以下是我在暑假為 臺(tái)灣省高中教師電子進(jìn)修班 研習(xí)時(shí)，講授內(nèi)容的綱要。

整理後提供給有興趣的網(wǎng)友參考

對(duì)象以國﹑高中老師為主，因此假設(shè)讀者已有部份背景知識(shí)。

我會(huì)一步步在綱要內(nèi)加上較詳細(xì)的說明內(nèi)容。

用講的比較快，要一字字的用我的『單指神功』輸入 就只有利用空閒時(shí)盡量做了！

如果你覺得有其他需要加以說明的，請(qǐng)來信！

由於我同時(shí)進(jìn)行很多網(wǎng)頁的工作，來信請(qǐng)?jiān)]明： 本網(wǎng)頁網(wǎng)址。

電源

1. 電壓源與電流源：電壓源與電流源各使用於哪些場(chǎng)合？

所謂電壓源 是指電源供應(yīng)器能夠提供穩(wěn)定的電源電壓，

而不因所接電器不同而有所不同，其所能提供的最大電壓有一定限度。

儀器控制輸出的電壓，至於所輸出的電流則取決於負(fù)載（所接電器）的電阻。

所能提供的最大電流則由供應(yīng)器的最大輸出功率所限制。

通常電壓源電源供應(yīng)器能提供較廣泛電壓的輸出範(fàn)圍，但通常較小的輸出電流。

而電流源 則是能提供較穩(wěn)定的電流輸出。

供應(yīng)器所控制的是輸出的電流量，

至於所輸出的電壓則由負(fù)載（所接電器）的電阻和提供的電流相乘積來決定。

通常電流源電源供應(yīng)器能提供較大電流的輸出，

大多用於電阻較小的裝置，如磁場(chǎng)線圈等。

通常電源供應(yīng)器價(jià)格只要取決於所能輸出的最大功率，

輸出功率越大體積通常也越大（也更重）。

除了線圈類且需要較大量電流的裝置外（例如實(shí)驗(yàn)室用來產(chǎn)生穩(wěn)定強(qiáng)磁場(chǎng)的線圈)，

一般而言 大多數(shù)的電子裝置都是使用電壓源 供應(yīng)電能的。

2. 理想電源 與 實(shí)際電源 (供應(yīng)器)

理想的電壓源 不論所接負(fù)載為何都應(yīng)該要能提供固定的輸出電壓。

萬一所接的負(fù)載電阻很小時(shí)，則需能提供很大的電流。

實(shí)際的電壓源的最大輸出電流，除了會(huì)受到最大輸出功率所限制外，

電源本身也存在著內(nèi)電阻，與負(fù)載電阻相串接。

因此若負(fù)載電阻變小至與電源供應(yīng)器內(nèi)電阻接近時(shí)，

所輸出到負(fù)載上的電壓降也會(huì)逐漸降低。

當(dāng)負(fù)載電阻等於電壓源內(nèi)電阻時(shí)，所輸出的電壓降為原來的一半。

因此通常電壓源的都設(shè)計(jì)有較小的內(nèi)電阻，內(nèi)電阻越小越接近於理想電壓源。

例如 做 導(dǎo)線通電產(chǎn)生磁場(chǎng)影響指北針偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)：

將 1.5伏特的乾電池 正負(fù)兩端用金屬線直接相連時(shí)

則兩端的電壓降會(huì)降低很多（遠(yuǎn)小於1.5)。

現(xiàn)代學(xué)校實(shí)驗(yàn)室所採用的電源供應(yīng)器 仍然以 電壓源為主，

但是同時(shí)提供了限制最大輸出電壓與限制最大輸出電流的控制鈕。

所輸出的電壓與電流必須同時(shí)滿足兩旋鈕的條件。

這是為了提供較安全的使用方式。

假設(shè)想使用電源供應(yīng)器提供輸出電壓 Vo 給電器，

當(dāng)未接上任何負(fù)載時(shí)，由於不會(huì)有電流的輸出。

因此可以由顯示刻度先調(diào)整輸出的電壓值（同時(shí)調(diào)整相同的最大輸出電壓），

然後將 最大輸出電流調(diào)至較小範(fàn)圍。此時(shí)電壓輸出顯示值並不會(huì)改變。

當(dāng)接上負(fù)載後會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出電壓值會(huì)降下很多，因?yàn)榇藭r(shí)輸出 被最大輸出電流所限制，

逐漸增加最大輸出電流 直到所需要的電壓為止。

若是尚未達(dá)到最大輸出電壓時(shí)，輸出的電流已經(jīng)超出所預(yù)期的大小，

則表示負(fù)載的電阻已經(jīng)不是原先所想像的（通?？赡苁菗p壞了）。

如果事先沒有最大電流的限制，當(dāng)接上電源時(shí)，極可能已經(jīng)聞到焦味了！

給學(xué)生使用時(shí)，善用這兩個(gè)控制鈕可以保護(hù)不少的儀器，減少出狀況的機(jī)會(huì)。

3. 直流(DC) 與交流(AC) :

