值。

    第五行“pause 10”（暂停10）告诉芯片在做其任何事情之前先等待10毫秒。

    最后一行“goto Main”（跳转到主函数）告诉计算机返回到标签“Main:”（主函数），并继续遵循那个标签的任何指示。这把芯片放进了一个“无限循环”，这将使它连续产生那个输出波形。输出看起来像这样：

    这给出了一个均等的波形，也就是，一个具有50:50的脉冲间隔或50％的占空因数的波形。如果我们想要同样的脉冲速率，但只有25％的占空比，则程序将是：

    Main:
       high 4
       pause 5
       low 4
       pause 15
    goto Main

    它导致了这个波形：

    如果你想要“输出7”（实际引脚13）在同一时间去翻转它——即，当输出4变高时，我们要输出7走低——反之亦然，那么，20%占空比的程序将是：

    Main:
           high 4
           low 7
           pause 4
           low 4
           high 7
           pause 16
      goto Main

    于是这些输出电压以与在一个555芯片的脚3上的输出电压、或任何与非门的输出、霍尔效应传感器芯片、施密特触发器、或其它诸如此类的完全相同的方式使用。如果设备供电需要很小的电流，那么最简单的方法是将负载直接连接到输出脚。

    如果，正如最常见的情形一样，设备需要大量电流供电来使其运行，则输出电压用于给晶体管供电，也许像这样：

    这里，引脚10走高进，电阻“R1”限制输送的电流进入晶体管的基极，但允许晶体管有足够的电流充分切换导通，给负载供电。输出引脚10走低时，电阻“R”确保晶体管完全关闭。所示电路限制装载某些只用5伏就能运行的设备，那么一个替代的电路可以是：

    这使得负载需要的任何电压施加给负载，而PIC芯片在其正常的5伏电源上维持运行。然而，设备的供电未必能有一个连接PIC的公共零电压。为了解决这个问题，可以像这样使用光隔离芯片： 

    这里，PIC芯片的引脚10上的点亮了光隔离芯片里的发光二极管，造成另两个引脚之间的电阻的严重下降。这导致由电阻“R”控制的电流被馈送进入晶体管的基极，切换它导通，并为负载供电。

    最近，引进了一种非常流行的可编程芯片。这就是所谓的“Arduino”，它快速而用途多多，很受实验人欢迎。关于Arduino芯片有一套广泛的英语视频教程，杰瑞米·布鲁姆的第一个系列是：
http://www.tudou.com/programs/view/neMGKKIU3YM/?resourceId=40939144_06_02_99

    电路板看起来像这样：

电容器  

    我们避免详细提及的电容器，因为迄今为止对于所涵盖的电路的理解尚不是必须的。电容器有多种大小、类型和品牌。其大小用“法拉”表示，但由于法拉是一个非常大的单位，你不太可能遇到一个标记大于微法拉的电容器——这是一法拉的百万分之一。微法的符号是mu-F，这里的“mu”是希腊字母表的字母。对于正常的文本产品，这可有点烦，因为希腊字母在你的一般字体中是不会出现的。有些电路图放弃了“mu”，而只是把它写作“uF”，看起来mu-F有点像印错了——mu的下标没有打印出来。
    不管怎么说，你可能会碰到的极大电容器从5000微法也许到高达20000微法的范围。大型电容器的范围从10微法到5000微法。中等大小的电容器从0.1微法到大约5微法，而小型电容器是那些低于0.1微法的。 
    1000纳法（“nF”）= 1微法。
    1000皮法（“pF”）= 1纳法
    所以：
    0.01微法可写作10nF 
    0.1微法可写作100nF
    0.1nF可写作100pF
    大于1微法的电容器往往被“极化”。换言之，电容器有一个“+”的连接器和一个“-”的连接器，而你从哪个方向连接它都无关紧要。较大的电容器都有一个额定电压，而不应高于这个电压——因为会损害电容器，并可能甚至完全被损毁。电容器可以加在一起，但出人意料的是，它们的添加方式与电阻器是相反的：

    如果两个电容器串联连接，如上面例1所示，总体电容量降低，而额定电压增加。电容量的减少是通过：

    例1中，那么，1/总电容 = 1/100 + 1/100 或 1/CT = 2/100 或 1/CT = 1/50，所以总电容从100微法降低到50微法。像这样接线电容器的优点在于额定电压现在已经增加到32伏（电容器的每一端为16伏）。
    例2中，总电容已减少到100微法的三分之一，但额定电压增加了三倍。
    例3中，电容器并联连接。额定电压不变，但总电容现在是三个电容器的总和，即300微法。
    电容器不必具有相似的值，范例中这样显示仅仅是让计算更容易，而使你不至于从电容器在一起的相互作用的方式分心。
    偶尔，电路需要一个未极化的大型电容器。这可以通过将两个极化了的电容背靠背提供，如下示：

    当电容器连接成这种方式时，电容对的哪一端连接电路的正极保暖和连接负极侧都不要紧。
    大电容器通常在电容器的外面印上它们的电容和电压，但小型电容器通常太小而无法这样做。所以，一种很像用于电阻身份确认的代码也用于小型电容器。对于高于100皮法的电容器，代码是一个2位数的代码，而对于更高的值，代码是一个3位数代码，其前两位是电容器的皮法值，而第三位是跟在两位数后面的零的个数。一千皮法（pF）为一纳法（nF），而一千纳法为一微法。这些都是一些常见的值：

    是时候给一个严重警告了：高电压是极其、极其危险的。在对它们非常熟悉之前，不要漫不经心地对待它们。高电压会杀了你。电容器能够积累高电压，而一些好的品牌可以保存电荷数天。
    尤其是，不要尝试在一台电视机内部、或从中取出的部件去做调节。一台黑白电视机在所用的磁线圈上以18000伏在管子上产生运动图像。在机子内的一个电容器很可能在它的最后一次使用后三天还有电压。不要在电视机里瞎碰，它能瞬间灭了你，或者如果你实在不走运，它会害你一生。彩色电视机用27000伏去运行它里面的线圈，如果你碰它，它会在毫秒间炸了你。 
    另外，如果你不实实在在去触碰它，请不要以为你就是安全的；27000伏电压可以跳过间隙到你的手上。如果您试着用木柄的金属螺丝刀给电视机的电容器放电，在你这样做之前，请确保您的医疗保险是最新的。您会通过螺丝刀手柄接收到巨大的电击。
    达至24伏的电压应该是相当安全的。不过，即使电池驱动的电路是低电压，某些电路还是会产生非常高的电压。一个标准的现成逆变器电路由一个12伏电池产生240伏的交流电。仅仅由于电池只有12伏，并不意味着电路没有危险。有电感器的电路可以产生高电压，尤其是如果它们有着大型电容器。产生火花在你的汽车发动机的电压是非常高的，而它就来自12伏汽车电池。现在你对此已经有了足够的了解了，所以要当心！

更先进的材料：
    如果你是刚着手本教程中已经描述过的类型的一些基本的开关电路，你不必被本节困扰，所以请随时跳过这一节，并转到“原型结构”部分，你会立即找到有用的东西。
    这部分是对交流电路和脉冲直流电路的简单介绍。让我再次强调，我主要是自学的，因此这只是基于我当前理解力的一般性介绍。
交流电功率因素
    交变电流，通常被称为“交流”（AC），是因为这种类型的电源的电压不是一个恒定的值。例如，汽车电池是直流电，它在充满电状态时有一个相当稳定的电压，通常约为12.8伏。如果你把一个电压表跨接在汽车电池上并观察它，电压读数是不变的。一分钟接着又一分钟，它的读数完全相同，因为它是一个直流源。
    如果你把一个交流电压表跨接一个交流电源，也会得到一个稳定的读数，但它是在撒谎。尽管那个稳定的读数，电压其实是一直在变化着的。假设那个交流波形是一个像这样的正弦波，电表在做什么： 

