电子学概论

电子学概论 电学电子学 电容器电容器 电容器电容器（capacitor 或 condenser, der Kondensator） ，或称容电器 顾名思义，就是可以储存电能储存电能之电 子组件，其结构亦相当简单，是由 两片金属板两片金属板夹着一层绝缘物质绝缘物质所构 成： 如图所示，符号 ，通常我 们以 C 之英文字母来代表电容代表电容。 它乃是利用我们电的一个基本特性， 那就是电异性相吸的特性电异性相吸的特性。将电能利用电场储存电场储存于二个极板二个极板，由于异性相吸使异性相吸使 得电荷不会乱跑得电荷不会乱跑，使电能能长久保持于极板上长久保持于极板上，而这个储电的能力，便以电容电容 量量来表示，而最找其的电容器亦相当的出名，称之为莱登瓶（莱登瓶（Leyden jar） ，听 过富蓝克林放风筝的故事吗？里面就有。 电容器其公式如下。 C 电容量单位法拉地法拉地或称法拉法拉（farad） 空气可变电容 Q 电量单位电量单位（coulomb） V 电压单位伏特 一库伦等于 6.28 个电子的电量 而我们要如何计算一个平行板电容的大小呢？ 我们可依照下列公式计算： A 电极面积 d 电极板之间间距 介电系数 这是一个相当好用之公式，在真实制造电容器时，也是用此公式稍加修改， 由公式中我们可知电容器之极板面积越大电容量就越大，而极板间距离越大， 则电容量越小，同时公式中又有一个系数，称之为界质系数，这个系数因为极 板间的绝缘材质的不同而不同。 下表我们列出不同材质的介电系数以及介质强度供大家参考 电容介质之耐压及系数 介质 相对介质系数 介质强度（崩溃电压崩溃电压）V/MM 真空1.0 空气（干燥）1.00063000 TEFLON2.015000-60000 PE2.320000-65000 PP2.130000-70000 PS2.515000-75000 纸（腊处理）2.551200 云母5.0197000 瓷6.07900 电木7.015760 玻璃7.5118000 钡锶钛酸盐75003000 电容串并连公式电容串并连公式 电容的串联串联 1/Ct1/C11/C21/C3 电容的并联并联 CtC1C2C3 电容依其所用绝缘介质不同，有空气电容、塑料电容、陶瓷电容、电解电容、 钽质电容，其中电解电容及钽质电容有极性之分别，于电路上常用于振荡、滤 波、耦合、旁路等，如下图时可阻隔 a、b 点直流，只让交流讯号通过，且频率 越高越易通过 。 在实用上另有可变电容符号 及半固定电容 。 附上一些常用材质电容器材质电容器之特性比较 各种材质电容特性比较 材质电解纸质MYLAR磁质云母 容量范围 F0.1-1000000 0.001-2000.001-500.000001-30.000001-0.1 散逸因子 D.F（1/Q） 0.06 (120Hz) 0.006 (1KHz) 0.004 (1KHz) 0.001 (1KHz) 0.1A 3000-20000 5000050000100000 耐压 VDC2.5-70050-10000050-500020-200050-100000 常用电路滤波（特别 是电源滤波） AF 讯号 耦和 AFRF 讯 号耦和， AFRF 滤 波 AFRF 讯号耦和， AFRF 滤波 AFRF 讯 号耦和， AFRF 滤 波，震荡线 路 RF 讯号耦 和，震荡线 路，较精密 之仪器 以上表格仅为一般大致的区分，实际上各总电容器各总电容器中，因其所担任的角色不 同还有许许多多细分，使用上需相当的注意，错误的选择将造成电路寿命的减电路寿命的减 短短或损坏损坏，不可不慎。 常用规格的以及标示： 一般电容在标示上会标明 1.容量 2.误差 3.