我們家中使用的電器雖然都是接在 110V 的交流電插座上。

但是除了 冰箱﹑電風(fēng)扇﹑烤箱﹑電鍋﹑電燈等較大功率的電器外，

交流電 進(jìn)入不少電器內(nèi)便會(huì)馬上被轉(zhuǎn)換為直流電後使用的。

例如：電視機(jī)，錄影機(jī)，音響，電腦等。

其實(shí)通常那些大功率的電器若是直接改用同樣電壓的直流電可以發(fā)揮出同樣的功能。

汽車內(nèi)的電器用品（CD音響等）則幾乎都是使用電瓶所提供的直流電。

想一想：：為何汽車不使用交流電呢？使用直流電有何好處？

平常手提的音響，電視也都是可以使用乾電池，手電筒不就是較小型的電燈嗎？

為什麼 電力公司不用直流電輸送電，而卻採用交流電來輸送電能呢？

還要我們買電器時(shí)多花錢買將電源由 流轉(zhuǎn)為直流的功能。

事實(shí)上偉大的 愛迪生當(dāng)他發(fā)明電燈後，愛迪生電燈公司為紐約 建立照明系統(tǒng)時(shí)，

所需的電力輸送便是採用輸送直流電的方式。

只是後來人們都改採用 特司拉（Tesla 克羅埃西亞人) 為 西屋公司設(shè)計(jì)的交流輸送系統(tǒng)。

讓我們回顧當(dāng)時(shí) 愛迪生 所遭遇的困難。

愛迪生當(dāng)然也知道要輸送交流電所將遭遇的困難與需要付出的代價(jià)。

但是他認(rèn)為傳輸交流電較危險(xiǎn)，而且是來自外國人的構(gòu)想而一直堅(jiān)持自己的信念。

當(dāng)電流經(jīng)由導(dǎo)線傳輸時(shí)，導(dǎo)線本身存在的電阻也會(huì)消耗電能。

且在同一傳輸導(dǎo)線上，所消耗的電能將和傳輸?shù)碾娏鞯钠椒匠烧取?/P>

算一算：

1. 銅線電阻係數(shù)是 1.7× 10^-8 Ω-m, 估算直徑 0.5 cm的導(dǎo)線,

每一公里長度的電阻是多少？

2. 臺(tái)電平均發(fā)電功率約 10⁷kW=10¹⁰W,

若是傳輸電壓是100V,導(dǎo)線本身每公里會(huì)消耗多少功率？

( 86/5/21 報(bào)載 最大負(fù)載 2.375×10¹⁰W, 最大容量 2.604×10¹⁰W)

請(qǐng)你 確實(shí) 算一算， 你應(yīng)該會(huì)很驚訝！也會(huì)有更深的體會(huì)。

如果你偷懶不算 ，那就太可惜了！

由於電流並需形成回路，因此家中的每一電源線

必須 直接連接到 電力公司的發(fā)電廠（真可怕）。

沿著導(dǎo)線電壓將逐漸下降，由於導(dǎo)線的消耗，距離越遠(yuǎn)的地方

勢(shì)必要使用更粗的傳輸線才能傳輸相同比例的有效使用功率。

他當(dāng)時(shí)採用銅線作為傳輸?shù)膶?dǎo)線（導(dǎo)線電阻僅次於銀的金屬一些些，卻更便宜）。

當(dāng)然 愛迪生 知道 如果傳輸時(shí)使用 較高電壓的直流電傳輸時(shí)，相對(duì)的導(dǎo)線消耗會(huì)減少。

因?yàn)閭鬏旊妷荷哚幔麄鬏斚嗤β实碾娔軙r(shí)，所需要傳輸?shù)碾娏鳒p少了。

而導(dǎo)線的消耗卻是與電流的平方成正比，因此提高 10倍的傳輸電壓時(shí)，

傳輸電流也可以減少10倍，則導(dǎo)線的消耗可以減少 100倍！

但是傳輸線又要直接連通到家裡使用的電燈上。

高壓電不僅會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，不小心接觸人體很容易造成致命的傷害。

安全的理由，限制了所能使用的電壓上限。

愛迪生明白交流輸送也需要採用高壓電才會(huì)有利於直流輸送，但他對(duì)高壓輸送覺得不可行。

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請(qǐng)你算一算：估算 電子的平均飄移速度 V_d

銅的密度 8.9 g/cm³, 原子量 63.5 g/mol,假設(shè)每一個(gè)銅原子提供一個(gè)自由電子。

電流 I = n e V_d A

若電子的平均飄移速度 V_{d ，}則 t 時(shí)間內(nèi)

在 V_d t A 體積內(nèi)的電子皆會(huì)通過截面積 A

所以單位時(shí)間內(nèi)通過的電子數(shù) =電流 = n e ( V_d t A)/ t = n e V_d A

假設(shè)寬度1.0 mm, 通過 1安培電流的銅線。

請(qǐng)你算一算 電子平均移動(dòng)的速度飄移速度 V_d 是多少呢？

個(gè)別電子的運(yùn)動(dòng)速度則相當(dāng)快，約 10⁶ m/s

想一想為何 會(huì)差那麼多呢？

4. 交流訊號(hào)函數(shù)：

未完代續(xù)

