2013年9月30日 星期一

00360345盧羿鳴,第四週

電阻:
電荷移動就會產生電流。在導體中,電荷,也就是電子的移動是因為外在所施加的電壓。當這些電子穿越材料時,它們會不斷的碰撞原子或是其它的電子。就像遇到了摩擦力一樣,移動中的電子消耗了部分的能量成為熱能。這些碰撞代表了阻擋這些電荷的阻力,稱為阻抗。阻力越大(也就是阻抗越大),在相同的電壓下,所能通過的電流也就越小。

在導體中,電荷,也就是電子的移動是因為外在所施加的電壓。當這些電子穿越材料時,它們會不斷的碰撞原子或是其它的電子。就像遇到了摩擦力一樣,移動中的電子消耗了部分的能量成為熱能。

這些碰撞代表了阻擋這些電荷的阻力,稱為阻抗。阻力越大(也就是阻抗越大),在相同的電壓下,所能通過的電流也就越小。

電路元件中(被稱為電阻)在幾乎所有的電路中都會被應用來產生阻抗。雖然電阻是所有電路中最簡單的元件,但是在決定電路是否能夠動作。

R來表示阻抗。而它的單位為歐姆(Ω)

導體是允許電荷流動的材料。但是導體的行為並非都一樣,我們發現材料的電阻值決定於幾個因素。
1.材料的形式
2.導體的長度
3.截面積
4.溫度

固定長度的導線被加上電流,材料內的移動電子會碰撞其他原子。不同材料的原子能階差會有不同的磁撞情形,進而影響電阻值,導體的電阻值取決於材料的種類。

如果將導線的長度加倍,我們能夠料想得到通過樣個長度導線的碰撞會加倍,也導致了電阻值的加倍。
金屬導體的電阻值正比於導體的長度

關於導體電阻值受截面積影響有一個較難靠直覺看出的特性。當截面積增加,移動電子經過導體就更容易了,正如同水在大管徑比小管徑容易流動。如果截面積加倍,電子在導線內碰撞的機會也隨之減半。
金屬導體的電阻值反比於導體的截面積

溫度效應:
導體電阻值並非在所有溫度下皆是定值。當溫度增加,更多的電子會脫離其軌道,致使在導體內碰撞增加。對於多數金屬導體,碰撞次數的增加會轉換成電阻值線性增加的關係。

金屬電阻值隨溫度變化的比率稱為金屬的溫度係數並以希臘字母 α表示。

任何金屬當溫度增加電阻值也增加,稱為正溫度係數

對於半導體金屬如碳、鍺、矽,溫度增加允許電子脫離經常穩定的軌道,且變成可在金屬內部自由移動。雖然增加半導體內部碰撞的發生,但與額外電子的帶電荷流貢獻比起來,碰撞效應是很微小的。當溫度增加,帶電荷電子增加,導致更多電流,因而溫度增加導致電阻減少。因而此金屬被稱為負溫度係數

當溫度減少到絕對零度 (T=-273.15)時,電阻值將接近於零。

固定電阻是電阻值為不變常數的電阻。
有數種固定電阻,大小的範圍從極微小(如在積體電路) 到能散逸數瓦特功率的高功率電阻。

碳混合物電阻模型由碳心混合絕緣填充物組成,碳與填充物的比值決定元件電阻值大小。碳部份越高電阻越低。金屬導線插入碳心,然後全部電阻由絕緣層包起來。碳混合物電阻的電阻值由100MΩ ,功率由1/8W 2 W。大電阻的散逸功率比小電阻多。

雖然碳心電阻有便宜與易製造的優點,但誤差大又較易受溫度變化而改變電阻值。碳混合物電阻當溫度變化達 100時,電阻將變化達 5%

有時候電路常需電阻來散逸大量的熱。在這種情形,繞線式電阻常被使用。

如果電路的熱散逸不是主要的設計考慮時,由迷你包裝的固定電阻(稱為積體電路或IC)含有很多個別的電阻,這類包裝的明顯優點在於可為電路板節省空間。

可變電阻在日常的各種場合提供不可或缺的功能。這些元件用來調整收音機音量、家用電燈大小與調整火爐熱量。

可變電阻有兩個主要使用用途:
1.
電位計:被用來調整提供給電路的電位。
2.
變流計:用來調整電路內電流的大小。

線電阻或陶瓷外殼功率電阻的大電阻都將其電阻值與容許誤差寫在外殼上。至於小電阻,不論是碳混合物或金屬膜,皆因太小而無法將值寫在上面。因此,這些小電阻都以氧化物或絕緣層覆蓋其上,再以色碼印在上面。
 
色碼能提供快速辨別電阻的大小、容許誤差,有時還有可靠度。色碼的讀法由左至右,左邊指色帶最接近旁邊的一邊。



前兩色帶為電阻的前兩位數,第三色帶為乘數,表示為前面兩位數隨後的零的位數,其常給定為 10 的羃次。第四色代表是電阻的許誤容差。如有第五色帶則表示元件之可靠度。此可靠度為靜態指示值。再使用 1000 小時後,電阻不再保証了為此值了。表 3-5 所示為不同色碼所對應的值。




99360195王家聆


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這禮拜學到溫度效應是應用相似三角形的關係做推導,及電阻的色碼是如何做運算

00360345盧羿鳴,第三週

凡具有質量且佔有空間的東西皆稱為"物質"
物理方法分割至最小微粒,即稱為"分子"
(仍然保有物質的特性)


若再將分子以化學方法分解,則可分析出各種不同特性的元素。
(已失去原物質特性)

