电阻与电容
想象一条宽阔的大河，突然被逼着挤过一根细细的花园水管。水照样流，但水管拦着它——一次只能过那么多。电阻就是电的那根细水管。它阻挡着电流的流动，这种「阻挡」就叫电阻（resistance）。把水管捏得更细，过去的水就更少；把一个电阻的阻值调高，通过的电流就更少。这一件事——温和地限制有多少电流能流过——就是电阻存在的全部理由。
电阻还有第二个本领，而它正是从第一个本领里自然长出来的。把两个电阻首尾相接、排成一排，再从中间引出一根线：你在那里量到的电压（voltage），是整个电压干干净净的一个分数——按这两个电阻的阻值比例分配。这就是分压器，它无处不在。音箱上的音量旋钮，或者一个需要把较小、较安全的电压递给娇贵芯片的传感器——它们都不过是两个电阻在悄悄分担。
现在来认识电阻活泼的表亲——电容。如果说电阻是一根细水管，那么电容（capacitor）就是一只小小的可充电水桶：你往里灌电流时它吸进电荷，把电荷存着，等电路需要时再还回去。由此自然引出两个结果。第一，电容能把东西「抚平」——当供电电压一瞬间往下掉时，水桶会把它重新补满，所以一个跨接在电源线上的电容就像一个减震器，滤掉突如其来的颠簸和纹波。
二极管——一个单向阀门
想想自行车打气筒里那个小小的单向皮阀，或者车站里那种只许单向通过的旋转闸门：从一边推，你顺顺当当就过去了；从另一边推，你被结结实实地挡住。二极管正是这样，只不过是给电用的。电流可以朝一个方向悠悠地穿过它，朝另一个方向却被牢牢拦住。这一个倔强的习性——只让电流朝一个方向通过——就是二极管（diode）所做的全部，而它出奇地有用。
这种单向行为是从哪来的？来自一块半导体（semiconductor）内部的一道边界——半导体是一种材料，通常是硅，它的导电本领恰好卡在导体和绝缘体之间。通过给一块硅晶体的两半掺入不同的杂质，工程师在它们之间养出一道结，也就是 PN 结。在那道接缝上，电荷朝一个方向轻松越过，朝另一个方向却撞上一堵墙。没有活动部件，没有皮阀——只是一块晶体边界悄无声息的物理，干着阀门的活儿。
两件日常的活儿最能展现二极管的本事。第一是整流：墙上插座送来的电是来回晃荡的，每秒钟要改变好多次方向。把几个二极管排成单向闸门，你就只放朝前的那几下摆动通过，把这种晃荡剁成一股稳稳的单向流——这正是把墙上的电变成手机充电器所需的那种温柔供电的第一步。第二件活儿你简直能亲眼看见：LED，也就是发光二极管，是一种当电流朝正确方向通过时就会发光的二极管。每一盏状态指示灯、每一个屏幕像素，都是一个二极管一边耍着它的单向把戏、一边发着光。
晶体管——开关与放大器
如果这整篇指南你只记住一个元件，那就让它是这个。晶体管是一道小小的闸门，在那里一个微弱的信号控制着一股大得多的电流——就像手指搭在水龙头上，把一丁点儿力气变成哗哗的大水，又像电灯开关，你手腕轻轻一拨，指挥的功率远远超过你手腕本身能出的力。在晶体管的控制端加上一个微弱的信号，它就掌管着流过另外两个端子、大上许多倍的电流。这就是晶体管（transistor）的全部魔法。
这一个本领会分成两种超能力，取决于你怎么用它。当作开关用时，你把控制端使劲推向一边或另一边——要么全开，要么全关——于是晶体管就成了一道没有活动部件、却能每秒翻转上百万次的「开/关」闸门。当作放大器用时，你让控制端停在中间某处，输入信号轻轻一抖，输出就忠实地、却放大许多倍地跟着抖。麦克风里那微弱的低语，被放大到足以驱动一只扬声器，靠的正是一路穿过晶体管。
接下来这个尺度该让你眨眨眼。一颗现代处理器，把几十亿个晶体管塞进一块指甲盖大小的芯片里，每一个都比一根头发丝细得多。它们是人类历史上被制造得最多的东西——人类每年造出的晶体管，比地球上每一片海滩的沙粒加起来还多。而它们每一个，都在做着第一个晶体管做过的那件谦卑的事：让一个小信号去支使一个大信号。
运算放大器
单个晶体管能放大，但要哄着它放大得既干净又可预测，可得费些心思。于是工程师把几十个晶体管打包进一个可靠的、现成的模块里：运算放大器，简称运放（op-amp）。把它想成一个可以直接从货架上买来的「盒装放大器」——它放大的劲头大得惊人。喂给它两个输入之间最微弱的一点点差异，它就想把这点差异放大十万倍甚至更多。光是这样，这么大的增益几乎大到没法用——就像一只音量开得太高的麦克风，最轻微的声响都能让它尖叫。
驯服它的诀窍是反馈：你把输出的一小片绕回到输入，于是运放就不停地核对自己的成果、把自己拉住。这跟恒温器是同一种自我修正的回路——加热器盯着那个由它自己改变着的室温，等到刚刚好就停下来。在它周围摆上几个电阻来设定这股反馈，你就能命令运放那股脱缰的增益乖乖地稳定到一个由你挑选的、精确的量。狂野的放大器，于是变成一个听话的、可以「拨到刚好」的放大器。
一旦被驯服，运放就成了一个万能得惊人的小苦力。把电阻这样摆，它就把几个电压加起来；那样摆，它就比较两个电压、告诉你哪个更大；再换一种摆法，它就干净利落地把一个微弱信号放大到能用的大小。这正是为什么运放是传感器和计算机之间无名的英雄。温度计、心率贴片或麦克风送出的那种颤巍巍、几乎看不见的电压，对一块芯片来说太微弱、根本读不出来——于是运放把它哄大、抚平，塑造成一个干净的信号，让数字世界终于能读懂它。
- 一个传感器产生一个微小而脆弱的电压——常常只有千分之几伏——光靠它自己太弱、用不上。
- 一个运放，周围摆好用于反馈的电阻，把这个电压按一个精确的、挑好的倍数放大。
- 回路里的一个电容把抖动和噪声抹平，留下一个干净、平稳的信号。
- 这个被「调理」好的信号现在足够强、足够干净，能让一块芯片读取了——传感器和计算机终于说上了同一种语言。