    而基于这种假定，它显示的电压读数被称为“均方根”或“RMS”值（有效值）。用正弦波的主要困难在于低于零伏的电压与它高于零伏的时间长度完全相同，因为它是上述零伏，所以如果你把它平均起来，其结果是零伏，这不是令人满意的结果，因为你会受到它的冲击，因此它不能为零伏，不管算术平均值是什么。

    为解决这个问题，每秒测量电压数千次，再把所有结果求平方（即，值乘以自身），然后求这些值的平均值。其优点是，当电压——比如说是，负的10伏，你将其平方，得数为正的100伏。实际上，所有得数将为正的，这意味着你可以把它们加在一起，求平均数，并得到一个合理的结果。然而，你最终得到一个远远太高的值，因为你乘方每次测量，所以你需要取那些平均值的平方根，而这就是那个花哨的名字“均方根”的来源——你正在取求平方的测量的平均值的（平方）根。

    以像这样的正弦波，电压尖峰为大家谈论的高于均方根值的41.4%。而你需要记住，当选择电容器的额定电压时，这意味着，如果你通过四个二极管整流桥输送100伏交流电，并把它送入一个电容器，电容器电压将不会是100伏的直流，而它将会是141.4伏的直流。在那个实例中，我建议电容器的型号是能在高达200伏电压下运行的。

    您大概已经知道所有这一切，但如果你在一个不是正弦波的波形上用标准的交流电压表，它可能不出现，表上的读数最不可能是正确的或多少是近乎正确的。 所以，请不要兴高采烈地在正产生急剧的电压尖峰的电路——例如，一个约翰·贝迪尼的电池脉冲电路两端连接交流电压表，并以为那个表的读数意味着什么（除非你不明白自己在做什么）。

    你将有望学到，功率的瓦特是由电流的安培与电压的伏特相乘决定的。例如，10安培的电流由12伏的电源流出，代表120瓦的功率。不幸的是，那在只有电阻器的直流或交流电路才起有效作用。在非电阻元件的交流电路中情况是不同的。

    你可能会遇到的这种类型的电路是有线圈的，当你处理这些类型的电路时，你需要考虑你在做什么。例如，看看这个电路：

    这是你刚建成的原型的输出部分。输入到原型是直流，测量为12伏2安培（即24瓦）。你的输出上的交流电压表读数为15伏，而你的交流电流表读数为2.5安培，你很高兴，因为15×2.5=37.5，这看起来比输入功率的24瓦大得多。但是，在你抢着跑去在YouTube上宣布你已经做了一台COP=1.56或具有156％的效能的原型机之前，你要想想真实情况是否如此。

    这是一个交流电路，而除非你的原型产生的是一个完美的正弦波，那么交流电压表的读数将变得毫无意义。只可能你的交流电流表是几种能够精确测量电流的类型中的一种——不管输送给它什么样的波形，但无疑可能那将是一个数字式表，它是通过测量与输出串联的电阻两端的交流电压评估电流的，而如果是这样的话，它可能会被假定为一个正弦波。可能两个读数都是错的，但让我们拿我们有一台很棒的仪表来说吧，它能完全正确地读值。那么输出将是37.5瓦，不是吗？好吧，实际上，并非如此。其原因是电路输送给变压器绕组，这是一个线圈，而线圈不喜欢那样运行。

    问题是，不像电阻器那样，当你在线圈两端施加一个电压时，线圈开始吸收能量，并把它送入围绕着线圈的磁场中，所以在电流达到其最大值之前会有一个延宕。用直流，这通常关系不大，但对于交流电，其电压是不断变化的，这非常重要。这种情况可以在下图中看到所示的电压和电流：

    起初，这不像是什么大不了的问题，但它对实际功率的瓦特有着一个非常显著的影响。要获得我们较早前谈到的37.5瓦的输出，我们把平均电流与平均电压相乘。但这两个值并不同时产生，而有着重大的影响。

    由于这会有点难理解，让我们取峰值，而不是平均值，因为它们更容易理解。比方说，在我们的图示中，电压峰值为10伏，电流峰值为3安培。如果这是直流，我们会把它们相乘，并得到功率为30瓦。但对于交流，这无效——因为时差：

    当电压在峰值时，电流尚远未及其3安培的峰值：

    正因如此，没有得到我们预计的在电压顶端的峰值功率，实际功率瓦特要低得多——少于我们预计的一半。这可不妙，当你再仔细看看，还更糟糕。当电流过零线时，看看电压是多少，那就是，当其时，电流为零。当电流为零时，输出功率为零，而发生这种情况时，电压在一个很高的值上：

    电压为零时也是这样。电压为零时，则功率也为零，而你会注意到，这发生在电流处于高值时：

    功率不是平均电流乘以平均电压，如果在电路中有一个线圈——它将由于一个被称为“功率因数”的量而小于那个数，我会让你自己找到为什么这样称呼它的答案。

    那么，你是怎样测定功率的？它是通过每秒多次取样电压和电流，并平均这些组合的结果而完成的：

    在时间上电压和电流的采样由垂直的红线表示，而这些数字被用来计算实际的功率位准。在这个例子中，只显示了少数的采样，但实际上，要取得非常大量的采样数据。做这种工作的一台设备由于它测量功率瓦特而被称为瓦特计。采样可通过仪器内的绕组完成，导致在仪器里由于过载而被损坏——几乎没有指针的满偏转，或者可以通过数字采样和数学整合完成。这些仪表的大多数数字采样型号只在高频下运行，通常每秒超过400,000周。两种瓦特计都能处理所有波形，而不仅仅是正弦波形。

    为你家庭供电的供电公司测量电流时，是假定所有时间电流被汲取时都是满电压的。如果你是从市电为一台强大的电机供电，那么这个电流滞后——由于电力公司没有把它考虑进去，它会耗费你的金钱。通过连接一个或多个合适的电容器在电机两端，以使功率损耗降到最低，则有可能纠正这种情况。

    对于线圈（花哨名“感应器”，符号“L”），交流的运行与直流的运行有很大不同。线圈有一个直流电阻，可用万用表的欧姆量程测量，但在使用交流电时，那个电阻并不适用，因为交流电流的流动不是单独由线圈的直流电阻决定的。因此，线圈的电流控制因子必须用到第二个术语，而所选择的术语是“阻抗”。所有线圈的导线都有电阻，而那是反对电流流过线圈的，不管施加到线圈的电压是直流还是交流。线圈中导线的邻近线匝之间的电容导致了线圈的一个特点，即“阻碍”交流电流通过线圈，而那个阻抗的量取决于应用于线圈的交流电压的频率。

    线圈的阻抗取决于它的大小、形状、绕制方法、匝数和芯材。如果线圈芯是铁或钢，（通常为彼此绝缘的铁的薄层），那么它只能处理低频。你可以忘掉试图每秒递送10,000周（“赫兹”）通过线圈，因为磁芯就是不能足够快地改变其磁化去应付那个频率。那个类型的磁芯对于极低的50赫兹或60赫兹的频率用于市电电力是没问题的，它保持那个低频，以使电动马达可以直接利用它。

