淺談基礎電子學(一)

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你我從小就開始在學校學國文，在家也要說國文，上班也要用到國文，照理說我們每一個人儘管數學、英文或其它方面不行，但是國文應該程度都很高才對，但是我們不是每個人都能成為國文老師。要探討是什麼原因，那不是短時間就有答案，或是答案是多的讓我們頭疼，但是學不好的原因我相信一定有一點，那就是要死背，死背來的東西不常用就會忘記，所以死背的東西應該在初學的時候越少越好，及儘量讓理解去取代死背，這樣才不會在剛起步就遇到挫折感，或者將挫折感減到最少的階段，再來就是看不見的東西越少越好，因為至少有眼見為憑，比較能加深記憶。

這篇我想跟大家談學習電子科系最基本的東西，如果你是老手，你願意的話可以複習一下，也歡迎補充我遺漏的部份，如果是新手，你應該仔細的看一遍，因為我始終認為，沒有打好基礎，光是學習別人的"撇步"(或者稱為經驗)，你一定在不久之後就會遇到無法突破的瓶頸，我們就開始走這個無趣的荒野小道吧！

電子這個領域，小從家庭，大到工業、甚至國防、科學都無所不在，早年我的授業恩師曾說過一句話，"電"是我們最忠實的僕人，大家想一下，你是否只看到"電"帶給你的成果，而從來沒有人看過"電"的本尊？"電"到底長的什麼樣子？它是怎麼來的(你不要告訴我是台電)？
以前老師告訴我，世界上任何一個物質，如果你把它一直分割，分割到最小的單位就是"原子"。
這是我要大家記的第一個看不見的東西，但是新手要記起來，因為這是常識。
我知道說最小的單位是原子，馬上就會有人反對，的確有比原子更小的東西，但是要研究比原子更小的東西，我們可以用知識家或Google，我們在這裡先不用再分割原子。
因為原子太小，所以沒有人看過原子(我想)，但是我們可以說，一切的物質都是由原子構成的，原子組成各種不同的化學元素，而元素又可以單獨或與多種元素混合組成各種物質。
每種元素的構造都不同，但是主要是兩種帶電特性的微粒，一個稱為質子，另一個稱為電子。
這時大家要記住，質子帶正電，電子帶負電。
好！到目前為止出現了第二跟第三個看不見的東西了。

大家有沒有看過電子類的書籍上經常出現的圖？其實這是有意思的喔！



電子之所以能安然在其軌道上運行不息，是因為有三種力量在控制它。
一、自己高速運行時的離心力。
二、受到質子的牽引力。
三、其它電子的排斥力。
這一點大家不難記住，因為質子帶正電，電子帶負電，異性所以互相吸引，而電子與電子之間卻因為同性而相斥，這點跟磁性相同。
就是因為質子與電子數目相等，而使這三種力量達到平衡，讓電子不會脫離應運行的軌道，所以就相安無事，這時原子既不帶正電，也不帶負電，此時如果想要產生電，就是要破壞這個平衡，也就是要讓質子大(或小)於電子，或是讓電子大(或小)於質子。
我們小學有一門課叫做自然，老師曾帶我們做過一種實驗，就是把玻璃棒用絲絹布磨擦，然後去吸引小紙屑，大家還記得嗎？這個原理就是當我們用絲絹布磨擦玻璃棒後，部份電子從玻璃棒被絲絹布帶走，而使玻璃棒上的質子數量多過電子，所以玻璃棒就變成帶正電的玻璃棒了。做過玻璃棒後，應該也做過用毛皮磨擦塑膠棒的實驗，當使用毛皮磨擦塑膠棒後，毛皮上的電子會傳到塑膠棒，使塑膠棒上的電子多過質子，所以這時塑膠棒就帶負電。
這就是磨擦生電的由來，這種方法產生的電是不會流動的，所以我們大家都叫它"靜電"。不記得了的話，自己帶小孩、老婆做一次，保證有助家庭和諧。

