仅由一节电池和一个负载电阻组成的电路分析起来非常简单，但在实际应用中并不常见。通常，我们会发现有两个以上组件连接在一起的电路。 串联和并联电路 连接两个以上的电路元件有两种基本方式：串联 和平行 . 串联配置电路 一、串联电路的例子： 在这里，我们将三个电阻器（标记为 R1、R2 和 R3）连接在一条长链中，从电池的一个端子连接到另一个端子。 （应该注意下标标签——字母“R”右下角的那些小数字——与以欧姆为单位的电阻值无关。它们仅用于区分一个电阻。） 串联电路的定义特征是电流只有一条路径。在这个电路中，电流以顺时针方向流动，从点1到点2到点3到点4，然后回到1点。 并联电路配置

SPICE 电路仿真计算机程序使用科学记数法来显示其输出信息，并且可以解释电路描述文件中的科学记数法和公制前缀。如果您想成功地解释整本书中的 SPICE 分析，您必须能够理解程序中用于表示电压、电流等变量的符号。 使用 SPICE 进行简单的电路仿真 让我们从一个非常简单的电路开始，它由一个电压源（一个电池）和一个电阻组成： 要使用 SPICE 模拟此电路，我们首先必须为电路中的所有不同点指定节点编号，然后列出组件及其各自的节点编号，以便计算机知道哪个组件连接到哪个组件以及如何连接。对于这种简单的电路，使用 SPICE 似乎有点矫枉过正，但它有助于演示科学记数法的实际应用： 输入

要将科学记数法中的数字输入手动计算器，通常有一个标记为“E”或“EE”的按钮，用于输入正确的 10 次幂。例如，要以克为单位输入质子的质量 (1.67 x 10-24 克）到手动计算器中，我会输入以下按键： [1] [.] [6] [7] [EE] [2] [4] [+/-] [+/-] 键击将幂 (24) 的符号更改为 -24。一些计算器允许使用减法键 [-] 来执行此操作，但我更喜欢“更改符号”[+/-] 键，因为它与在其他上下文中使用该键更一致。 如果我想在手动计算器中输入科学记数法中的负数，我必须小心我如何使用 [+/-] 键，以免我改变幂的符号而不是有效数字值。注意这个例子：

要以与最初给出的方式不同的度量前缀表示数量，我们需要做的就是根据需要向右或向左跳过小数点。请注意，上一节中的度量前缀“数字线”是从大到小、从左到右排列的。特意选择这种布局是为了让您更容易记住在任何给定转换中需要跳过小数点的方向。 示例问题：用微安表示 0.000023 安。 0.000023 安培（没有前缀，只是简单的安培单位） 数轴上从UNITS到micro是向右6位（十的幂），所以我们需要把小数点向右跳过6位： 0.000023 安培 =23. , 或 23 微安 (µA) 示例问题：以千伏表示 304,212 伏。 304,212 伏（没有前缀，只是普

公制系统除了是各种物理量的测量单位的集合外，还围绕科学记数法的概念构建。主要区别在于十的幂是用字母前缀而不是文字的十的幂来表示的。 以下数轴显示了一些更常见的前缀及其各自的十次幂： 看看这个规模，我们可以看到 2.5 GB 意味着 2.5 x 109 字节，或 25 亿字节。同样，3.21 皮安意味着 3.21 x 10-12 安培，或 3.21 1/万亿分之一安培。 存在其他度量前缀以象征极小和极大乘数的十的幂。在频谱的极小端，毫微微 (f) =10-15 , atto (a) =10-18 , zepto (z) =10-21 , 和 yocto (y) =10-24 .

科学记数法的好处并不仅限于易于书写和准确表达。这种表示法也适用于乘法和除法的数学问题。假设我们想知道有多少电子会在 25 秒内流过载有 1 安培电流的电路中的一个点。 如果我们知道电路中每秒的电子数（我们知道），那么我们需要做的就是将该数量乘以秒数 (25) 得出总电子数的答案： (6,250,000,000,000,000,000 个电子每秒) x (25 秒) =156,250,000,000,000,000,000 个电子在 25 秒内通过 使用科学记数法，我们可以把问题写成这样： (6.25 x 1018 电子每秒）x（25 秒） 如果我们将“6.25”乘

在许多科学和工程学科中，必须管理非常大和非常小的数值量。其中一些数量的大小令人难以置信，要么非常小，要么非常大。以质子的质量为例，质子是原子核的组成粒子之一： 质子质量 =0.00000000000000000000000167 克 或者，考虑在稳定电流为 1 安培的情况下，每秒通过电路中某个点的电子数： 1 安培 =6,250,000,000,000,000,000 个电子每秒 很多零，不是吗？显然，即使在计算器和计算机的帮助下，也必须处理如此多的数字中的如此多的零位，这会让人感到非常困惑。 请注意这两个数字以及其中非零数字的相对稀疏性。对于质子的质量，我们只有一个“1