    对于较高的频率，可以用铁氧体作为磁芯，这就是为什么有些便携式收音机用铁氧体棒天线了——那是一根线圈缠绕其上的铁氧体棒。对于更高的频率（或更高的效能），用封装在环氧树脂里的铁粉。另一种方法是不用任何芯材，而那是作为一种空心线圈处理的。它们在频率上不受磁芯的限制，但它们对于任何给定的匝数都有一个低得多的电感。线圈的效能被称为它的“Q”值（意为“质量”），而Q因子越高则越好。导线的电阻降低了Q因子。

    线圈有电感、和导线造成的电阻、以及彼此靠近的线匝导致的电容。不过，话虽如此，电感通常远远大于其它两个成分，以至于我们往往忽略其它两个。有些不一定立即显现的是，对于交流流过线圈的阻抗取决于电压变化的速度。如果施加到线圈的交流电压每十秒完成一周，那么阻抗将比每秒一百万次的电压周期要低得多。

    如果叫你猜，你会认为随着交流频率的增加，阻抗将稳步增加。换言之，改变的一个直线图形类型。事实并非如此。由于一种功能叫做共振，在一个特定的频率上，线圈的阻抗大为增加。这是用于调幅无线电接收机的调谐方法。在很早期，电子元器件来之不易，可变线圈有时被用来调节。我们今天仍然有可变线圈，一般用于处理大电流，而不是无线电信号，而我们称之为“变阻器”，有的看起来像这样：

     
     它们有着一个导线缠绕在空心的线圈架上的线圈和一个可以沿着杆推动的滑块，线圈里连接滑块到不同的绕组取决于其沿支撑杆的位置。线圈接点于是到滑块再到线圈的一端。滑块的位置有效地改变电路中的线圈部分的导线的圈数。改变线圈里的匝数，就改变了那个线圈的共振频率。交流电流发现它非常、非常难以通过与交流电流频率具有相同的共振频率的的一个线圈。正因为如此，它可以被用来作为无线电信号的调谐器：

    如果通过沿线圈滑动触点改变线圈的共振频率去匹配本地无线电台，则那个无线电发射机的特定的交流信号频率发现它几乎不可能通过线圈，所以当它从天线流向接地线时，它（而且只有它）转而通过二极管和耳机，于是耳机听到了无线电台。如果天线下来其它的无线电信号，那么，疏于它们不在线圈的共振频率上，它们顺畅地流经线圈而不流向耳机。

    当市面上有了可变电容器时，这种系统很快就变得更便宜和更紧凑了。因此，不是用可变线圈调谐无线电信号，而是用一个可变电容器连接在调谐线圈两端去做同样的工作：

共振
    虽然上面的电路图标记的是“谐调电容器”，其实那是相当误导的。是的，你通过调节可变电容器的设置谐调无线电接收器，但是，电容器正在做的是改变线圈/电容器组合的共振频率，而这是那个组合的共振频率正在做与可变线圈为它自己做的完全相同的工作。

    这导致对线圈/电容器组合的这两个非常重要的因素的关注。当一个电容器如这个无线电接收器电路图所示被“并联”置于一个线圈的两端时，则这个组合在共振频率下有一个非常高的阻抗（对交流电流的电阻）。但如果电容器与线圈是“串联”放置，则组合在共振频率下接近零阻抗： 

    这似乎是某种实用主义者不会费心的东西，毕竟，谁会真的在乎？然而，这的确是一个非常实用的要点。在第三章，描述了唐·史密斯做的一些非常大功率的装置。通常，他用现成的氖管驱动模块作为一种简单的方法去提供一种高压、高频交流电源，通常，在30,000赫兹下6,000伏。然后他输送那个功率进入本身就是一个功率放大器的特斯拉线圈。配置就像这样：

    那些试图复制唐的设计的人往往会说“我在火花隙得到巨大的火花，直到我连接L1线圈，于是火花停了。这个电路永远无法工作——因为线圈的电阻太低了”。

    如果L1线圈的共振频率与氖管驱动电路产生的频率不匹配，则L1线圈的低阻抗无疑将把氖管驱动的电压拉到一个非常低的值。但如果L1线圈与驱动电路具有相同的共振频率，则L1线圈（或右侧所示的L1线圈/电容器组合），将对流过它的电流有一个非常高的电阻，并且它会很好地与驱动电路一起工作。因此，无火花，意味着线圈调谐关闭。这与调谐无线电接收机一样，调错了，你就听不到广播电台。

选择未规定的元件

    有人觉得很难选择一个合适元件——没有指定确切的元件或必须选择一个替代的，所以也许一些常规的建议可能是有用的。组件值之所以被省略的原因很可能是因为可以用一个非常广泛的替代值，而如果指定某个特定的，新手对于电子产品的感觉，就是他们必须用那个值，否则电路将无法工作，（这几乎是从来不会有的事）。例如，有人问我，是否一个额定25伏的电容器可用于代替电路中所示的额定16伏的同值电容器，对此回答是“是的，绝对没问题”。较低的电压额定是适当的，而且买的元件更便宜，但如果市面上有更高的电压额定，那么也可以用。 

    对于电容器，你需要考虑实际尺寸和导线的连接、电容量、额定电压、以及泄漏。电容器的成本和大小直接关系到它的额定电压，而一旦额定电压超过了正常的使用，价格随着销量的迅速减少而急遽飙涨，这反过来又阻碍了进一步的销售。这有时会导致电路制造商把一系列较便宜的电容链连接在一起，去做成一个较小容量的高压电容器。对于特斯拉线圈的建造者来说，他们便可以串联连接多个这些系列去增加电容量。

    如果额定电压被超过（通常由一个非常大的量），电容器将被损损，并且即会成为短路，或更可能的是断路。无论哪种情况，它都不会再作为一个电容器运行。在家用电路中，电容器对于电路被用作为电源的一部分，额定电压不必比电源电压高很多，也就是说，16伏用于一个12伏的电路。你可用电容器额定电压为25伏、40伏、63伏、100伏或400伏，而这就很理想了，但它会大很多，且成本高得多。但是，如果你有一个闲置不用的，没理由你就不该用它，而去花钱买另一个。

    如果电容器用在一个定时电路里，这里一个高值电阻器给它馈送电流，那么电容器的泄漏电流就变得非常重要。电解电容器依其年龄长短而不同程度地存在着少量的、捉摸不定的泄漏电流，是很难适于这种应用的。为了用电容器精确定时，应使用陶瓷、聚丙烯、聚酯薄膜或钽类型的。

    电解电容器的额定电压为直流，所以，如果你用它在交流电源里限制电流，即，这里的电流是流过电容器，而不是电容器被置于电源的两端，并起着抑制涟波的作用，则需要格外小心。电容器由于能流的通过而变热，而这可能对于以这种方式使用的电解电容器由于电解质的沸腾而裂开或“爆炸”。或者，你需要用贵得多的充油罐电容器（如第10章接近尾部所示）。那种风格的用法对于自制者来说是不寻常的。

    对于双极晶体管，你需要使用常识。假设一个555定时器芯片需要给控制继电器的晶体管供电：

    此刻，我们将忽略的事实是555可以无需晶体管而直接驱动继电器，比方说，当连接到一个12伏的电源时，继电器消耗30毫安的电流。因此，晶体管要能够处理30毫安的电流。所有小型的开关晶体管，如BC109或2N2222，都可以轻松搞定那个电流。晶体管还要能够处理12伏。如果有疑问，在这里http://www.alldatasheet.co.kr/通过键入晶体管名“BC109”查找您所选择的晶体管的规格参数，或者是在屏幕顶部诸如此类的输入框里输入并点击它右侧的按钮。最终，它会让你下载一个PDF文档，详述这个晶体管，并且会告诉你该晶体管可以处理的电压。上述两个晶体管可以处理远远超过12伏的电压。

