陳進祥 朱弘仁 陳曦照 譯 Irwin 原著 滄海書局 出版 1 基本電路關念 陳進祥 朱弘仁 陳曦照 譯 Irwin 原著 滄海書局 出版

1.1 單 位 系 統 國際單位制(International System of Units, SI)： 量 基本單位 符號 長度 公尺(米) m 質量 公斤 kg 時間 秒 s 電流 安培 A 溫度 克耳文 K 光度 燭光

十羃次 字首 符號 10-15 femto f 10-1 deci d 10-12 pico p 102 hecto h 10-9 nano n 103 kilo k 10-6 micro μ 106 mega M 10-3 milli m 109 giga G 10-2 centi c 1012 tera T

國際單位制的導出單位 量 單位名稱 符號 單位 頻率 赫芝 Hz s-1 力 牛頓 N kg‧m/s2 能量 焦耳 J N‧m 功率 瓦特 W J/s 電量 庫侖 C A‧s 電位 伏特 V W/A 電阻 歐姆 Ω V/A 電導 西門 S A/V 磁通 韋伯 F V‧s 電感 亨利 Wb Wb/A 電容 法拉 H C/V

1.2 基本度量 電荷觀念可用以描述電氣現象，其特性為： 具有雙極性 以離散的量存在(1.6×10-19庫侖) 電荷分離及運動

電 流 current 單位時間內之電荷的變化率會形成電流，亦即 或 i = 電流，單位為安培(A) q = 電量，單位為庫侖(C) t = 時間，單位為秒(s) 1安培為每秒產生1庫侖的電荷

電 流 流 向 電流方向以正電荷移動的方向為準。 例子： 試計算圖(a)電路中， 決定100庫侖電荷通過電路 須多少時間? 解： 100 = (2)(t) t = 50(s) (a) 表在導線上任何一點每秒皆由左到右通過2庫侖的電荷。 (b)表在導線上任何一點每秒皆由右到左通過3庫侖的電荷。

交流電與直流電 (a)交流電(alternating current, ac)：電流隨時間變化 (b) (a)交流電(alternating current, ac)：電流隨時間變化 (b)直流電(direct current, dc)：電流保持定值

電 壓 voltage 單位電荷在兩點上能量準位的不同，亦即 1伏特=1焦耳/庫侖=1牛頓‧公尺/庫侖 v = 電壓，單位為伏特(V) w = 能量，單位為焦耳(J) q = 電量，單位為庫侖(C) 1伏特=1焦耳/庫侖=1牛頓‧公尺/庫侖 在a、b點間移動一單位正電荷，則移動所需之能 量即為這兩點間的能量準位之差值，也就定義為 電壓。亦可用來說明某一點之電位較另一點為高。

+和-號定義電壓的參考極性。 若V為正，則點A的電位較點B高V伏特，假若有一單位正電荷從A到B，則電荷將對電路釋放出能量，本身會減少V焦耳的能量； 若V為負，則點A的電位則較點B低V伏特，一單位正電荷從A到B，則電路將施加能量給電荷，點荷本身會增加V焦耳的能量。 點A較點B高2伏特 點A較點B低5伏特

典型之電流電壓值

元件供給能量或吸收能量的決定 (a)圖2A表每秒有2庫侖的電荷從A到B，且每庫侖電荷會失去3焦耳的能量，元件每秒可吸收6焦耳的能量。因此當元件吸收能量時，正電流是由正端流入。 (b)圖2A表每秒有2庫侖的電荷從B到A，且每庫侖電荷會獲得3焦耳的能量，元件每秒可提供6焦耳的能量。因此當元件供給能量時，正電流是由負端流入。 例子： 當1庫侖電荷由 下圖B移至A會吸收5 焦耳的能量，求A及B 點的電壓值? 解： 5=(1)V V=5(V)

功 率 power p = 功率，單位為每秒焦耳或瓦特(W) 因 v 及 i 都是時間函數，所以功率亦為時間函數，因此能量從 t1 到 t2 的變化可以下式表示：

被動符號規則(passive sign convention) B B’ 電壓(V) 電流I(A) S1 S2 正 供給能量 吸收能量 負

因 v 及 i 的乘積及其符號可決定功率的大小量值及其符號。藉由被動符號規則，則可知： 1.功率的符號為正的，則表示功率將被元件吸收； 2.功率的符號為負的，則表示元件供給功率。 若元件吸收功率則為被動元件(passive element);若元件供給功率則為主動元件(active element)。 例子 若元件接收20瓦特的能量， 則流過多少電流？ 解：

決定元件是供應能量或是接收能量且量是多少？ 範例 1.2 決定元件是供應能量或是接收能量且量是多少？ 功率為負所以為供給供率 功率為負所以為供給功率

決定元件是供應能量或是接收能量且量是多少？ E 1.1 決定元件是供應能量或是接收能量且量是多少？ V12=12V, I12 = –4A 所以 P = –48(W)供給 V12=4V, I12 = 2A 所以 P = 8(W)吸收

範例 1.3 決定未知電壓或電流是多少？

E 1.2 決定未知電壓或電流是多少？

1.3 電 路 元 件 一般的元件視為端點元件，這些元件可以 分為主動元件(active element)與被動元件 (passive element)。 主動元件：有能力可以產生能量，如電池、產生器、電晶體。 被動元件：無法產生能量，如電阻器、電容器、電感器。

主 動 元 件 主動元件主要分為下列四種： 獨立電壓源(independent voltage source) 獨立電流源(independent current source) 兩個相依電壓源(dependent voltage source) 兩個相依電流源(dependent current source) 獨立電源意指該電源值不受與其相連接元件之電壓或電流影響者；相依電源則會受其影響。

獨 立 電 源 獨立電壓源為一兩端元件，不論兩端點通過多少電流，其兩端點之電壓始終保持固定，如右上圖所示。 獨立電流源亦為兩端元件，不論兩端點電壓多少，通過兩端點之電流保持固定，如右下圖所示。

相 依 電 源 一般來說，我們常以圓形圖示來代表獨立電源，如上頁所示；而以菱形圖式來代表相依電源，如下頁所示。 下兩頁中，畫出常見之相依電源的簡略圖示，其中每一圖左側輸入端點代表電壓或電流來控制相依電源，而右側輸出端則為受控電源的輸出電壓或電流。

相 依 電 源 圖(a)為壓控電壓源，其中μ可視為電壓增益，沒有單位。 圖(b)為流控電壓源，其中r為互阻，單位為伏特/安培(V/A)。

相 依 電 源 圖(c)為壓控電流源，其中g為互導，單位為安培/伏特(A/V) 圖(d)為流控電流源，其中β為電流增益，沒有單位。

範例 1.4 決定元件是供應或吸收多少能量？ P1 = 12W吸收 P2 = 36W吸收 P3 = -48W供給

E 1.3 決定元件是供應或吸收多少能量？ 吸收 供給

E 1.4 決定相依電源供應的能量？

範例 1.7 決定 I0

學習 決定元件供應或吸收多少能量？