變壓器和電力輸送

基於電磁感應(yīng) 以改變交流電壓高低。

線圈（初級(jí)線圈，次級(jí)線圈）+ 鐵心。

變壓器種類

• 降壓變壓器/昇壓變壓器
• 阻抗改變
• 電源供應(yīng)變壓器，射頻變壓器。

變壓器的損耗：

• 銅損失：線圈電阻
• 窩流損耗：鐵心 --- 薄片
• 磁滯損失：易於磁化

變壓器效率 = 輸出功率/輸入功率

電力輸送：為何傳輸電壓時(shí), 先轉(zhuǎn)換為高壓後輸送

電阻：

功能：

1. 控制電流(限流--保護(hù))
2. 分壓器 (potentiometer)
3. 熱效應(yīng)(熱電阻絲)
4. 光源（燈絲) : 熱電阻與冷電阻(電阻與溫度的關(guān)係)
5. 其他：你還想到哪一些電阻的其他功能呢？

種類：

1. 碳皮膜電阻
2. 金屬皮膜電阻
3. 氧化金屬皮膜電阻
4. 繞線電阻
5. ...

參數(shù)：

1. 功率額定值： 1/4瓦，1/2瓦，1 瓦 與 2 瓦特...
2. 容許誤差：精密 1%, 2%...，一般 5%, 10%, 20%
3. 一般標(biāo)示電阻值：1k, 1.2k, 1.5k, 2k, 2.2k, 3k, 3.3k, 4.7k, 5.6k, 6.8k, 8.2k...
為何只有這些（特殊）數(shù)值？

電阻色碼：黑，棕，紅，澄，黃，綠，藍(lán)，紫，灰，白。

電容：C≡Q / V 單位：法拉 F (Faraday)

任意兩分離金屬物間皆存在電容。

理想平行板電容 C = ε A/ d

基本功能：電流超前電壓

1. 儲(chǔ)存電能，提供電能。 Uc = (1/ 2) C V²
電容和電池都能提供電能, 功能差異為何？
2. 穩(wěn)壓. 控制電容兩端電壓的瞬間改變.
例如全波或半波整流後,
穩(wěn)壓電容 Vc=(1/C) ∫I dt
3. 隔離直流信號(hào)：
例如電晶體線路, 示波器輸入端
4. 分壓：例如脈衝電路中

種類：

1. 陶瓷
2. 雲(yún)母
3. 紙質(zhì)
4. 金屬板：收音機(jī)調(diào)臺(tái)
5. 電解質(zhì)：整流後濾波用

參數(shù)：額定電壓， 並聯(lián)電阻值...。

R-C線路：時(shí)間常數(shù) τ_c=RC

1. 直流：充放電, 定時(shí)
2. 脈衝：積分線路
3. 交流：濾波線路，串接時(shí)導(dǎo)通高頻訊號(hào)。

容抗： Xc=1/( ωc)

電感 ：L≡Ψ/I , Ψi =∫ B ?dA 單位：亨利 H(Henry)

任意電流可導(dǎo)通回路皆存在電感。

理想線圈電感 L= μN(yùn)² A/ι

基本功能：電壓超前電流

1. 儲(chǔ)存電（磁）能，提供電（磁）能。 U_l = (1/2) L I²
2. 繼電器
3. 穩(wěn)流. 控制通過電感電流的瞬間改變.
穩(wěn)流電感 V_l = - L (dI/dt)
4. 隔離交流信號(hào)：例如電晶體線路

R-L線路：時(shí)間常數(shù) τ_L=L/ R

1. 直流：充放電
2. 脈衝：微分線路
3. 交流：濾波線路，串接時(shí)隔離高頻訊號(hào)。

感抗： X_L= ωL

Q值 = ω_oL/R。

相位：複數(shù)表示法

X_R = R，X_L = j ωL，X_C= 1/ ( jω C )

R-L 線路

R-C 線路

R-L-C 線路

三相系統(tǒng)與單相系統(tǒng)：

1. Y型連接： A，B，C，N V_AB= √3 V_AN=1.73 V_AN
2. △型連接：

實(shí)驗(yàn)室配電與用電安全：

火線，中性線與地線。

為何有時(shí)候會(huì)被『電』到，如何避免？

無熔絲開關(guān)：

電表的認(rèn)識(shí)：

1. 檢流計(jì)：
2. 安培計(jì)：
3. 伏特計(jì)：
4. 歐姆計(jì)：
5. 萬用表：數(shù)位 (3 1/2 位 ? )

電表的阻抗：

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

測(cè)量檢流計(jì)的內(nèi)電阻。

利用檢流計(jì)設(shè)計(jì)能夠量10倍於檢流計(jì)飽和電流的電流計(jì)。

利用檢流計(jì)設(shè)計(jì)能夠量 0-1.0V範(fàn)圍的電壓表。

拆開三用電表，觀察並繪出內(nèi)部測(cè)量直流電壓，直流電流與電阻部份的線路。

（標(biāo)示出所對(duì)應(yīng)的各刻度）