电流表及其对身体的各种影响来自网络资源：麻省理工学院的安全页面，以及 Cooper Bussmann, Inc. 出版的安全手册。 在 Bussmann 手册中，该表被恰当地命名为电击的有害影响 并归功于 Charles F. Dalziel 先生。进一步的研究表明，Dalziel 既是科学先驱，也是研究电对人体影响的权威。 Bussmann 手册中的表格与麻省理工学院提供的表格略有不同。对于感知的 DC 阈值（男性），MIT 表给出 5.2 mA，而 Bussmann 表给出的数字略大，为 6.2 mA。 此外，对于“无法放手”的 60 Hz AC 阈值（男性），MIT 表给出了 20

安全有效地使用电表可能是电子技术人员可以掌握的最有价值的技能，无论是为了他们自己的人身安全还是为了他们的行业熟练程度。一开始使用电表可能会令人生畏，因为知道您将其连接到可能存在危及生命的电压和电流水平的带电电路。 这种担忧并非没有根据，使用仪表时始终最好谨慎行事。粗心大意是导致经验丰富的技术人员发生电气事故的原因。 万用表 最常见的电气测试设备是一种称为万用表的仪表 .万用表之所以如此命名，是因为它们能够测量多个变量：电压、电流、电阻，以及许多其他变量，其中一些变量由于其复杂性无法在此解释。 在训练有素的技术人员手中，万用表既是一种高效的工作工具，也是一种安全装置。然而，在无知和/或粗心

正如我们之前看到的，从安全角度来看，没有安全接地连接的电力系统是不可预测的。没有办法保证电路中任何一点与大地之间存在多少或多少电压。 通过将电力系统电压源的一侧接地，可以确保电路中至少有一点与大地电气共用，因此不存在电击危险。在简单的两线制电力系统中，接地的导体称为中性 , 另一个导体被称为 hot ，也称为直播 或 active : 就电压源和负载而言，接地没有任何区别。它的存在纯粹是为了人身安全，通过保证电路中至少有一点可以安全触摸（对地零电压）。 电路的“热”侧以其潜在的电击危险而得名，除非通过与电源的正确断开来确保电压（理想情况下，使用系统的锁定/挂牌程序），否则触摸

当然，直接在电力系统上进行人工作业时，存在触电的危险。然而，由于电力在我们生活中的广泛使用，许多其他地方也存在触电危险。 正如我们之前看到的，皮肤和身体电阻与电路的相对危险性有很大关系。身体的电阻越高，任何给定的电压量产生有害电流的可能性就越小。反之，身体的电阻越低，越容易因施加电压而受伤。 水危害 降低皮肤抵抗力的最简单方法是将其弄湿。因此，用湿手、湿脚或特别是在出汗的情况下（盐水是比淡水更好的导电体）接触电气设备是危险的。在家庭中，浴室是湿人最有可能接触电器的地方之一，因此电击危险是一个明确的威胁。 良好的浴室设计会将电源插座远离浴缸、淋浴间和水槽，以阻止使用附近的电器。插入墙上插座

尽管工业中的上锁/挂牌程序和电气安全规则多次重复，事故仍然发生。大多数情况下，这些事故都是由于没有遵循适当的安全程序造成的。但是无论它们可能发生，它们仍然会发生，任何在电气系统周围工作的人都应该知道需要为电击受害者做些什么。 如何帮助被电击的人 如果您看到有人昏迷不醒或“僵在电路上”，首先要做的是通过打开适当的断路开关或断路器来关闭电源。如果有人触摸另一个被电击的人，可能会在受害者的身体上产生足够的电压来电击可能的救援人员，从而“冻结”两个人而不是一个人。 不要当英雄。电子不尊重英雄主义。确保情况对您来说是安全的，否则您将 成为下一个受害者，没有人会从你的努力中受益。 这条规则的一个问题

如果可能，请在对电路进行任何操作之前先关闭电路的电源。您必须确保所有有害能源来源的安全，才能认为系统可以安全工作。在工业中，在这种情况下保护电路、设备或系统通常称为将其置于零能量状态 .本课的重点当然是电气安全。但是，其中许多原则也适用于非电气系统。 零能量状态：保护有害能量 保护处于零能量状态的事物意味着消除任何潜在的或储存的能量，包括但不限于： 危险电压 弹簧压力 液压（液体）压力 气动（空气）压力 悬挂重量 化学能源（易燃或其他反应性物质） 核能（放射性或裂变物质） 电压本质上是势能的一种表现形式。在第一章中，我什至用升高的液体作为电压势能的类比，具有产生电流（流动）的能力（势能

关于电气安全，常听到的一句话是这样的：“致命的不是电压，而是 当前 ！ ” 虽然这有一定道理，但除了这句简单的格言之外，还有更多关于电击危险的信息需要理解。如果电压不构成危险，就没有人会打印和展示标语：危险—高压！ “电流杀死”的原理基本上是正确的。电流会燃烧组织、冻结肌肉并使心脏颤动。然而，电流并不会自行产生：必须有可用的电压来激励电流流过受害者。人的身体也会对电流产生阻力，这一点必须考虑。 将欧姆定律用于电压、电流和电阻，并将其表示为给定电压和电阻的电流，我们有以下等式： 通过身体的电流量等于施加在该身体上两点之间的电压量除以身体在这两点之间提供的电阻。显然，可用于使电

