Microsoft Word - 第1章導論

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - 第1章導論"

豆艳寇
7 years ago
Views:

1 第 1 章導論研習完本章, 將學會 1. 電子元件測量儀器符號與代號電阻克希荷夫電流定理克希荷夫電壓定理電源相依電源電路習題電子元件電阻例如下圖所示, 即為電阻器 (Resistor) 的實體尚有很多不同種類的電阻器, 請自行瀏覽或查詢其他相關網站電容例如下圖所示, 即為電容器 (Capacitor) 的實體 1

2 尚有很多不同種類的電容器, 請自行瀏覽或查詢其他相關網站電感例如下圖所示, 即為電感器 (Inductor) 的實體尚有很多不同種類的電感器, 請自行瀏覽或查詢其他相關網站變壓器例如下圖所示, 即為變壓器 (Transformer) 的實體尚有很多不同種類的變壓器, 請自行瀏覽或查詢其他相關網站半導體元件目前的半導體 (Semiconductor) 產品可分為積體電路分離式元件光電半導體等三種 2

3 1. 積體電路 (IC): 是將一電路設計, 包括線路及電子元件, 做在一片矽晶片上, 使其具有處理資訊的功能, 有體積小處理資訊功能強的特性依功能可將 IC 分為四類產品 : 記憶體 IC 微元件邏輯 IC 類比 IC 2. 分離式半導體元件 : 指一般電路設計中與半導體有關的元件常見的分離式半導體元件有電晶體二極體閘流體等 3. 光電式半導體 : 指利用半導體中電子與光子的轉換效應所設計出之材料與元件主要產品包括發光元件受光元件複合元件和光伏特元件等站尚有詳細的介紹, 請自行瀏覽或查詢其他相關網 Tina 模擬軟體本課程配合使用的 Pspice 電路模擬軟體為 Tina, 其中有關元件, 簡介如下 : 1. 基礎零件 : 滑鼠按基礎零件 ToolBar 2. 半導體 : 滑鼠按半導體 ToolBar 3

4 1-2 測量儀器電子儀器 ( Electronic Instruments ) 主要有 1. 電源供應器 : 2. 函數產生器 : 3. 數位電表 : 4. 示波器 : 4

5 尚有很多不同種類的電容器, 請自行瀏覽或查詢其他相關網站 Tina 模擬軟體本課程配合使用的 Pspice 電路模擬軟體為 Tina, 其中有關量測儀器, 簡介如下 : 1. 函數產生器 : 滑鼠按 [ 量測 / 函數產生器 ] 2. 數位電表 : 滑鼠按 [ 量測 / 數位型萬用電表 ] 5

6 3. 示波器 : 滑鼠按 [ 量測 / 示波器 ] 6

7 1-3 符號與代號符號 Quantity 符號單位符號 Capacitance 電容法拉 F Charge 電荷庫侖 C Conductance 電導西門 S Current 電流安培 A Energy 能量焦耳 J Frequency 頻率赫芝 Hz Impedance 阻抗歐姆 Ω Inductance 電感亨利 H Power 功率瓦特 W Reactance 電抗歐姆 Ω Resistance 電阻歐姆 Ω Voltage 電壓伏特 V 公制代號 1 一些標準的 10 次方, 相對應的詞頭和縮寫代號, 如下表所示 10 的次方詞頭縮寫兆十億百萬仟毫 T G M k m 7

8 電路學 ( 一 ) 第 1 章導論微 μ 毫微 n 微微 p 電流為 700μA, 若以 ma 或 A 為單位, 其值為何? 使用, 電阻為, 若以 kω 為單位, 其值為何? 使用, 1-4 電阻當導線兩端加上電壓, 電子移動形成電流, 電子在導線內相互碰撞, 產生熱及對電流的阻力因此, 電阻可視為對電的摩擦力一般, 可用來表示抗拒電流的程度歐姆定理其中 V: 電壓, 單位 : 伏特 V, I: 電流, 單位 : 安培 A,R: 電阻, 單位 : 歐姆 Ω 8

9 上圖中符號為電阻的符號, 表現出的概念正是歐姆定理其中電流方向, 從 + 端流向 - 端電導電導與電阻成反比, 即上式中 G : 電導, 單位 : 姆歐 Ω -1, 將代入可得另一種歐姆定理由歐姆定理可知, 電阻的電壓與電流關係 ( 稱為 I-V 特性 ) 為一直線, 故稱為線性電阻 ; 換言之, 若 V/I 比值不是定值, 則為非線性以上是不考慮溫度的情況下, 電阻才是線性元件, 實際上, 電阻是非線性元件, 因為其值會受溫度影響功率由上一章節可知代入歐姆定理方程式或代入另一種歐姆定理方程式 & 9

10 加 120 伏特的電壓在電阻上, 通過 5 安培的電流, 求電阻 Using, 因此如圖電路, 求 (a) 電流大小, 方向 (b) 功率 (a) Using 電流方向 : 從左端流向右端 (b) Using 或代入 10

