電子電路超入門：圖解電晶體、二極體、積體電路等資訊科技基礎知識

前言    3

Chapter 1 電子電路的主角們
各種元件與定律

1-1    電力電路與電子電路的差別    10
Column 電力工程與電子工程，差一個字差很多嗎？    14
1-2    類比電路與數位電路    15
1-3    國中自然科學過的電力電路 …歐姆定律是一切的基礎    18
1-4    自由計算電路中各種數值的重要工具 …克希荷夫定律    20
Column 說自己不懂節點電壓法的學生們    24
1-5    了解被動元件的心情    25
1-6    魔法般的關鍵字jω …微分、積分的直觀理解    31
Column 橫軸是ωt（角度）？ t（時間）？    32
1-7    以濾波器取得頻率 …時間軸與頻率軸（PartⅠ）    39
Column 濾波器的「篩孔」愈小愈好    40
1-8    了解電晶體與二極體的心情    45
Column 只說電晶體時，指的是雙極性電晶體？    48
1-9    電晶體的主成分 …半導體的基礎    49
1-10    窺探IC的內部結構    54
1-11    使用電晶體的準備運動 …方便的h參數    59
Column 電子電路使用的大小寫符號與下標    61
Point    第1章真正想談的事    62

Chapter 2 類比電子電路的功能
「放大」的概念與計算

2-1    「放大」訊號 …電壓放大率、電流放大率    64
2-2    圖形縱軸不是「倍」，而是「分貝」    66
2-3    由電晶體的特性圖看出「放大」幅度    69
2-4    「放大」的前置準備 …做為幕後英雄的「偏壓電路」    72
2-5    誰「放大」了什麼？ …輸入輸出阻抗    76
Column 了解「放大」是什麼，卻不了解「輸入輸出阻抗」是什麼    78
2-6    電晶體「開關作用」與數位電路之間的關係    79
Column 筆者（石川）的電子電路經歷
     為什麼類比電路與數位電路兩種都要學？    81
Point    第2章真正想談的事    82

Chapter 3 大學、五專、高職學到的電子電路
專業書籍的閱讀方式

3-1    高職檢定教科書與市面上販售的教科書 …讓自己喜歡上電子電路的閱讀方式    84
Column 購買檢定教科書    84
Column 筆者（石川）在高職學到的東西，在大學與五專學到的東西    87
3-2    電晶體變身成了方便使用的形式 …了解四種等效電路    88
3-3    最流行的放大電路 …共射極電路    91
Column 請一口氣讀完3-3節到3-5節    92
3-4    輸出不會反轉的放大電路 …共基極電路    93
Column 接地是什麼意思？    94
3-5    電壓放大率為1倍？ 這樣也算放大電路嗎？ …共集極電路    95
Column 複習三種接地電路的特徵！    96
3-6    目前的主流元件 …MOS電晶體的基礎    97
Column MOS電晶體是3個端子的元件？ 還是4個端子的元件？    99
3-7    MOS電晶體使用的基本電路 …共源極電路    101
3-8    大型積體電路（LSI） …差動放大電路與電流鏡電路    103
3-9    以「高性能」為目標 …類比電路設計的抵換關係    107
Column 與電子電路有關的五專、大學的畢業研究包括哪些？    108
Point    第3章真正想談的事    109

Chapter 4 使用運算放大器的演算電路
電晶體數量的恐怖之處

4-1    增加電晶體數量後便無法計算！？    112
4-2    救世主運算放大器登場 …黑箱化＆虛短路    114
4-3    運算放大器的使用方式 …密技回饋    117
4-4    使用運算放大器製作的加減法電路與微積分電路    123
Column 運算放大器只能用在反相放大電路與非反相放大電路上嗎？    123
4-5    運算放大器使用的頻率濾波器 …時間軸與頻率軸（PartⅡ）    125
4-6    運算放大器的內部 …已學過之知識的總動員    127
Point    為熟悉第3章的電子電路，您需能回答出「這五個問題」的答案    129
Point    第4章真正想談的事    130