耐压 容量的标示通常有分两个基础单位，1 个为 F，一个为 pF，由于一般电容经 常标示不全，所以往往需经验判读 通常在陶瓷电容上 以 0.？时单位为 F 如 .1K 表示容量为 0.1 F 误差 10 无小数点的整数单位为 pF 但是这又有一点复杂，有分数量级标示法 如 102K 所标示的容量为 10100 也就是 1000pF 亦等于 0.001 F 223J 所标示的容量为 221000 也就是 22000pF 亦等于 0.022 F 另一种为直接标示 如 100M 所标示的容量为 100pF 误差为 20 82J 所标示的容量为 82pF 误差为 5 1000J 所标示的容量为 1000pF 误差为 5 所以说比起电阻来复杂了许多，其实电容还有点色码标示，但是目前已经没人 使用了。 再来还会标示的是耐压，表示电容所能承受的电压极限，不过若是正厂出来的不过若是正厂出来的 电容该电压并非极限电压，是该厂建议所使用的电压极限，依笔者经验短时间电容该电压并非极限电压，是该厂建议所使用的电压极限，依笔者经验短时间 内通常还可耐到内通常还可耐到 2 倍。倍。另外像电解电容以及钽质电容本身有正负及之分，使用 时须相当注意，还有高电压时使用的电容亦有外侧端之表示。另外陶瓷电容在 于特殊场合使用的会标示温度系数，如 P100，或是 N200 或是 NP0。 总之电容在无线电上扮演着一个相当重要的角色，他的选用有相当相当的技术 性，真的要说，其实任意组件至少都可写个 10 页以上没有问题，特别是电容器， 有兴趣可参考其它专业书籍。 电感电感 电感（inductor） ，又名线圈线圈 本身构造就是线圈，通常由电线或漆包线电线或漆包线缠绕而成，被缠绕物被缠绕物可为空气或空气或 是磁性物质是磁性物质，如图所示，这是一个常用于无线电路上的一个组件，由之前介绍， 我们可知电可生磁，所以当电感通直流电，将会有磁场发生，而于电子电路上， 我们是利用线圈的另一个特性，又称为电感电感 ，单位，单位为亨利亨利 henery。 而电感与频率之间的阻抗关系如下： 电感感抗 Xc2fL 电感的串联 LtL1L2L3 电感的并联 1/Lt1/L11/L21/L3 电感在特性中呈通过越高频阻抗越大，一般在电路中多用作振荡滤波、交 连耦合、扼流使用。 同样的电感亦有可变电感 及半固定式 线圈同样的在无线电学上扮演一个重要的角色，可以说是每台无线电一定 用得到，其标示法除了色码标示外同样的就如同电容般，只是其通常最小单位 为 H，同样的在使用上，设计上有着相当大的学问，不是三言两语可以解决 的，有兴趣的话可参考相关书籍。 电感与电容其特性上一，电容电容将能量储存能量储存于电场电场，电感电感储存于磁场磁场，依其 完美状况下并不消耗电能完美状况下并不消耗电能，常用之组成各式网络，若要深入聊解其工作原理可 参考电路学，以及网络分析等相关书籍。 传统电子用电源变压器 变压器变压器 由二组（或多组）线圈组成，乃是利用电感之互感特性，变压器构造如图： 【介质通常为硅钢片（亦可为空气） 、于高频使用时，常用特殊材质之铁粉芯】 。 变压器符号 。 变压器仅能对交流作用，由于本身会发热消耗功率，所以 PinPout，变 压器的用途，在一般电路上除做升降电压升降电压外（也就是标准的变压器标准的变压器） ，在音频以 及射频电路中经常担任耦合及阻抗匹配任耦合及阻抗匹配的工作。 是一个重要的组件，就如同电感般，亦有其使用上设计上材质上许许多多的技 术，在这里只是提出认识有这个东西。 题库范例题库范例 (3) 9.电感的基本单位为下列何者？ (1) 库伦 (2) 法拉 (3)(3) 亨利亨利 (4) 奥姆 (2) 10. 当两个等值的电感串联时, 其总感值总感值与单一电感感值单一电感感值的关系为何？ (1) 总感值为单一电感感值的一半 (2) 总感值为单一电感感值的两倍 (3) 总感值与单一电感感值的相同 (4) 因未知精确的感值,故无法比较 电感的串并连与电阻相同，所以两个等值的电感串连时，其总值为单一电感直电感的串并连与电阻相同，所以两个等值的电感串连时，其总值为单一电感直 的两倍的两倍 (1) 11. 当两个等值的电感并联时, 其总感值与单一电感感值的关系为何？ (1) 总感值为单一电感感值的一半 (2) 总感值为单一电感感值的两倍 (3) 总感值与单一电感感值的相同 (4) 未知精确的感值, 故无法比较 相同感值的电感并连时就如同电阻并连，所以此时其总电感值为原来的二分之相同感值的电感并连时就如同电阻并连，所以此时其总电感值为原来的二分之 一一 (1) 12. 电容的基本单位电容的基本单位为下列何者？ (1) 法拉 (2) 奥姆 (3) 伏特 (4) 安培 (3) 13. 当两个等值的电容串联时，其总容值与单一电容容值的关系为何？ (1) 总容值为单一电容容值的两倍 (2) 总容值与单一电容容值的相同 (3) 总容值为单一电容容值的一半 (4) 因未知精确的容值，故无法比较 电容串连时总电容量电容串连时总电容量 C C 的计算为，的计算为，1/C=1/C11/C=1/C1 + + 1/C21/C2，经数学转换，经数学转换 C=C1*C2/(C1+C2)C=C1*C2/(C1+C2) 所以当所以当 C1C1C2C2 时时 C CC1/2C1/2 为原来的一半为原来的一半 (1) 14. 当两个等值的电容并联时，其总容值与单一电容容值的关系为何？ (1) 总容值为单一电容容值的两倍 (2) 总容值为单一电容容值的一半 (3) 总容值与单一电容容值的相同 (4) 因未知精确的容值，故无法比较 电容并连时总容量电容并连时总容量 C CC1+C2C1+C2 所以当所以当 C1C1C2C2 时时 C C2C12C1 为原来的两倍为原来的两倍 (1) 20. 线圈的组成有那些？ (1)(1) 缠绕的线导体和核心物质缠绕的线导体和核心物质 (2) 两片导电平板和绝缘物质 (3) 两层或多层硅材料 (4) 一个 doughnut 型铁心和一层绝缘物质 (4) 21. 电感电感之描述为何？ (1) 在传导外壳上之半导体 (2) 两片传导平板 (3) 一根直线导体塞入 Faraday 外壳 (4)(4) 一缠绕的导体线一缠绕的导体线 (4) 22. 何谓电感电感？ (1) 储存能量于电场的电子组件 (2) 转换高压为低压的电子组件 (3) 抵抗直流只让交流通过的电子组件 (4)(4) 储存能量于磁场的电子组件储存能量于磁场的电子组件 将能量处存于将能量处存于电场电场的电子组件为的电子组件为电容电容 转换高压为低压的电子组件为转换高压为低压的电子组件为变压器变压器 抵抗直流只让交流电通过抵抗直流只让交流电通过的电子组件为的电子组件为电容电容 (1) 23. 以下符号何者于电路图中表示一个可变电感？ 2 2 为可变电容为可变电容 3 3 为可变电阻为可变电阻 4 4 为可变电阻为可变电阻 oror 电位器电位器 (2) 24. 以下符号何者于电路图中表示一个电感缠绕于环形铁心上？ (4) 25. 何谓电容介质？ (1) 以绝缘物质做为极板 (2) 以导体物质做为极板 (3) 将极板装于亚铁盐物质上 (4) 介于极板间的绝缘物质 (2) 26. 何谓电容？ (1) 储存能量于磁场的电子组件 (2) 储存能量于电场的电子组件 (3) 转换高压为低压的电子组件 (4) 转换功率为热的电子组件 转换功率为热的电子组件为电阻转换功率为热的电子组件为电阻 (2) 27. 以下列何者标识电容的特性？ (1) 伏特及安培 (2) 微法拉及伏特 (3) 奥姆及瓦特 (4) 毫亨利及安培 (4) 28. 