电子工程概论

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1、電子工程概論(第二章電路元件、電壓、電流、電功率)授課老師：陳仁賢老師1電路元件圖2.1錫氧化膜電阻器典型的兩端元件是電阻器、電容器、電感器及電壓源，各有不同的大小形狀。元件的個別尺寸，小的如圖2.1中的小電阻及圖2.2的小電容。大的如圖2.3高壓電容器，高度超過1呎。圖2.3高壓電容器圖2.2陶瓷電容器2電荷與電流電荷單位為庫侖（coulomb，縮寫C）是紀念法國科學家庫侖而命名。以後將以Q或q作為電荷符號，如下：Q=2庫侖代表一正電荷帶有2庫侖的電量。使用時大部份Q代表靜態或定值的電量，而q代表電量隨時間改變的瞬間值（instantaneous）。＊一個電子帶有約1.6×1

2、0-19庫侖的負電荷，也就是1庫侖電荷含有1÷(1.6×10-19)=6.25×1018個電子。一個電子的電量與2庫侖所具有電子數相比較，顯得那麼小，但這數值在電路應用電量時有一個量的觀念。電荷實際上需要幾十億個電子所組成，假設有4毫庫侖的電量，則約等於25仟兆（1015）個電子所帶電量之總和。庫侖3電荷與電流電流電路最主要供給電荷移動所需的路徑，在導體中如不加外力，內部電子將不規則的從一原子移動到一原子。當加外力時，自由電子將如同水在管中流動依照定義的方向流動。電荷的移動稱為電流。電流的定義是”電荷的流動率”，因此如某一段時間t，在導體中某一點所通過的電荷量Q時，則所通過電流

3、定義為：此處Q為一常數，如果Q隨時間變化而變化，則採q來表示，以獲得對電流正確的度量。如果Q的單位為庫侖，而t為秒，電流單位為庫侖/秒（C/s），又稱作安培（ampere，縮寫為A），因此1安培＝1庫侖/秒。(2.1)4電荷與電流圖2.4同一導體中的電子流和習慣電流前述中電流為導體中自由電子流動所形成的，因此電路電流是由負電荷移動所組成，此種導體電流稱為電子流（electroncurrent）。在電路分析上一般都想像電流由正電荷移動所組成，這種習慣是導源於富蘭克林所做風箏試驗，認為電是由正往負方向流動，這種電流與電子流有區別，稱之為習慣電流（conventionalcurren

4、t）。電子流是電子在導體中移動所形成的，而習慣電流是正電荷移動所形成的。圖2.4說明了這種電流，Ie代表電子流，是從負平面往正平面移動。而習慣電流Ic的方向與Ie方向相反，由正的往負的方向流動。5電荷與電流無論是電子流或是習慣電流，相反方向的電流一定是原來方向的負電流，如圖2.5(a)中所設方向有2安培電流通過，而在2.5(b)中相同的電流，由於方向相反，故電流為-2安培。圖2.5相同電流的兩種表示法直流電：如圖2.4中所加外力極性保持固定不變，則電流的方向便保持同一方向，若外力大小不變，即電流大小維持定值。電流大小固定者稱為直流（directcurrent）簡稱為DC，圖2.

5、6(a)為直流電的例子。6電荷與電流圖2.6(a)直流電流,(b)交流電流交流電：電流方向作週期性改變稱為交流電（alternatingcurrent）簡稱為AC。此種電流極性連續的改變，大小由零值昇到峰值，再降到零值，爾後從零值依另一方向達到峰值。圖2.6(b)為點型交流電的圖形，圖中由t=0到t=T的圖形連續重複出現，稱為一週期（cycle）。每秒鐘的週期數稱為頻率（frequency），頻率的單位赫芝（hertz縮寫為Hz），是紀念德國物理學家赫芝而命名的。7電壓圖2.7習慣電壓之極性前面所示使電流在元件流動的外力稱為電動勢（electromotiveforce,縮寫為e

6、mf），電動勢供給跨於元件兩端的電壓或電位差（potentialdifference）使電流流動。伏特：如電壓跨接在元件兩端就產生作功，把電荷從元件的一端移動到另一端，電壓的單位為伏特（volt,縮寫為V），是紀念發明電池的義大利物理學家伏特而命名。圖2.7為元件標示電壓的方式，代表元件兩端的電壓為V伏特，＋，－表示極性a點比b點電位高，也就是a端高出V伏特之電位。因為伏特是1庫侖電荷作一焦耳的功，故可定義1伏特是1焦耳/庫侖，即1伏特=1焦耳/庫侖(2.2)8電壓圖2.8等效電壓的兩種表示法等效電壓表示法：電壓極性表示法，圖2.8為兩種相同電壓的表示方法。圖2.8(a)中a端

7、點比b端點的電位高+6伏特，而圖2.8(b)中b點比a點高-6伏特（或比a點低+6伏特）。我們將使用雙下標符號Vab表示a點對b點的電位差。如此在圖2.8中(a)為Vab=6伏特；（b）為Vba=-Vab的關係，則Vba=-6伏特。9功率圖2.9含有指示電壓及電流極性的元件由公式(2.2)中發現與電路元件有關另一個重要的量，如圖2.9中一電壓V跨於元件兩端，且還有一電流I通過這元件。依公式(2.2)V的單位為焦耳/庫侖，而電流I的單位為庫侖/秒，因此VI單位為（焦耳/庫侖）×（庫侖/秒），把