正如我们已经了解到的，电力需要完整的路径（电路）才能持续流动。这就是为什么静电冲击只是短暂的震动：当两个物体之间的静电荷相等时，电流的流动必然是短暂的。像这样持续时间自限的电击很少有危险。 机身上没有两个电流分别进出的接触点，不会有触电的危险。这就是为什么鸟类可以安全地停在高压电线上而不会受到电击的原因：它们只与电路接触的一点。 为了使电流流过导体，必须存在电压来激励它。您应该记得，电压在两点之间总是相对的 .电路中没有“开”或“在”某个点的电压，因此在上述电路中接触单个点的鸟没有在其身体上施加电压以建立通过它的电流。 是的，即使它们依赖于两个 脚，双脚都接触同一根电线，使它

我们中的大多数人都经历过某种形式的电“休克”，其中电会导致我们的身体经历疼痛或创伤。如果我们幸运的话，这种体验的范围仅限于通过我们的身体释放静电积聚引起的刺痛或疼痛。 当我们在能够为负载提供高功率的电路周围工作时，触电成为一个更加严重的问题，而疼痛是电击最不重要的结果。 当电流通过材料传导时，任何对电流的抵抗（电阻）都会导致能量耗散，通常以热量的形式耗散。这是电对活组织的最基本也是最容易理解的影响：电流使它升温。如果产生的热量足够，组织可能会被灼伤。 这种影响在生理上与由明火或其他高温热源造成的损害相同，不同之处在于电能够灼伤受害者皮肤下的组织，甚至灼伤内脏。 电流如何影响神经系统

通过本课，我希望避免电子教科书中常见的错误，即忽略或没有足够详细地涵盖电气安全主题。我认为阅读本书的人至少对实际使用电力有短暂的兴趣，因此安全主题至关重要。那些未能将这一主题纳入其介绍性文本的作者、编辑和出版商正在剥夺读者获得挽救生命的信息。 作为工业电子讲师，我花了整整一周的时间和我的学生一起复习安全工作实践的理论和实践方面。我发现同样的教科书缺乏技术清晰度，我还发现缺乏对电气安全的覆盖。因此，本章的创建。将其放置在前两章之后是有意的：为了使电气安全概念最有意义，需要一些电气基础知识。 包含有关电气安全的详细课程的另一个好处是它为电压、电流、电阻和电路设计的基本概念设置了实际环境。技术主

如果使用得当，计算机可以成为强大的工具，尤其是在科学和工程领域。存在用于通过计算机模拟电路的软件，这些程序可以非常有用地帮助电路设计人员在实际构建实际电路之前测试想法，从而节省大量时间和金钱。 这些相同的程序可以为电子学的初学者提供极好的帮助，允许快速轻松地探索想法，而无需组装实际电路。当然，没有什么可以替代实际构建和测试真实电路，但计算机模拟肯定有助于学习过程，让学生可以尝试更改并查看它们对电路的影响。 在本书中，我将经常结合电路仿真的计算机打印输出，以说明重要的概念。通过观察计算机模拟的结果，学生可以直观地掌握电路行为，而不会被抽象的数学分析吓倒。 使用 SPICE 进行电路仿真 为

使用传统电流时，我们可以通过从正极 (+) 端子开始到电池的负极 (-) 端子（电路中唯一的电压源）来追踪同一电路中的电流方向。从中我们可以看出电流是顺时针流动的，从1点到2点到3点到4点到5点到6点，然后又回到1点。 当电流遇到 5 Ω 电阻时，电阻两端的电压会下降。该电压降的极性在点 3 相对于点 4 为正（+）。 我们可以根据电流的方向，用正负符号来标记电阻压降的极性；电流从电阻器的哪一端进入 相对于它正在退出的电阻器的末端是正的 : 我们可以通过标记该电路中每对点的电压极性来使我们的电压表更加完整： 点 1 (+) 和点 4 (-) 之间 =10 伏 点 2 (+)

到目前为止，我们一直在分析单电池单电阻电路，不考虑组件之间的连接线，只要形成完整的电路即可。电线长度或电路“形状”对我们的计算有影响吗？让我们看几个电路图并找出： 当我们在电路中绘制电线连接点时，我们通常假设这些电线的电阻可以忽略不计。因此，它们对电路的整体电阻没有明显影响，因此我们唯一需要应对的电阻是元件中的电阻。在上述电路中，唯一的电阻来自 5 Ω 电阻器，因此我们将在计算中考虑这一点。 在现实生活中，金属线实际上做 有电阻（电源也有！），但这些电阻通常比其他电路组件中存在的电阻小得多，可以安全地忽略它们。电力系统布线中存在此规则的例外情况，在正常（高）水平的电流下，即使非