以下符号何者于电路图中表示一个电解电容？ (1) 29. 以下符号何者于电路图中表示一个可变电容？ (2) 50. 变压器其初级为 110 圈，110V 输入电压；次级 30 圈，其输出电压为 (1) 20V (2) 30V (3) 40V (4) 50V 由变压器圈数与电位的关系由变压器圈数与电位的关系 ViVi / / VoVo = = NiNi / / NoNo ，V V 表电压表电压 N N 表圈数表圈数 所以次级电压为所以次级电压为 3030 伏特伏特 (2) 51. 电容器由任何二导体中间隔以下列何者所组成？ (1) 良导体 (2) 绝缘体 (3) 半导体 (4) 以上皆是 (2) 52. 当电容器之介质增厚时，对电容量之影响 (1) 变大 (2) 变小 (3) 不变 (4) 无关 电学电子学 电子学概论电子学概论 单位以及误差之概述 在电子学中，经常会遇到许多奇奇怪怪的单位，经常的让初学者搞不清处， 因而弄错数量级，故在此特别提出： 单位前置文字与数量级关系 外文代号 中文 乘积10 的乘积次方 G（giga） 秭 10000000009 M（mega） 百万 10000006 K（kilo） 仟 10003 c（centi） 0.01-2 m（mili） 毫 0.001-3 （micro） 微 0.000001-6 p（pico） 微微 0.000000000001-12 我们以 M（meter）为例 1M100cm1000mm1000000m 即 1 米100 公分1000 毫米1000000 微米 再以电容为例 1F1000000F1000000000000PF 即 1 法拉1000 微法拉1000000000000 微微法拉 误差在电子学上是依个相当重要的东西，他决定您要的精准度，在一个需精密 的场合，零件的精准度就是一个重要的范畴。从另外一个角度，由于零件的生 产，其精确度有一定的范围，会如同机率般的分布状态，生产者亦不可能一一 帮您测量，一一标示出准确数值，所以通常最有效率的方法就是使用误差标示 法，所以虽然一根区区的电阻，还是会标明误差，让您知道这根电阻可能的落 差，同样的情形在电容以及电感。 附带说明一下，假如您开始在 DIY 时，您将会发觉一件事，那就是电阻或电容 等零件其大小规格是一定的，如 100 奥姆后面就是 120 奥姆，再来就是 150 奥 姆，在接下来就是 180 220 270 330 。这个通常称之为 E12 系列，也就是以 误差计算出来的，有兴趣的话以后我们在专题讨论。 误差在一般表示法采用+ - ，通常另一个常用的有色码方式（详见后面电阻 色码），另外还有以英文符号表示者，常见的有下面 3 个 字母 误差大小（+ - %） J + - 5% K + - 10% M + - 20% 电阻 在电器电路中最重要的组件有 (1) 电阻、 (2) 电容、 (3) 电感。 电阻顾名思义为电的阻挡器能防碍电的流通，单位为奥姆 。 奥姆定律 由奥姆所发现，其公式表示着电压与电流以及电阻间的关系。 V=IR V 电压 I 电流 R 电阻 经由数学转换可成为 IV / R 亦可为 R = V / I 熟用这些转换式就能轻易的继算出相互间的变化关系。 电阻乃是将电能转换成热能，消耗电能，所以电阻使用时会发热，因而使用上 有功率之限制。符号为 电阻之串联 Rt=Rl+R2+R3+ 电阻之并联 l/Rt=l/Rl 十 l/R2+l/R3+ 电阻之构造 另有碳膜、金属皮膜等构造大同小异，近年多为微积层形态。 电阻之大小一般以色码标示如表 A1， 电阻于一般电路上使用相当多，使用上还有一种为可变电阻，亦即可调整电阻 大小之电阻器符号为 及半固定电阻符号。 