    下一个问题是，“在这个电路里，晶体管能够足够快地切换运行？”而数据表将显示它们可以每秒切换导通和关闭一百万次。由于继电器只能每秒切换导通和关闭数次，晶体管则可以轻松运行足够快去应付这样的切换。

    接下来，我们需要知道多大的电阻是合适的。数据表也将显示晶体管的直流电流增益。这通常标为“hfe”，而对于这些晶体管，可能最低值为——比方说——200。这意味着，流入晶体管基极的电流需要继电器的30毫安的二百分之一，即0.15毫安。当它完全导通时，电阻器在555计时器的管脚3将有约+11伏，而在晶体管的基极为+0.7伏左右。这意味着继电器接通时，电阻器在其两端约有10.3伏：

    那么，当有10.3伏在它两端降下时，多大的电阻将有0.15毫安流过它？我们知道，一个1K的电阻每伏传递1毫安，因此在它两端以10.3伏会传递10.3毫安。那是远远超过我们所需要的。一个10K的电阻会传递1.03毫安，这仍然太多，但肯定可用。由于这是一个电阻器，我们可以用欧姆定律：R = V / A（欧姆等于伏特除安培），或R =10.3 / 0.00015，即68K。所以，任何68K和大概15K之间的电阻应该能很好工作。

    这里的二极管是为了防止继电器的线圈引起的过电压损坏晶体管的。当线圈突然关闭时，它产生一个可以是数百伏的反向电压，把晶体管的集电极拉到远远高过+12伏电源线。当那情形开始出现，它实际上反转了二极管的方向，使其传导并短路那个巨大的电压尖峰：

    由于短路，电压无法再高，而通过二极管的电流并不大，因此大多数二极管——如普通的和廉价的1N4001或1N4007类型的都可以用。

    当晶体管像那样连接并导通时，它实际上在它的集电极和发射极之间短路，而那在继电器两端放置了满12伏，非常稳当地给它供电。这种连接方法被称为“共发射极”电路，因为所有用到的晶体管都把它们的发射极共同接通到0伏线。另一种配置是“射极跟随”电路：

    以这个电路配置，晶体管的发射极“跟随”555定时器的管脚3上的电压。它始终是一个低于它的恒定电压，一般约为0.7伏。555定时器的输出有一个低于电源电压约0.7伏的最大值，因此在这个电路中，它的最大值约为11.3伏。晶体管把它进一步下降0.7伏，这意味着继电器在它两端仅得到约10.6伏，而不是电源的满12伏，这意味着它应该是一个10伏的继电器，而不是一个12伏的继电器。

    那些是简单的情况，因为555定时器通过它的输出管脚至少可以提供200毫安，而同时保持稳定折输出电压。对于简单的晶体管电路并非如此。看看如下情形：

    对于音频工作——话筒前置放大器以及类似等等——其经验法则是，通过第一个晶体管的电流至少应该是第二个晶体管的基极所需电流的十倍，以使不拉低和扭曲音频波形。

    继电器切换并非那么重要，但应用相同的普遍原理并需要对前述的晶体管的集电极电阻给予关注。例如，如果流过前述的晶体管的电流很小——比方说，0.5毫安，而输出晶体管需要1.5毫安流入它的基极，则会有问题。在这个电路中，例如：

    这里，“A”点的电压走高，因为第一个晶体管关闭，所以变成与一个1兆欧或更大的电阻一样。通常，那个电阻值比它的电阻的27K大得那么多，以致于点“A”的电压将近+12伏，但如果你连接只有1K的值的电阻“R”，那么情况就完全改变了。“Tr”的基极不能高过0.7伏。由于第一个晶体管电阻很高，可以忽略。这样，剩下电阻的一个分压器对——27K和1k，其跨压为11.3伏，终止提升点“A”的电压高于1.13伏，而不是原来的12伏，而晶体管“Tr”只得到0.43毫安，而不是想要的1.5毫安。晶体管“Tr”实际上从+12伏轨输送电流给一个28K的电阻。

    一个解决办法是通过用一个比目前的27K小得多的电阻去加大通过第一个晶体管的电流。另一种选择是通过使它成为一个达林顿对，或通过用一个具有高得多的增益的晶体管来降低晶体管“Tr”的输入电流要求。

构建原型

    构建原型电路的主要选项有：

    1、电路试验板
    2、电螺丝连接条
    3、条状铜箔面包板
    4、印刷电路板 

    1、典型的电路试验板单元由有线条带卡孔矩阵组成，可以把元件引线推入其中使成电路。依我的观点，尽量避免使用它们，因为用它们实现任何有意义的电路是需要费点劲的，有些组件不够小，采用双列直插式封装与插座不吻合，而你在电路试验板上的确得到一个运行良好的电路时，在你试图将它移到一个永久性的焊接板上时，也不能保证它能很好地工作。

    尽管这种类型的塑料板看起来似乎应该是便捷易用的，我从来没有发现它是这样的——自从这种板在尺寸上缩小比例去使集成电路（“芯片”）的引脚间隔紧密。一般很难把组件布局成电路图一样的样式，而如果它们不一样，那么在电路试验板布局上，它流过电路就变得缓慢。

    2、当地的五金商店有廉价螺丝连接器，可以非常有效的。它们有几种尺寸，而较小的那些非常便于构建晶体管电路。它们看来像这样：

    电路用这些连接器可以很容易地组装，而约翰·贝迪尼的电池脉冲电路可能是一个范例，其布局可能像这样：

    我用这种建构风格做过这种电路，并且的确非常成功，建造非常便捷，且经过一段长时间的使用，证明是非常牢靠和实用的。塑料条在每个连接条之间有一个孔洞，让你能把条带用螺栓拧到可以安装其它元件的底座板上，这样，连上脉冲调制线圈和带磁的旋转器。每个连接块可以连两根或三根导线。导线需要去掉绝缘，如果还没去掉，要把导线刮干净并抛光。如果多股线放入连接器的一侧，那么在拧紧紧固螺丝前，通常最好把导线拧在一起。如果你愿意，你可以给绞线上薄薄的一层焊料，但必须做得干净整齐，以免导致接头太大而无法装配插入连接器。一个连接器可用剪刀或美工刀很容易地从条带上切割出来。单个连接器可以非常有效地连接两根导线，而不需要焊接。

    虽然上图中所示的导线触发开关是一根细线，但建议用相同直径的导线会更方便，而且如果不清楚它是一根单线的开头和结尾，那么，用欧姆表可识别尾端。建议把电缆伸直到一定长度，然后用电钻绞在一起。我发现这样做不太好，因为靠近钻头的电缆要比线的其余的部分扭曲得厉害得多。另外，向外展开足够长度的导线也需要一个相当长的距离。如果你真的想把导线拧到一起（你为什么会想这样做并非很明显），那么用两个线卷，并把它们拧一起成为一节，通过反转旋转卷轴成一对，然后把绞好的一节绕在第三个轴筒上或临时支架上。这种方法不需要你去固定长长的电缆（这会纠缠结在一起，而现在使事情变得很容易），并且得到均匀的绞线，可以坐在狭小的工作区间做准。850匝线圈绕制如下：

