电路入门基础 chap1

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1、1基本元件電子電路的核心是電晶體、運算放大器等「主動元件」，它們是推動電子科技蓬勃發展的主要角色。相對於電晶體的光輝耀眼，電阻、電容、電感等「被動元件」顯得黯淡與渺小。但是，這些被動元件在實際的電路中無處不在；也許只是配角，卻是舉足輕重、不可或缺。電阻、電容、電感的特性十分單純，只要一個簡單的數學式就可相當準確的描述其電壓與電流的關係。不過，這些元件的功能卻是多方面的，熟悉它們的特性與基本應用是分析與設計電子電路的必備條件。本章首先回顧幾個電路相關的基本觀念，然後介紹一些常用的機械(有接點)開關，接著描述電子電路中的動力源—電壓源與電流源。本章的重點是說明電阻、電容、電感的特性並探討這些元

2、件在電子電路中所扮演的角色。1.0啟動之前…在課程開始之前，讓我們先回顧一下幾個基本名詞與觀念。並聯、串聯並聯(inparallel，圖0.1)的元件有相同的電壓，串聯(inseries，圖0.2)的元件有相同的電流。兩電阻並聯時，總電阻變小(小於任一電阻)；圖RR120.1中，總電阻R=。串聯時，總電阻變大(等於兩電阻之和)；R+R12圖0.2中，總電阻R=R+R。兩電阻並聯時，總電流增加；串聯時，12電流減小。R1R1R2R2圖0.1：並聯圖0.2：串聯4開路、短路將兩點之間的導線剪斷(或將連接的元件移除)，稱為開路(open，圖0.3)。開路時，電流為0，但兩點之間的電壓不一定等於零

3、(大多不等於0)。將兩點以導線直接相連，稱為短路（short，圖0.4）。短路時，兩點之間的電壓為0，兩點之間的總電阻也等於0，且所有的電流均流經短路線。AR1AR1BR2R2B圖0.3：A、B之間開路圖0.4：A、B之間短路功率電阻性元件的額定值一般以功率(power)表示，對於直流電，功率等於電壓乘以電流，亦即P=VI。若電阻的大小為R，電阻兩端的電壓為V，流過電阻的電流為I，則22VP=VI=IR=R一般電阻的額定功率為1/4W或1/2W，使用時須計算是否在額定之下。電路中電阻消耗的功率若超過1/2W，可選用白色的「水泥電阻」，功率可達5或10W以上。電壓與電流量測量測電壓時，伏特計

4、必須與元件並聯，如圖0.5。量測電流時，安培計必須與元件串聯，如圖0.6。伏特計的內電阻非常高（1MΩ以上），5而安培計的內電阻則接近於0。因此，若將安培計與元件並聯，相當於將兩點短路！+88.810kAmps10k+88.89V9V20kVolts20k圖0.5：電壓量測圖0.6：電流量測問題：1-0圖0.7與圖0.8中，電流表量得的電流分別為若干？+88.8Amp10ks10k20k+88.8Amps9V209Vk圖0.7圖0.81.1開關半導體做成的電子開關體積小、切換速度高，而且適合線控與遙控，本課程的重點之一就是在探討各種電子開關的特性與應用。無接點的電子開關雖可取代大部分的機械

5、開關，但是手動的控制面板仍少不了機械開關，而且簡單的控制電路使用機械開關也較方便。另一方面，電子開關與機械開關的功能類似，只是較小、較輕、較快，因此熟悉各種機械開關有6助於電子電路的設計與分析。以下簡介幾種常見的機械開關。圖1-1分別是「單刀單擲」(singlepolesinglethrow,SPST)、「單刀雙擲」(singlepoledoublethrow,SPTD)、「雙刀單擲」(DPST)、與「雙刀雙擲」(DPDT)開關的元件符號，由圖示可想見這些開關的作用。SPSTSPDTDPSTDPDT圖1-1：各種切換開關圖1-2是按鈕開關的符號，其中NO代表「常開」(normalopen)

6、，NC代表「常閉」(normalclosed)。按鈕開關按下時改變狀態，放開則回復原狀，與接觸式的極限開關(limitswitch)類似(圖1-3)。(a)NO(b)NC(a)NO(b)NC圖1-2：按鈕開關圖1-3：極限開關18273645(a)旋轉開關(b)指撥開關圖1-4：多選擇的開關圖1-4是兩種多選擇性的開關：旋轉開關(rotaryswitch)由外部轉扭切換電流通道。指撥開關(dipswitch)常用於印刷電路板上，做為線路的選擇跳接用，例如，將圖中最上個開關往右撥，則接腳1與接腳8相通，以此類推；圖1-4b是4個一組的指撥開關，實際上一組指撥開關可包含2至8個小開關(甚至更多

7、)。7利用機械開關可製作簡單的控制電路，例如，使用一個單刀單擲與一個雙刀雙擲的開關可控制直流馬達的開、關、與正反轉，如圖1-5。SPST+dcmotor-DPDT圖1-5：馬達正反轉控制問題1-1圖1-6中兩個電路分別有何功能？LAMP110VSPDTSPDT(a)LAMP110Vsw2SW1sw3(b)圖1-68負負負載載載(a)直流(b)交流(c)可調整電壓源圖1-7：理想電壓源1.2電壓源與電流源乾電池與家用的11