價層的電子稱之為價電子


原子序 = 電子數 = 質子數


庫侖定理為:兩帶電物理的吸力與電荷成積成正比,與兩者距離平方成反比。


離子:當一個先前的中性原子得到或失去一個電子,則它得到一淨電荷。


導體:金,由於它比其它金屬不易氧化,所以常被用在某些場合,例如一些精密的電子接點。因為它比其他物質有更高的可靠性。


銅最常被使用。它使用在電器、電子設備與家用電線等等。


鋁的導電率雖只有銅的 60%,但因質量輕而常被使用在空中電力傳輸線上。

電子並未離開物質,只是由原子遊蕩到另一原子,物質仍保持電中性這種電子稱為自由電子。

絕緣體:不能導電(如玻璃、瓷器、塑膠、橡膠等等)的物質稱為絕緣體。絕緣體不能導電,因為它的價層被充滿或近於充滿電子,因此電子被緊緊束縛著。然而若施以足夠高的能量,電子照樣由母原子被拉開,導致絕緣崩潰且導通。

半導體:矽與鍺(加上少數的物質)有半充滿的價層,因而既非良好導體亦非絕緣體。


電壓:當電荷由物體分開並轉移到另一物體時,電位差或電壓 便在兩者間產生。


電壓(電位差)的定義:
若以一焦耳能量移動一庫侖電荷由一點至另一點,則此兩點之間的電壓為一伏特。在方程式的形式W為能量(焦耳)Q 為電荷(庫侖),結果為電壓V(伏特)電流。

因為電荷以庫侖測量,其移動速率為庫侖/秒。在 SI 制,一庫侖/秒定義為一安培(ampA)。由此可知一安培是在電路裡當一庫侖電荷在一秒內由一點到另一點的電流。

鹼性電池:這是最廣為使用,最普通的一次電池。


碳鋅電池:也稱為乾電池,碳鋅電池也是多年來廣為使用的一次電池,但現在已為其他型式電池所取代。

鎳鎘電池:它是最受歡迎,通用的可充電電池。壽命長,操作溫度範圍大,且製有各種形式和大小,包含 C, D, AAA  AA。由於電力便宜,使得鎳鎘電池適合用於家庭娛樂設備上。鉛酸電池:這是眾所周知的汽車電池,其基本電池電壓約 2 V,內部常是連接 6 個電池而提供 12 V


鉛酸電池能於短時間內提供大電流(超過100A)以供所需。


壽命 = 容量/流出電流


電池容量並非為固定值,而是受放電速率、操作規畫、溫度與其他因素影響。所以容量是在特定條件下的估計壽命。



太陽能電池:太陽能電池使用太陽能光電板將光能轉換成電能。基本的太陽能電池由兩層的半導體材料組成。

當光照射在太陽能板上,電子得到了足夠的能量從其中一層穿越至另一層。在偏遠的地區,太陽能面板用來供給通訊系統以及灌溉幫浦能量。在太空中也使用太陽能來供給衛星能量。在日常生活中,我們也使用太陽能的計算機。

保險絲與電流斷路器:



保險絲:使用了一種金屬成分,當電流超過了他的設定電流,保險絲就會融斷。因此,如果保險絲的額定電流為3A,當流經它的電流超過3A的時候,保險絲就會融斷。

斷路器:使用有不同的目的。當電流超過斷路器的額定值,過大的電流產生了磁場,斷路器內部的機械觸發後將電路斷路。當錯誤或者過載被處理之後,斷路器可以被重置回來並重新使用。

2013年9月5日 星期四

PSpice範例一「電路模擬」操作程序

1. 開啟新的模擬數據圖表

2. 模擬數據圖表命名

3. 模擬數據圖表設定
    ----時間領域(Time Domain)暫態分析(Transient Analysis)一般設定(General Settings)

4. 執行模擬

5. 初步的模擬狀況(無形)

6. 觀看模擬結果
    6-1 新增

    6-2 選取觀察對象(電容器第1腳位電壓)

    6-3 模擬結果
:若此時只呈現一直線,請點擊電容器兩次,並將電容器的IC屬性值改成「0V」,再重覆此步驟

7. 新增觀察對象(電容器第1腳位電流)
    7-1 新增縱軸

    7-2 新增結果

    7-3 新增波形

    7-4 選取觀察對象

    7-5 模擬結果

8. 讀取模擬結果數據
    8-1 使用Toggle cursor(索樁游標)

    8-2 觀察結果
         Probe Cursor視窗中觀察水平軸數值為 5.0000 (ms) 時vc(t)|t=5ms = 15.724 (V)

    8-3 更換觀察對象
         Probe Cursor視窗中觀察水平軸數值為 5.0000 (ms) 時ic(t)|t=5ms = 121.372 (mA)

PSpice範例一「電路設計」操作程序

1. 執行OrCAD Capture CIS Demo

2. 操作介面

3. 開啟專案


4.指定專案名稱及工作選項

5.選取產生空白專案

6. 專案介面

7. 放置元件(p)及選取(新增)元件庫(Add Library選項)

8. 按Ctrl鍵可「多選」元件庫


9. 先選取元件庫再選取元件

10. 元件參數設定
元件
元件編號
元件符號庫
元件描述及參數設定
R
R1
analog.olb
Resistor
C
C1
analog.olb
Capacitor
VDC
V1
source.olb
Value=40V
Sw_tClose
U1
eval.olb
Value=0(內定值=0)
0

source.olb
接地元件


11. 放置元件及繪製電路(按w鍵會使滑鼠成十字符號, 即能連接元件)

12. 產生元件串接檔案(.NET)

13. 觀看元件串接檔案(.NET)

14. 元件串接檔案內容