电阻色码表 小小一支电阻，要把他的大小以数字表示清楚相当不容易，为了方便，因而采 取颜色管理，使使用者一目了然。 数字（百十个位） 乘积误差(%) 黑01- 棕1101 红21002 橙310003 黄4100004 绿51000005 蓝610000006 紫7100000007 灰81000000008 白910000000009 银 0.015 金 0.110 无 20 注：由于乘积以科学计数法每次转档每次错误，所以改以此种方式呈现 例 电阻 4 个色码分别为 棕黑红金 其电阻为 1K 奥姆误差 10 电阻 4 个色码分别为 黄紫橙银 其电阻为 47K 奥姆误差为 5 题库例题题库例题 (1) 1.奥姆为下列何者之基本单位？ (1) 阻抗 (2) 电容 (3) 电感 (4) 导纳 (2) 2.当两个等值的电阻串联时, 其总阻值与单一电阻阻值的关系为何？ (1) 总阻值为单一电阻阻值的一半 (2) 总阻值为单一电阻阻值的两倍 (3) 总阻值与单一电阻阻值的相同 (4) 总阻值为单一电阻阻值的平方 (4) 总阻值为单一电阻阻值的平方 (2) 3.当两个等值的电阻并联时, 其总阻值与单一电阻阻值的关系为何？ (1) 总阻值为单一电阻阻值的两倍 (2) 总阻值为单一电阻阻值的一半 (3) 总阻值为单一电阻阻值的平方 (4) 总阻值与单一电阻阻值的相同 (4) 4.何谓奥姆定律？ (1) 在电路中,介于电阻、电压、功率的一种数学关系 (2) 在电路中,介于电流、电阻、功率的一种数学关系 (3) 在电路中,介于电流、电压、功率的一种数学关系 (4) 在电路中,介于电阻、电流及使用电压的一种数学关系 (1)5. 在直流电路中,当电压(E)、电阻(R)已知,电流(I)如何求得？ (1) I=E/R (2) P=IE (3) I=RE (4) I=ER (2) 6.当 12 伏特的电池提供 0.15 安培的电流于一个负载上时,此负载之输入 电阻为何？ (1) 8 奥姆 (2) 80 奥姆 (3) 100 奥姆 (4) 800 奥姆 由奥姆定律由奥姆定律 电阻电压电阻电压/ /电流电流 12V/0.15A12V/0.15A 8080 奥姆奥姆 (4) 7.当测到一个 4700 奥姆的电阻上具有 120 伏特之电位差时,求流经此 电阻之电流值大约为何？ (1) 39 安培 (2) 3.9 安培 (3) 0.26 安培 (4) 0.026 安培 同样由奥姆定律同样由奥姆定律 电流电压电流电压/ /电阻电阻 120V/4700120V/4700 奥姆奥姆 0.0255A0.0255A 也就是约等于也就是约等于 0.026A0.026A (1) 8.当测到一个 47000 奥姆的电阻上具有 12 伏特之电位差时,求流经此 电阻之电流值大约为何？ (1) 255 微安培 (2) 255 毫安 (3) 3917 毫安 (4) 3917 安培 电流电压电流电压/ /电阻电阻 12V/4700012V/47000 奥姆奥姆 0.000255A0.000255A 由单位的转换由单位的转换 0.000255A0.000255A255255 微安培微安培 (1) 15. 电阻上前三色码所表示之意义为何？ (1) 电阻奥姆值 (2) 电阻误差百分比 (3) 功率瓦特比 (4) 电阻亨利值 (2) 16. 如何得知碳质电阻的误差率？ (1) 使用波形表 (2) 使用电阻色码 (3) 利用戴维宁定理测知 (4) 使用波德（Baudot）码 不只是碳质电阻，只要是以色码标示皆可。不只是碳质电阻，只要是以色码标示皆可。 (1) 17. 电阻产生热之原因为何？ (1) 因其转换电能为热能 (2) 因其显示电抗 (3) 集肤效应之故 (4) 因