    线圈的第一股开始于在线圈基部的点“C”并结束于在线圈的顶部的点“A”。这是驱动马达的线圈，以点“A”连接到驱动电池的正极。第一股开始于在线圈基部的点“D”并结束于连接到晶体管基极电阻的以点“B”。这种配置在线圈顶部产生了一个磁化的北极场，而那推斥转子的面向线圈的永磁北极。我以这样的实施给汽车电池充电，轮子旋转平缓，大概得到每分钟200到300个脉冲给电池。随着电池充电的增加，轮速降低，因此电池的充电状态在轮子显示的是一目了然。建议线圈芯可以由一段1.5毫米直径的镀铜焊条制成，但由于铜是高导电的，我更喜欢每根焊条涂的是瓷漆，以阻止浪费功率的侧向涡流。

    3、条状铜箔面包板，通常被称为“Veroboard”（细胞板）——即使它不是由Vero（细胞）制成的，这是一种便捷和符合要求的方法——尽管你必须做出很小的焊接点。请注意，焊接时燃烧树脂的难闻气味绝对最不利于你的健康，应通过确保有足够的通风来避免。

    4、印刷电路板对于一次性的原型是可行的，而且做一个将增加你的生产技能，所以如果你手上有蚀刻和钻孔设备，它也是一个合理的选项。如果你什么都没有，购买所有必要的设备，要花费相当的成本，但所获得的技能是有深远意义的，而且成品板看起来非常专业。 

    还有其它几种构建方法，以及结构板和条板的多个品种。简单条板的使用将在以下说明，尽管这种方法并不适用于结构的许多不同的样式。

    第一步是在板上为元件生成一个布局。设计布局规定时应该做钻孔，以使成品板用螺栓和绝缘支柱拧上其壳体，以保持焊点避开所有其它表面。

    电路的电路图是构建的起点。你可能会想一个轻柔的网格线代表条板中孔洞矩阵。这有助于铜条走向的具象化，并能制出草图以显示在一件条板上可用孔洞的确切数的已经被使用数。条板看起来是这样的：

    所以您可能希望做一个像这样的可重复使用的布局草图：

    这里水平条编号和孔洞的垂直线也编号。在这个草图中，线条交叉的地方，表示板中的一个洞。一个可能的物理布局的草图于是可备妥，虽然本图所示的铜条在板的底下，从顶部看时，可能看起来像这样： 

    这里，就在二极管下方被圈起来的元件显示它们在布局草图上被标出，而且，如有必要，打断的铜条与元件隔开。顺便值得一提的一个元件，是电路图中用红色标出的电容。这是一个去耦电容，由12伏电池通过一个电阻和一个二极管（二极管通常不用在这部分的电路中）馈给。

    去耦是用一个电源去供应555芯片和驱动器，它与大电流消耗电路被合理隔离，在电路图的这一小部分未显示出来。电路的其余部分的脉动大电流消耗能够每秒多次把电池电压略微拉下。这在电池的正电源线上产生一个电压纹波，并用电阻器和二极管抑制这个纹波，输送给一个大存储电容器去平滑波纹。

    电路本身并非是无可挑剔的。因为555芯片的脚3已经提供了所需的信号（并且具有更高的驱动能力），晶体管“TR2”及其相关部件是多余的，所以应该从555芯片的脚3直接采用第二输出线。绘制元件布局草图时，这小段电路只在这里显示为制作电路图的一个范例。

    当布局草图做成时，电路图应用高亮笔标记区分，以确保电路图的每一部分都已成功复制到草图上。在下面的例子中，没有显示全部的高亮条带，因为这里显示的是板的一小部分：

    许多电子元件在焊接就位时由于它们承受的高温而被损坏。我个人更喜欢在板的上侧用一双长尖嘴钳夹紧元件引线，同时在板子的底面进行焊点焊接。热量沿元件引线上升，然后转入移到尖嘴钳的大体积的金属，而元件则受到保护而免受过热。同样原理，焊接电路板时，我总是用双列直插式插座，这样，集成电路插入插座前，热量就已经充分消散。还有的优点是，无损更换集成电路而没有任何困难。

    如果你的构建中用了互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路，你要避免静电。通过摩擦物体，你的衣服会积聚非常高的电压。这个电压在数千伏范围里。它能提供的电流如此之少，以至于它不会打扰你，而你可能不会注意到它。CMOS器件的运行在如此低的电流量上，致使它们会很容易被你的静电损坏。计算机硬件专业人士在处理CMOS电路时，会在腕关节绑着接地引线。你不必那么夸张。CMOS器件附有其嵌入导电材料的引线。把它们留在导电材料中，直到你准备好把它们插入电路，然后手持箱体的塑料部分而不触及任何引脚。一旦在电路中就位，电路组件将防止静电荷在芯片上积聚。

    焊接是一种容易习得的技能。多芯焊料用于电子电路的焊接。这种焊丝其内包含有焊剂树脂，而当在金属表面熔化时，焊剂除去在金属上的氧化物层，从而造成一个适当的电接头。因此，重要的是，焊料置于接合区上，而当它已经处于适当的位置上时，烙铁置于其上。如果这样做，焊剂可以清洁接合区，而接点良好。如果焊料置于烙铁上，然后烙铁移到接点，在到达接合区之前，焊剂就被烧没了，从而产生的接点就不会是好的。

    好的焊点有一个光滑闪亮的表面，而且拉不走进入接头的线，因为接线现在牢固地成为了接头的一部分了。做一个好的焊点约要半秒，肯定不超过一秒。在过量的热跑进接点前，你要把烙铁移离接点。连接一根导线到某种形式的终端（这经常是不可能的）时，建议焊接前做一个好的机械接头。

    我用的技术是把焊料竖在工作台上，然后弯曲一端令其向下朝我倾斜。把要焊接的元件的引线置入条板的孔中，然后用长嘴钳在板上方夹住。把板翻转，底朝上，并用左手拇指夹紧板靠着钳子。板和钳子于是在焊料下方移动并定位，使焊料铺在铜条上，接触元件引线。右手现在用来把烙铁短暂地放到焊料上。这在接点上熔化焊料，使焊剂清洁区域，并做出一个好的接点。接点做出后，仍然用钳子夹住板，直到接点冷却下来。

测试设备
    当开发新电路时，它可以在电路中的某些位置方便地尝试电阻的不同的值（电阻值可取决于一个晶体管的增益或一个ORP12的实际电阻，或一些这样的其它情况）。为此，有一个电阻代换盒让转动一个开关去选择任何标准电阻，是非常便利的。
    这些在市场上是找不到现成的。在过去的几年里，可以定制购买晶片开关，可以组合一些晶片满足开关大小的需要，但这些似乎已经不再提供了。一个略为不太方便的建构方法是用四个这些东西，由第二个晶片开关选择： 

    上图中，所有电阻都在一个范围内（100欧姆到820欧姆、1K到8K2、10K到82K或100K到820K），连接到一个单个的12路开关。输出线于是跨接着所有的这些标准电阻——依这些开关的设置而定。然后第二个开关可以用来选择这些组中的几个，而仍然使用相同的输出线。装箱时，它看起来可能像这样： 

    有一台多功能信号发生器也很有用。您可以轻松地构建自己的可变频、可变占空比和可选可变门控。如果这样，你不妨让它有一个低输出阻抗，使它测试时可以直接驱动设备，而不是必须提供额外的缓冲。它可能看起来像这样： 

    真正必不可少的设备是万用表。市面上有多种形状、大小和品种的，而且成本区别很大。可靠性也有很大的不同。最可靠和最便宜的是模拟型的，它不用电池（除非偶尔测量一下电阻）。虽然这一类现在是被瞧不起的，但它们却是100%可靠的：