11 如圖電路, 求電流大小, 方向 Using 或計算電阻 R 代入電流方向 : 從左端流向右端如圖所示為一電阻的 I- V 特性圖, 求其電阻值 11

12 電路學 ( 一 ) 第 1 章導論 1. Choose 某一電壓值, 例如,V = 60 伏特 2. 找出對應的電流值為 I = 60 ma 3. 代入歐姆定理電阻色碼下圖所示為典型的碳電阻器, 標示有 4 條色碼 a b c 及誤差, 尤其顏色可以研判電阻值大小 ; 其中誤差色碼, 只有金銀色, 前者為, 後者為根據不同顏色, 找出所對應的數值, 代入公式 : 即可算出電阻值, 以及誤差值 12

13 如圖所示的電阻, 誤差色為銀色, 求電阻值與其範圍值由圖可知,a = 2,b = 7,c = 3, 誤差為 Using 因為誤差 (a) 0.43 Ω (b) 5100 Ω, 具有 5% 誤差, 找出電阻色碼 (a) 即 a = 4 ( 黃色 ) 13

14 b = 3 ( 橙色 ) c = - 2 ( 銀色 ) error 5% ( 金色 ) (b) 即 a = 5 ( 綠色 ) b = 1 ( 棕色 ) c = 2 ( 紅色 ) error 5% ( 金色 ) 可變電阻例如下圖所示, 即為可變電阻器 ( Variable Resistor ) 的實體 14

15 尚有很多不同種類的可變電阻器, 請自行瀏覽或查詢其他相關網站電阻符號接地接地方法稱為地球接地 (earth ground), 不過, 在一般的電路中, 可將接地視為共同參考電位 0 伏特, 如下圖所示 15

16 電路學 ( 一 ) 第 1 章導論接地的電子符號, 如下圖所示 1-4 練習 1. 如圖電路, 求電阻器上的壓降 2. 續上題, 求電阻器上的散逸功率 3. 如圖所示為一電阻的 I- V 特性圖, 求藍色直線所代表的電阻值 4. 續上題, 直線斜率越大, 電阻值越? 1-5 克希荷夫電流定理 16

17 克希荷夫電流定理, 簡稱 KCL, 有 3 種敘述 : 1. 進入任何節點, 電流的代數和等於零例如下圖所示的電路, 總電流 I 流進紅色標記的節點, 分流 I1 I2 I3 I4 流出節點, 因此, I1 I2 I3 I4 必須負號處理後, 才能相加即 2. 離開任何節點, 電流的代數和等於零例如下圖所示的電路, 總電流 I 流進紅色標記的節點, 分流 I1 I2 I3 I4 流出節點, 因此, 總電流 I 必須負號處理後, 才能相加即 17

18 3. 進入任何節點之電流代數和, 等於離開任何節點之電流的代數和例如下圖所示的電路, 總電流 I 流進紅色標記的節點, 分流 I1 I2 I3 I4 流出節點, 因此, I1 I2 I3 I4 必須歸類為流出節點的電流, 相加後其值等於總電流 I 即如圖電路, 求電流 i 使用, 流進為正, 流出為負 18

19 i = -7 A 其中負號代表反方向 ; 或 Using, 流出為正, 流進為負 i = -7 A 或使用 i = -7 A 如圖電路,I =? 由節點 1 可知由節點 2 可知 19

20 由節點 3 可知將節點 3 方程式代回上一式再代回節點 1 方程式如圖電路,Proof: 電路中只有一電流流過所有的元由節點 1 可知 20

21 由節點 2 可知由節點 3 可知由節點 4 可知綜合以上, 可知 21

22 1-5 練習 1. 如圖電路, 求電流 i1 2. 續上題, 求電流 i2 3. 如圖電路, 求電流 i 1-6 克希荷夫電壓定理克希荷夫電壓定理, 簡稱 KVL, 有 2 種敘述 : 1. 環繞任何環路的電壓代數和等於零例如下圖所示的電路, 總電壓 12 伏特, 電流從正端 + 流出, 可知電流為順時針方向, 因此, 電阻上的正負極性可以確定, 22

23 環繞電路一圈, 有兩種方式 : (1) 順時針方向 (2) 逆時針方向, 以 (1) 種為例, 左上角節點出發, 順時針繞一圈回到原出發點, 方程式為 2. 環繞任何環路, 電壓昇的代數和等於電壓降的代數和同樣的電路, 總電壓 12 伏特, 視為壓昇 ( 負 - 到正 + ), 三個電阻的電壓視為壓降 ( 正 + 到負 - ), 因此, 方程式為如圖電路, 求電壓 V 使用, 從電路左上角順時針繞一圈, 23

24 或從電路左上角逆時針繞一圈, 或 Using, 假想電路從左上角順時針繞一圈, 正 + 到負 - 為壓降, 反之, 壓昇如圖電路, 求電壓 V 1,V 2 根據電壓源, 決定電流流向, 由其流向再決定兩電阻的電壓正負極性左邊的 close_loop, 其 KVL 方程式為, 24