有一種常見生電的東西叫做電池，大家常看電視都會聽到電池的廣告，什麼事實證明某牌鹼性電池比碳鋅電池用耐用，既然標榜是鹼性電池，那碳鋅電池想必是酸性的，是的，一般市面上買的碳鋅電池的確是酸性，碳鋅電池的正極就是碳，而負極就是鋅，電池內部就是填充酸性物質，這個酸性物質是什麼？大家Google一下就知道了，我們把它通稱電解液。
這種電池都是用到沒電就回收了，還有一種是可再次充電使用的電池，像各位的汽車、機車，那個叫做鉛蓄電池(要加水那種)，還有什麼鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電也....等等，這些我們統稱為化學生電。
電池最常用也最常見的單位稱為安培小時，也就是輸出電流(安培)與時間的乘積，大家看下圖︰



這個電池上面寫著12V,10Ah，就是表示這個電池的輸出電壓是12V，10Ah就是10安培小時的意思。不太清楚嗎？10Ah(10安培小時)的意思就是如果你在這個電池上加了一需要10A個負載，那這個電池可以使用一小時的時間，那如果你是加了一個需要1A的負載呢？那這個電池可以使用10小時。當然上述情形是理想值，實際上有一些差距，這跟電池的種類、新舊....都有關係。

說到電池就要講到電池的串並聯，電池的串並聯觀念很簡單，請看下圖︰



上面圖一是電池的符號，以市面上常見的電池為例，每個電池電壓是1.5V(伏特)，在有些情況下，單獨使用一個電池供電或許已經足夠，但是大部份的場合，卻需要更高的電壓才能適用，像各位在使用的數位電表，一般是使用兩個三號或四號電池(也有使用一個9V積層電池的機種)，這就是因為數位電表需要使用3V的電壓。請看上圖二︰
把兩個1.5V的電池如圖二連接，此時電壓會相加，這樣稱為串聯，以圖二的例子就會得到3V的電壓，我們需要更高的電壓時，還可以依照圖二方法繼續串聯，例如串聯四個時，我們會得到6V電壓。
最後介紹的是電池並聯，請參考上圖三，電池並聯的目的是在增加電池的電流輸出容量，或者說是為了能供應更多的電流，但是有一點一定要注意，電池並聯時，各個電池的電壓必須相同，也就是1.5v的電池只能跟1.5v的電池並聯，不同電壓不能並聯。電池並聯的方法就是各個電池的正極接在一起，然後把各個電池的負極接在一起，這樣就行了，電池並聯時，電壓並不會改變，以圖三為例，不論你用多少個1.5v並聯，它的輸出電壓仍然是1.5v。
到這裡為止，初學者除了應該知道如何將電池串聯與並聯外，還要知道一個重點，那就是當電池串聯時，輸出電壓=各個電池電壓相加，電流不變；電池並聯時，輸出電流=各電池相加，電壓不變。
還有沒有其它生電的方法？還很多對不對？像現在正夯的太陽能不就是個例子？不過這些發電的能量都只能算小，要得到大型的生電方法，只有靠發電機這種機械生電才行。