    上示的万能表的额定在每伏2,000欧姆，因此把它连接到一个电路去在10伏档测量，等同于连接一个20K的电阻到电路。这类设备的老大哥大约是五倍大，有着每伏30,000欧姆的性能，因此把它连接到10伏档上就等同于连接一个300K的电阻到电路测量。这一个是用电池驱动的，所以如果你有一个这样的，请允许我建议你定期地检查其准确性：

    真正优秀的无电池（前专业的）的安伏欧计万用表依然可以通过eBay以负担得起的价格买到。它们有着每伏30,000欧姆的性能，并且准确而耐用，是以非常高的标准制造的。
    万用表用1.5伏电池测量电阻。欧姆定律为其工作和操作原理：

    图示的万用表有一个它自己的小电阻。这是加了一个小型可变电阻的。这个可变电阻会在万用表表面装一个小旋钮，或者是万用表盒右边略微突出的指轮旋钮。1.5伏电池置于万用表盒内，就像1K电阻。要用阻值量程，万用表探针要牢牢地触碰到一起形成短路，再调节可变电阻，使万用表指向零。 
    为便于讨论，让我们假设调节正确时，万用表的内电阻刚好是1K。如果测试时电阻值刚好1K，则通过万用表的电流将只有一半，而万用表指针将在整个表盘上偏转一半。如果测试的电阻是2K，则电流将为三分之一，而表盘指针将从从左边移到刻度线1/3的位置。如果电阻是4K，则为全表盘电流的五分之一 (1K+4K=5K)，以及4K标记，将为表盘左边的20%处。
    提醒两件事：首先，表盘必须是从右到左读取，这要养成习惯；其次，表盘不是线性的，其刻度标记变得越来越接近，因而被测的阻值越高，就越难标识和读取。表盘刻度挤在一起说明了为什么多量程万用表往往比单一量程的更贵。
    市电运行的示波器是一台出色的个人设备，但新品是非常贵的。通过eBay以合理的价格去淘一台还是有可能的。示波器并非是必不可少的物品。它最有用的功能之一是能够测量频率，并显示波形。大多数的波形具有已知形状，所以主要未知的是频率。下面的仪表并不贵，而且它显示的是数字读出的信号频率：

    所以，当你决定买一台万用表时，要考虑以下几点：
    1. 它有多可靠？如果你选择了一台电池驱动的设备，如果电池开始耗尽，准确度会受到什么影响。它会显示电池需要更换的警告吗？市电运行的数字万用表是很完美的，但如果你总是用市电测量就会有问题。
    2. 它的直流电压范围是多少？如果你打算主要工作在12伏电路，对于9伏和30伏作为逐次范围就是很不方便的范围。数字表没有这个问题，但问题是，日复一日地使用，它们能有多准确？
    3. 您可以忽略晶体管测试的选项——如果你认为你总是需要这样做，你最好制造你自己的专用设备来检测晶体管——或许你不要。
    4. 可以对测量电流非常有用，以便看看提供的是什么范围。
    5. 对测量电容非常有用，尤其因为许多电容器对它们的值是标记不清楚的。
    6. 测量一个波形的频率可以是一个意外的收获，但问题是：你真的有这个需要吗？
    7. 对测量电阻非常有用。每台万用表都有。不必刻意迷恋测量的量程，因为通常你只需要知道近似值——它是1K电阻还是10K电阻？
    看看周围并了解市面上有什么、多少钱和是什么吸引你。买一台真正便宜的万用表未必不好，用它一段时间，看看它是否有令人讨厌的不足之处，如果有，你本人想从一台更贵的万用表上得到什么改进。
    一个高档的工作台电源可能是值得拥有的，它允许您设置任何你想要的电压，而且它显示由您开发的电路所汲取的电流： 

    然而，在你能做自己的电压稳定、可调输出、测量电流等等、等等的一台优秀的设备时，就不需要花钱买一台高档仪表。就个人而言，如果开发一种用电池的电路，我认为你最好开发一个电池的供电，那种你可以施行包括任何电池参数的测试。

电源
    如果你愿意，你可以构建一个非常方便的开发测试台供电系统。其优点是你可以把它做成最方便自己使用的样式。您还可以做超敏防护，以及做额外电路——如晶体管测试仪和电阻替换盒，以做成一个综合测试台。你可能会使用这样的电路：

    这里，电源由可充电镍镉电池组——或也许，带稳压的市电单元供应。由于在所有的实际电路里，电路中接下来是总是一个导通/关闭开关，以便出现任何问题时，可以立即断开电源。接着，一如既往，是保险丝或断路器，这样在问题严重时，它可以比你反应更快地断开电路。如果你愿意，你可以在这个位置建造你自己的超精确可调断路器。

    两个晶体管和三个电阻组成一个可调的、稳定的输出。场效应晶体管具有高输出功率处理的能力，而输入功率要求极低，所以可以有效地控制输出电压。电阻“VR1”用4K7电阻填补，只是为了降低可变电阻两端上的电压。调节VR1控制输出电压。如果增加电流消耗并略微拉低输出电压，则BC109晶体管基极上的电压被降低。这开始了把晶体管转向关闭，提高点“A”的电压，反过来，又提高了输出电压——与负载引起的变化相反。

    输出受到监测，首先由一台大的毫安表显示电流消耗，其次，在毫安表的输出侧上，一个伏特计。这使得对原型的电源有一个非常密切的监测——尤其是如果把毫安表并列置于原型旁边。 你可以把这种电路建在一个扁而宽的盒子里，在毫安表旁边提供一个工作面。

    上图中的点“B”，是一种通过在毫安表两端放置一个“采样”电阻改变电流范围的方法。当开关闭合时，一些电流通过电阻而一些则流过毫安表。这个电阻有一个非常低的值，所以最好你自己做。例如说，我们要把表的量程加倍。把开关焊接在仪表两端，而给电阻的是用一段漆包铜线绕在一个小线圈架上。输出上放一个负载，使仪表显示出一个满量程的偏转。闭合开关。是否显示的电流恰好是它实际的的一半，如果不是，关闭开关，移除一些导线去降低读数，或增加一些导线提高读数，然后反复测试，直到电流显示正好是一半。采样电阻的值越低，流过它的电流越大，而流过仪表的越少，于是得到一个较低的读数。

    请注意：电流被递送到您的测试电路时有一个保险丝或断路器是非常重要的。构建原型中的任何错误都会导致从电源消耗很大的电流，而这是很危险的。记住，你是看不到电流的。即便你对正被传递的电流有一个仪表，您可能不会注意到读数已经很高。险情的第一个迹象可能是烟！您可以轻而易举地烧毁你正在建造的电路——如果你没有一个安全开关的话，所以，用一个保险丝或其它装置限制电流——约为你所期望的电路消耗的两倍。

    那么，这一切之后，你真正需要的是什么设备？你需要一个小烙铁和多芯焊料、一把长鼻子钳和一台万用表。另一件东西是某种用来在焊接前裁切导线并移除绝缘的工具。这个就因人而异了。有人喜欢定制工具，有人用一把刀，我本人用一把直的指甲剪。选择你感觉舒适的就好。

    并非完全是一个庞大的基本设备阵列。提到的其它项目也绝对不是必不可少的，所以我建议你从保持简单开始，而且用最少的传动装置。

    如果您不熟悉电子产品，我建议你找一份英国电子品牌Maplin目录的副本，要么从他们的门店，要么通过网站 http://www.maplin.co.uk。认真地浏览一遍，因为它会告诉你哪些元件有货，价格多少，以及通常用在什么地方。几乎所有半导体的规格都能在这里以Adobe Acrobat文档形式免费找到：http://www.alldatasheet.co.kr。