25 右邊的 close_loop, 其 KVL 方程式為, 或由最外圈的 close_loop, 可知, 由以上結果, 可知結論 : 並聯元件, 具有相同的電壓 1-6 練習 1. 如圖電路, 求電壓 VX 2. 如圖電路, 求電流 i 1 25

26 3. 續上題, 求電流 i 2 4. 續上題, 求電壓 V 1 5. 續上題, 求電壓 V 電源電壓與電流源 (voltage and current sources) 理想的獨立電壓源 (ideal independent voltage source) 與電流源 (independent voltage source), 如下圖所示獨立電壓源獨立電流源另一種非獨立電源, 可以稱為相依電源 ( dependent source ), 如下圖所示相依電壓控制電壓源 26

27 相依電流控制電壓源相依電壓控制電流源相依電流控制電流源如圖電路, 判斷電路接法是否可行? (a) (b) (c) (d) 使用相同位置, 電壓相同, 以及封閉迴路, 電流方向相同的概念 (a) valid (b) Not permissible (c) valid (d) Not permissible 27

28 如圖電路, 判斷電路接法是否可行? 假設, (a) (b) (c) (d) 使用相同位置, 電壓相同, 以及封閉迴路, 電流方向相同的概念 (a) Not permissible (b) valid (c) valid (d) Not permissible 28

29 1-8 相依電源電路相依電源電路 (Circuit containing Dependent Sources) 如下圖所示的相依電源電路分析方法與一般電源電路相同, 使用克希荷夫定理與歐姆定理使用 KCL 流進節點的電流代數和, 等於流出節點的電流代數和, 即使用 KVL 29

30 即如圖電路, 求 (a) (b) (c) (d) 每一電阻的消耗功率 (a) 使用歐姆定理 (b) 使用 KVL 可知 (c) 跨在 3Ω 電阻上 (d) 使用,6Ω 電阻上的電流為 1.67A, 消耗功率為 30

31 2Ω 電阻上的電流為 1A, 消耗功率為 3Ω 電阻上的電流為 1A, 消耗功率為如圖電路, 求 i B 寫出 3 節點的 KCL 方程式 (1) 31

32 (2) (3) 以及 KVL 方程式 (4) (5) 由 (4) 式可得 32

33 將上式代回 (2) 式或上式乘上 R 2, 代回 (5) 式等號兩邊同乘 (R 1 +R 2 ) 化簡求 1-8 練習 1. 如圖電路, 求電壓 i B 33

34 1-9 習題 1. 如下圖所示電路, 求 (a) 電流 I (b)30kω 吸收功率 2. 如下圖所示電路, 求 (a) 電流 I 1 I 2 (b) 電壓 V 1 V 2 3. 如下圖所示電路, 求 I V o 4. 如下圖所示電路, 求 V 4k V o 34

35 5. 如下圖所示電路,g m =0.04, 求 v o /v s 1. (a) -0.1 ma (b) 0.3 mw 2. (a) I 1 =2/3mA I 2 =1/3mA (b) V 1 =40V V 2 =80/3V 或者使用分流定理 V 1 = 1mA 40KΩ = 40V I 1 = V 1 /60k = 2/3 ma I 1 = 1mA (40+80)/( ) = 2/3 ma By KCL:1mA= I 1 +I 2 I 2 = 1mA - 2/3mA = 1/3mA 3. I=2mA,V o =2V 35

36 4. V 4k =8V,V o =12V 3I+2I+I=12=6I, I=2mA V o =(1k)(2m)=2V 並聯元件 : 電壓相同, 皆為 3I (4I-10)(2)=3I ( 電流 ma, 電阻 kω) 8I-20=3I, 5I=20, I=4 ma V o =3(4)=12V V 4k =12V (4k)/(2k+4k)=8V 5. v o /v s =

37 使用歐姆定理, 電阻單位 kω, 電流單位 ma 或者使用分壓定理 = 37

本章綱要 -1 節點電壓法 -2 迴路電流法 -3 重疊定理 - 戴維寧定理 -5 諾頓定理 -6 戴維寧與諾頓等效電路之轉換 -7 最大功率轉移定理 Chapter 直流網路分析 0626-0.indd 125 2009/11/10 下午 0:58:09

本章綱要 -1 節點電壓法 -2 迴路電流法 -3 重疊定理 - 戴維寧定理 -5 諾頓定理 -6 戴維寧與諾頓等效電路之轉換 -7 最大功率轉移定理 Chapter 直流網路分析 0626-0.indd 125 2009/11/10 下午 0:58:09 ELECTRICITY ELECTRICITY BASIC BASIC 本章學習目標 1. 利用節點電壓法分析各支路的電流 2. 利用迴路電流法分析各迴路的電流 3. 瞭解重疊定理在多電源電路的應用. 利用戴維寧與諾頓定理化簡電路 5. 瞭解戴維寧與諾頓等效電路的轉換 6. 學習負載如何在電路中獲得最大的功率轉移 0626-0.indd 12 2009/11/10 下午 0:58:02 本章綱要 -1

Microsoft Word - 第1章 導論

Microsoft Word - 第1章導論