動動腦時間︰
太陽能及風力發電是屬於那一種發電呢？

最後在結束前，我想跟大家討論一個前幾天論壇上有人發問的問題，有位朋友問到，原本是使用1.5A的電源供應器，換成2A的行不行？很多朋友都熱心提供解答，如果那位發問的朋友有看到這一篇，或許也會有一點心得。
電源供應器設計之初就會定下最大輸出電流是多少，超過的話就會進入轉折區，所謂轉折區大家先記得是保護區即可，當電路進入保護區後，該電源供應器的輸出電壓會下降，用意為保護負載。以1.5A為例，當輸出電流超過1.5A時，保護電路就啟動，開始降低或切斷輸出電壓保護所接的負載。
那如果這個電源供應器壞了或遺失了，我換了一個3A的電源供應器可不可以？當然是可以，但是它也存在若干風險。為什麼？以上面的例子來說，因為3A的電源供應器，它的轉折區是設計在3A上，換句話說，只要輸出在3A內，它都會持續輸出，我們假設一種情況，如果負載故障了，但是故障所產生的電流在2A，那會發生什麼情形？會一直燒一直燒，燒到斷路或超過3A時，電源供應器才會停，雖然不一定會是這樣，但是不無可能對不對？
再說一個我以前講過的例子，你的汽車原廠是使用50A電池，你可不可以用55A或60A？當然可以呀！但是有沒有什麼問題？有喔！一般電池是1/10充電電流，也就是50A的電池，它使用5A的電流充電，你改用60A的話，那你車內的發電機就要輸出更大的電流，才能滿足60A的電池充電，或許影響不大，但是這是常識，大家都應該要知道才對。

jeanshyen

很棒的教學 !! 若要說 1.5a 的負載用 2a 的變壓器 , 正常的情況下當然不會有問題 !!

但如果真如 W 大提到 , 這就要靠電路本身上的設計 , 準許流通的電流再 1.5a 以下 , 一旦超出了範圍

就會起保護作用 , 如此就不會有 W 大所說的問題發生了 !!!

太陽能及風力發電是屬於那一種發電呢？

太陽能應該算是化學能!!
而風力發電是機械能 !!

aecom

太陽能應該算是化學能!!  ...

jeanshyen 發表於 2010-12-12 03:45 PM http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif

   如果沒記錯，國外有個太陽能發電廠，利用許多鏡片將陽光聚集到塔頂，將水加熱產生蒸氣，推動渦輪機發電，這應該算機械能吧？

a471

風力發電....自然風力吹動葉片，葉片轉動發電機組...風力轉成機械轉電力

太樣能就很多種了，從太陽能電池面板到集光生熱煮水變成高壓蒸氣吹動
蒸汽渦輪機帶動發電機...

lu6666

太陽能板發電----直流
其他發電方式----交流

zuoso2006

好棒的教學ㄛ  :sam06

t0176098

不管是太陽能也好,風力也好,都是利用自然來發電的,共同點都是需要使用到一些硬體設備才能發電出來,畢竟簡單點想就好,想的太複雜就不好了:sam06
這篇文章讓我想起以前讀書時老師說的一些東西,由於時間太久了,只記起一些些東西而已,不過那張圖卻是還有點印象!

rex560810

偶想電子也是沒人看過,而且它是一個虛擬的想法
為什麼會有這種想法?因為它還算完美的符合目前所觀察到的現象

太陽能有光與熱
如果利用光做成電池,又稱光伏(photovoltaic)電池
染料敏化太陽能電池應該算是化學能,它牽涉到碘離子的氧化還原
那其他的矽,III-V族,有機系是不是化學能?偶也不清楚
因為又有一個虛擬的粒子叫做光子(photon)
暫停:雷克斯教英文,proton質子,photon光子,phonon聲子
繼續
光子照射產生激子(exciton),又來了:sam49
再忍耐一下
激子產生於電洞傳輸層與電子傳輸層的介面,形成了電子電洞對(成雙成對的對)
然後電子被電子傳輸層傳輸出去,電洞被電洞傳輸層傳輸出去,形成直流電電池

這好像沒有一個本體的物質牽涉到氧化還原,所以偶不敢說那是化學能啦n_043|

ady3366

真好
讓我不懂的人也學到什麼是串並聯了
謝謝

chiliuch

真是基礎又重要的觀念....

stone0935

對我沒學過電子的人受益良多ㄚ...謝謝分享...

connor

謝謝分享 很好用得資料

h860511

很好的文章！對初學的新手在概念上有很大的幫助！感謝您的分享！

linhuiho

萬丈高樓, 從地起
Thx

hedygao

非常感谢分享这样好的范例说明，谢谢

haogiatean

好棒的教學，谢谢,非常感谢.