Chapter 5 數位電路的基礎
組合電路與順序電路

5-1    從類比到數位 …A/D轉換與D/A轉換    132
Column 「從類比到數位」的轉換極限 取樣定理    136
5-2    10進位、2進位、16進位 …方便電腦處理的表示方式    137
5-3    組合電路 …NOT、AND、OR、NAND、NOR、XOR電路    140
5-4    半加器與全加器 …挑戰2進位加法    142
5-5    順序電路 …記憶力超群的正反器電路    145
Column 如果被問到「數位電路（邏輯電路）是在學什麼？」該怎麼回答？    149
5-6    邏輯電路也是由電晶體組成    150
Column 意識到電晶體層次的時機    152
5-7    數位IC的應用 …TTL與CMOS    153
5-8    以「高性能」為目標 …微處理器、FPGA的未來    156
Point    第5章真正想談的事    158

Chapter 6 電路模擬
LTspice入門

6-1    什麼是電路模擬    162
Column 與電路模擬的相遇（石川篇）    167
6-2    LTspice介紹    168
6-3    LTspice的使用方式    172
Column    IC設計的必要工具    174
6-4    用模擬器體驗「放大」    179
6-5    用模擬器體驗「濾波器」    190
Column 不會冒煙的模擬器與變壓器事件    195
6-6    用模擬器體驗「組合電路」    196
6-7    用模擬器體驗「順序電路」    201
Column 與電路模擬的相遇（野口篇）    206
Point    第6章真正想談的事    210

結語    211
參考文獻    212
索引    213

 

前言

　　本書內容主要為電子電路的基礎與概觀。或者也可以說，為了讓讀者喜歡上電子電路這門領域，本書蒐羅了許多有趣的梗，讓各位能輕鬆閱讀。

　　本書的數學式很少，內容主要是列出關鍵字並簡單說明，有時會出現說明不夠充分、過於果斷的情況。一般的專業書籍會追求嚴格的「正確性」，但本書會用「大概就是這樣的意思吧？」的方式表達。

　　事實上，在本書前身《圖解入門 超簡單 最新 電子電路的基礎與運作機制》（日本於2013年6月出版，以下稱「前作」）出版後數年，我再回來重新翻閱後，發現內容壓倒性地不足。

　　然而，也有不少讀者透過這本書入門電子電路領域。在我與這些讀者討論相關內容時，我覺得對話相當順暢。用這本書上課時，我也覺得只要說個大概，學生就會自動自發地去找相關資料，還會指出我黑板上寫錯的內容。因此，吐槽也是本書的重點之一。就這點看來，本書Column內容或許還比正文重要，請把這些內容當成趣談、閒話，輕鬆地看過去。不管讀者是其他專業領域人士、高中生、科大生、大學生，還是社會人士，如果本書能讓你們瞭解到電子電路領域的關鍵字，對這個領域產生興趣，那就太棒了。

　　修訂版為本書的「第2版」，我刻意留下了一些吐槽的部分，並用對話泡泡表示，歡迎您在閱讀時留意這些吐槽部分。

　　年齡上來說，最早開始學習電子電路知識的族群是高職生，而本書最大的特徵，就是會提到部分與高職檢定教科書有關的內容。

　　開始學習專業科目後，這些剛從國中畢業，只有學過國語、數學、自然、社會、英語的學生們，會突然遇到「jω」之類的未知咒文，那當然會被嚇到了。

　　進入大學以後，他們需運用在高中學過的微積分，學習電路的行為。這時他們會開始覺得「電力電路」很困難，接著又會碰到二極體、電晶體等「電子電路」的咒文，應該有不少人因此而放棄吧。

　　檢定教科書的內容與本書類似，簡明扼要，電路種類卻比本書豐富許多，目次也較繁瑣。因此讀者可透過本書，大致瞭解檢定教科書的「框架」，知道除了本書之外還要再補充那些內容，進而理解到電子電路領域的整體模樣。

　　本書的第二個特徵，是引入了「LTspice」的電路模擬練習。前一個版本中，我們用「ngspice」這個模擬器，使用網路連線表（netlist）來描述電路圖。為了方便讀者練習，本書改用能以滑鼠輸入電路圖，只要點幾下按鍵，就能看到波形的「LTspice」做練習。
在我（石川）念大學時（1997年～），電路模擬器可以說是高嶺之花，只有特定的人，能在特定的時間，用特定的電腦操作。比起用模擬器，實際以電路做實驗，才是這個領域的基礎。我記得到了2008年，「LTspice」才真正普及開來。
　
　　而製作本書時，我們請來了出生於1989年，可說是「LTspice」的原生世代的野口卓朗老師做為共同作者，設置了新的章節，說明類比電路、數位電路的模擬過程，加深讀者的理解。第6章內容相當充實，完成這些模擬後，便可算是打好了電子電路的基礎，請務必嘗試看看。