    最后，由于这不重要，目前为止展示的电路均标示电流是从电池的+流向-端的。电压是由伏打（Volta）发现的，但他无法了解电流以什么方式流动，所以他只有猜测。他正确的机会是50对50，但他并不幸运，得到的是错误的答案。电流实际上是一个电子流，而它们是从电池的负极流到电池的正极的。可是，这有什么关系？几乎没人在乎，因为它在任何电路上都没有实际效果。

    一些有用的网站: 
      元件 http//:www.users.zetnet.co.uk/esr
           元件 http//:www.maplin.co.uk 
半导体规格 http//:www.alldatasheet.co.kr
半导体规格 http//:www.cricklewoodelectronics.com  
      元件 http//:www.greenweld.co.uk 

示波器  
    如果你的确决定你准备研究新设备，设计并可能发明新设备，那么一台示波器是很有用的。让我再次强调，这不是设备的一个必不可少的物品，而最肯定的是除非你对构建原型已经相当熟稔，否则它都不是十分需要的。示波器的设置很容易误读，而且操作方法要养成一定的习惯。在开始用示波器时，R.A. 彭福尔德的廉价书《示波器和其它测试设备的使用》，国际标准图书编号0 85934 212 3，可能是很有用的。
    在易趣网以合理的价格购买二手货得到一个示波器是可能的。最好的示波器“双踪”的，这意味着它们同时可在屏幕上显示输入波形和输出波形。这是一个非常有用的功能，但正因如此，有这个功能的示波器售价更高。示波器能处理的频率越高，则越有用，但售价也越高。不是所有的示波器都提供（必要的）“测试探头”的，所以如果卖家想分开销售，可能就需要单独购买。无疑买示波器还要有手册。廉价示波器可能看起来像这样： 

磁测量
  
    用永磁做实验的人可以用显示磁场强度的仪器。专业制造的设备来做这个，其质量往往超出一般实验人的平均购买力，他们已经把他的金钱花在他的原型材料上了。这里有一个简单而廉价的电路设计，由四个AA干电池供电，并利用了一个霍尔效应半导体作为传感器：

    这个设计用OP77GP运算放大器芯片来提高一种霍尔效应器件的A1302芯片的输出信号。直流连接运算放大器的增益由电路图中阴影所示的1K和1M固定电阻的比率设置，增益为1,000。

    该电路运行容易。6伏电池对10微法电容器充电，有助于消除由电路变化电流消耗引起的补给线的任何波动。当霍尔效应器件不靠近任何磁铁时，10K可变电阻器用于将输出仪表显示设置为零。1K可变电阻器用于使微调调节更容易。
    当A1302芯片遇到磁场时，其输出引脚3上的电压发生改变。这种变化由OP77GP放大器放大了一千倍。其引脚6上的输出连接到显示仪表的一侧，而仪表的另一侧连接到点“A”。 点“A”上的电压约为电池电压的一半。如果两个4.7K电阻器具有完全相同的值，它将恰好是电压的一半。 这是相当不可能的，因为存在制造公差，通常约为电阻器的标称值的10％左右。点“A”上的电压精确值由OP77GP调谐匹配，因此仪表读数为零，直到遇到磁场。当这种情况发生时，仪表偏转与磁场的强度成正比。

怪异的东西
    您无需知道以下信息，因此请随意跳过并转移到其它位置。
    上面呈现展示的是基于学校和大学所教育的电子和电力的传统观点。这些信息和概念适用于设计和建造电路，但这并不意味着它是完全正确的。不幸的是，世界并不像一般所理解的那么简单。
    例如，据说电流是以光速通过电路的导线的电子流。虽然有些电子确实是通过金属线流动的，但是实际上这样的电子只占很小一部分，当它们必须争取穿过构成导线躯体的金属分子的晶格时是相当慢的。
    尽管如此，当电路的开/关切换被接通时，无论导线有多长，电路都立即上电。其原因是电流确实以非常高的速度沿着导线流动，但它是沿着导线的外面快速流动，而不是快速地穿过导线。在接通电路之后的千分之一秒，穿过导线流动的电子才刚刚启动，而沿导线外面流动的电流已经遍及电路并且返回：

    上面的略图没有显示正确的比例，因为沿着导线外侧螺旋运动的电流应当比所示的长几十万倍，图中所示并非是现实中的。

    电流流动所取的实际路径使得导线的表面特别重要，而绝缘材料也是非常重要的。过去的几年，线材制造商用空气中退火（冷却）铜线。这在铜线的外表面上产生了一层氧化铜，而那个层使得导线与今天的铜线相比具有不同的特性。威廉·巴尔巴特（William Barbat）在他的专利申请中声称，可以利用氧化铜层使装置具有功率的输出大于用户输入的功率。

    不幸的是，世界并不那么简单，因为在电路中流动的能量至少有两个分量。我们用电流表测量的电流就像上面所说的，而当它流过元件时，有时被称为“热”电，它往往加热它们。但有另一种分量被称为“冷”电，所以得名是因为当它们流过时往往冷却元件。例如，如果弗洛伊德·斯威特的VTA设备的输出导线短路在一起，由于“冷”电的大量流动而在设备上形成一层霜，被它“电击”带给你的是冻伤而不是灼伤。

    “冷”电不是什么新东西，它一直在那里，因为它只是“电”的一个方面。它一直没有被传统科学做太多的研究是因为用于测量“热”电的仪器完全不能对“冷”电作出反应。（实际上，“热”电、“冷”电和磁都是单个存在体的特征，它实际上应该称为“电磁”）。

    现在有点诡异的是：“冷”电完全不是沿着——或穿过导线流动。相反，它在导线周围的空间中流动，可能漂浮在“热”电产生的磁场上。托马斯·亨利·莫雷得名于他建造了一台捕获“冷”电的装置，并产生大量的功率输出，能够为一整套普通电器供电。他多次在公开演示前被威胁闭嘴，而他的设备被他邀请的会员观众带来的一块普通玻璃砸毁。当时，当他的电路给一排灯供电时，他会切断其中一根导线，并在切断的导线之间插入一块玻璃。这对他的电路没有明显的影响，此时能量流愉快地穿过玻璃继续在他的电路上流动，如之前一样给电路供电。用“热”电则不会有这种情况，但因为“冷”电不是穿过、或沿着导线表面流动的，打断导线对它来说不是一个重大的障碍。

    关于“冷”电，我们还不太了解。老埃德温•格雷演示了把被“冷”电点亮的灯泡浸入水中。灯泡继续运行，不仅不受水的影响，而且埃德温不时地把他的手放入水中与点亮的灯泡一起，这样做也没有受到任何伤害。这两种效应在常规电来说都是不可能的，所以请不要试着去核实。

    另一个有趣的项目是由美国人纳斯日恩·阿莫（Nathren Armour）生产的水力车系统。他的系统，（除其它外）涉及向火花塞馈送额外的电力。有一件一直困扰他的事是：只有一根导线去到火花塞盖时，发动机不会运行。他必须用第二根导线从外加电源到火花塞体，在那里拧入发动机体。拿走那根导线，发动机停止。再把它放回来，发动机运行。但是根据常规电学，不可能需要那根线，因为发动机缸体接地和电源输出接地，所以理论上，导线端头之间是没有电压差的，因此没有电流可以沿导线流动，因此该线是不需要而且没有功能的。嗯，“热”电是这样的，但它似乎是可能的，即，纳斯日恩·阿莫用“冷”电又用“热”电，而“冷”电需要额外的导线作为引导，把流量引导到火花塞。

    行了，可以了。让我们进一步进入现实世界的“怪诞神奇”吧。 如果，三百年前，你向普通受过良好教育的人描述X射线、γ射线、核能和电视信号，那么你将冒着被锁定为疯子的相当大的风险。如果你今天这样做，你的听众可能只会无聊烦闷，因为他已经知道这一切，并把它作为事实接受了（的确如此）。在您阅读以下信息时，请记住这一点。如果它看起来很奇怪和很牵强，这只是因为今天的传统科学已经大大滞后，但却仍然把几十年前证明是错误的东西拿来教学。

    如果你住在一个沙漠中，每天有一家公司开着一辆满载沙子的卡车进来，并把它卖给你，换取你大量银子，你会怎么想？这可不是桩好买卖，不是吗？你说什么，你永远不会那样做？但你已经那样做了，因为你没有意识到沙子在你身边，随时取用而几乎完全没有成本。有几个人试图宣传这个真相，但是砂石公司已经用一种或另一种方式立即使他们沉默。公司不想失去卖给你沙子的生意，绝对不希望你开始自己取得免费的沙子。

    好吧……为公平起见，其实那不是沙子，那是能量，它就在我们周围，自由拾取。听起来有点像三百年前的X射线？没说那不是真相的意思。这绝对是真相。今天所做的所有计算机的设计基于量子力学方程，而这些方程尚未完善，但用于实际目的远已足够好了。潜在的障碍是，量子层面的世界看起来太不像我们所看到、并以为已经充分理解的、周围的世界了。在量子层面上检验这个世界，显示我们生活在一个令人难以置信的、到处都是沸腾的能量中。爱因斯坦因指出质量等于非常大量的能量而著名，当一个原子弹被引爆时清楚地显示这是事实。换句话说，少量的物质相当于非常大量的能量。实际上，能量和物质是单一事物的两个不同方面（可以合理地称为“质量=能量”）。

    在量子层面上，可以看到物质的粒子在整个宇宙中的每一处都连续不断地突然冒出变为实体，然后又再次退出转变为能量。整个宇宙沸腾着能量。这种能量不会打扰我们，正如水不会打扰鱼一样，因为我们是在这个能量之海中进化演变的，而我们只是没有注意到它罢了。它不会伤害我们，但如果我们想要，并知道怎样获取，我们就可以永永远远地使用我们想要的那种尽可能多的能量。这种能量的量是令人难以置信的。已经计算出，宇宙中任何一处的一立方厘米包含的能量就足以产生整个宇宙中我们所能看到的所有物质。想想地球上有多少立方厘米……太阳系……我们的银河……。如果地球上的每个人都要开动他们的车、为他们的家园供电、让他们的飞机飞行等等，等等，一直用到下一个一百万年，它不会令包含在宇宙中一立方毫米的的能量有最轻微的凹陷。这不是理论，这是事实。（你想买一大堆沙子？——我这里就有一车……）。多年来这个巨大的能量场已经历了不同的名称。目前一个流行的名字是“零点能量场”，它是宇宙中所发生的一切的原因。它为生命本身提供能量。它在每一处平衡中平衡，这使得它难以意识到它就在我们身边的原因之一。

    汤姆·比尔登(Tom Beardon)是一个美国人，有着相当的能力和对世界如何实际运作有着相当深入的理解。他的陈述通常基于实验室验证准则，由他的高水平的数学技能支持，这使得他抓住一点额外的东西。他解释了电在电路中实际上是怎样工作的，而这一点也不像学校和学院所教授的体系。我们以为，当我们将电池连接到电路时，是电池迫使电流通过电路的导线。对不起，长官——实际上完全不是那样的。电路中的功率直接来自零点能量场，而根本与电池极少有关。我们往往考虑“用光”电量，但这恰恰是不可能的。能量不能被毁灭或“用完”，你可以做的最多的是将它从一种形式转变到另一种形式。当它从一种形式转变为另一种形式时，它将做“做功”（动力设备、发热、制冷……），但如果你反转过程，并将其转换回它的原来和形式，在转换期间它将做另一批“功”，并最终返回到与开始时完全相同的状态——尽管在运行期间已经做了两批“功”。

    电池不提供能量给电路供电。相反，发生的是，电池内的化学作用导致负电荷聚集在电池的“负”端子上，而正电荷聚集在电池的“正”端子上。电池的这两个靠近的“极”被称为“偶极”（两个相反的极彼此靠近），而它们对无处不在的零点能量场具有影响。电池的“正”极导致零点能量场的大量簇的负电荷聚集在其周围。以相同的方式，电池的“负”极引起ZPE（“零点能量”）的大量聚集正电荷聚集去聚集在它周围。这些电荷不仅聚集在电池的极点周围，而且在产生能量场中产生不平衡，而零点能量电荷继续到达极点，并且它们在每个方向上以不可思议的能量的连续流辐射出去。

    这样，你的闪亮的新电池放在那里，没有连接到任何东西，但它导致大量的能量流从其端子向每个方向辐射出去。我们没有注意到，因为能量随意地穿过我们，我们不能感觉到它，而且我们的传统仪器——如电压表、电流表、示波器等，根本没有反应。
    如果我们把电路连接到电池，情况会立即改变。电路给零点能能量提供了循着流动的流动路径，并且大量的能量在电路的导线附近流动，实际上瞬间为电路供电，直到它到达在电路远端的电池“极”。当它到达那里，它迅速摧毁这个极——完全摧毁它。零点能场平静下来，能流停止。但我们可靠的电池立即再次重复这个过程，再次用它的化学能创建“偶极子”，而零点能场的不平衡再次开始。这是因为电池必须一直使用它的化学能，创建再重新创建，并重新创建它的“偶极”，它用完并最终不再能创建偶极子——结果：电路中不再有能量。

    抱歉破坏了你的幻觉，但电池从来没有为电路本身供电，它只是起了一个零点能量场的沟道器件的作用。顺便说一句，直流电流（“DC”）实际上根本不是连续电流，而是一个直流脉冲流，其频率高得令人难以置信——高于我们目前可以测量的。脉冲的速度是如此之高，以至于我们看起来它是连续的，有点像作为电影的帧的单个静止图像，如果它们以一个接一个地以每秒25帧的速率播放，对我们显现的就是一幅运动的图像——我们看起来就像连续运动，但在现实中，它是一个静态图片的快速系列。

    电池“偶极子”在零点能量场上的工作方式非常类似放大镜对太阳光起的作用。太阳的光线被集中到一个点——由透镜聚焦。你可以用透镜生火，很容易以为透镜点了火，实际上，是太阳的光线点的火，而透镜只是影响了太阳光的巨大的“场”的一个局部区域，仅在一个点上升高温度。

    虽然我们倾向于认为“偶极”由电池产生，但磁体也产生同样的效果，无论是电磁体还是永磁体——请记住，电和磁性是同一个实体的两个面。有可能，但并不容易捕获由磁体的极产生的零点能量场的干扰流出的能量。例如，汉斯·科勒（Hans Coler）设法用一个完全无源的设备去做这件事，当设置正确，就可以产生电功率，连续地明显是“无”中生有（好吧，实际上，是零点能量场）。罗伊·梅耶斯（Roy Meyers）也用他的专利磁铁和锌板阵列做到这一点——完全无源、绝对无移动件、无电池和无电路。