This is my study note, please contant me if there is any mistake or recommand, thanks. :)

1. Technology sharing: Electronic
小白系列_01

2. Outline
• Speaker
• Introduction of course
• Basic Electronic (基本電學)
• Semiconductor electronics (半導體電子)
• Laplace transform <◎>
• Circuit transient analysis <◎>
• Power electronics <◎>
• Summary
• Reference data
◎ : optional

3. 基本電學 | sub outline
• 定義與單位
• 電荷與電流
• 電壓、能量與功率
• 電壓源、電流源
• 基本被動元件 (R) & 歐姆定律
• 法拉第電磁感應定律
• 基本被動元件 (L、C)
• 克希荷夫定律(KVL, KCL)
• 惠斯登電橋
• Δ-Y轉換
• 電源轉換(戴維寧, 諾頓)
• 米勒定理
• 勞侖茲力方程式
• 佛萊明左手定則 (左力、右電)

4. 基本電學 | 定義與單位
 電路元件是指實驗室或工廠中常見之實際元件，如：電阻器、電感器、
電容器、電池、二極體、電晶體、電動機、發電機等。利用導線把元件
連接起來便可得實際電路
 分析電路時為使所求得的數據(如：電流、電壓、功率、能量等)符合量
測的意義，必須採用標準單位系統。單位系統經常採用國際單位系統
(International system of units)，簡稱 SI 制。SI 制的優點是
導入十進位系統
 在 SI 制中，電流的基本單位是安培 (Ampere簡寫A)、電壓的基本單
位是伏特 (Volt簡寫V)
SI 制常用的 10 次方及其簡寫符號

5. 基本電學 | 電荷與電流
• 電荷（英語：electric charge）是物質的一
種物理性質, 分為正電荷與負電荷, 互相會施
加作用力並遵守庫倫定律.
• 庫侖定律（Coulomb‘s law），於1785年由法
國物理學家查爾斯·庫侖發現:
真空中兩個靜止點電荷之間的交互作用力與距離平
方成反比，與電量乘積成正比，作用力的方向在它
們的連線上，同號電荷相斥，異號電荷相吸
電流為單位時間 (sec) 內，通過
某一截面積的電荷量(C)
電流的方向與正電荷在電路中移動
的方向相同。實際上並不是正電荷
移動，而是負電荷移動。電子流是
電子（負電荷）在電路中的移動，
其方向為電流的反向
Tip: 考慮的電路元件都是電中性，
即沒有正或負電荷能在元件內累積

6. 基本電學 | 電壓、能量與功率
 電壓為移動1單位(1庫侖)電荷，從元件之一端點移至另一端點所作的功，
其單位為伏特(Voltage，簡寫V)。
 若在某元件上移動1單位電荷須作功1焦耳，代表此元件上有1 V之電壓，
即1 V = 1 J/C。電壓又稱電位差或電壓降
 為瞭解能量是電路供給元件或由元件供給電路，必須知道元件上電壓的極
性和流過元件的電流方向；若正電流進入電壓正端點，那外力必須去推動
電流，即供給或釋放能量給元件，因而元件吸收能量；若正電流從正端點
流出 (進入負端點)，則元件釋放能量給外接電路。
 考慮釋放能量到電路元件的速率時，若元件上電壓是v，一很小電荷∆q從
正端點流過元件移向負端點，則元件吸收能量為∆w，且流過元件所需時
間是∆t，則能量w的變化率為
 能量變化率即為功率p的定義，所以
vi 單位為 (J/C), (C/S)或(J/S)， 一般定義 1 J/S為
1瓦特 (Watt，簡寫W)。

7. 基本電學 | 電壓源
電壓源（Voltage Source）可提供電路元件兩端點間之電壓，其所提供之電壓值可為常數，或是時變者。
直流電壓源：電源電壓的正負極性不隨時間而改變
交流電壓源：電源電壓的正負極性隨時間而改變
• 獨立類電壓與電路上其它元件的電流或電壓完全無關 • 相依類電壓與電路上其它元件的電流或電壓有關
b. 一個被電壓控制的電壓源 (VCVS)是與電路
上某些電壓有關的電源
c. 一個被電流控制的電壓源 (VCVS)是與電路
上某些電流有關的電源

8. 基本電學 | 電流源
電流源（Current Source）可提供電路元件兩端點間之電流，其所提供之電流值可為常數，或是時變者
• 提供特定電流的兩端點元件，此電流與電路上其它元件
的電壓或電流完全無關
• 相依類電流與電路上其它元件的電流或電壓有關
直流電流源：所提供的電流方向是固定值
交流電流源：所提供的電流方向是交流變化
b. 一個被電壓控制的電流源 (VCCS)是與電路
上某些電壓有關的電流
c. 一個被電流控制的電流源 (CCCS)是與電路
上某些電流有關的電流

9. 基本電學 | 基本被動元件 (R) & 歐姆定律
電阻定律
某導電體跨接於一個理想電壓源的端點間，其
所產生之電流與電壓成正比, 可稱此導電體為
電阻器(Resister), 其比值稱為歐姆(Ohm)，
以希臘字母 Ω表示
方程式表示為
(Ω)
歐姆定律

10. 基本電學 | 法拉第電磁感應定律
麥可·法拉第
Michael Faraday
1791年9月22日－
1867年8月25日），
英國物理學家，在
電磁學及電化學領
域做出許多重要貢
獻，其中主要的貢
獻為電磁感應、抗
磁性、電解
法拉第電磁感應定律（英語：Faraday's law of electromagnetic induction）是電磁學
中的一條基本定律，定律指出
任何封閉電路中感應電動勢的大小，等於穿過這一電路磁通量的變化率
電動勢的方向（公式中的負號）由冷次定律提供
一緊纏線圈，圈數為N，每圈通量皆為ΦB，法拉第電磁感應定律指出
N為線圈圈數
通過一表面Σ的磁通量ΦB，其積分形式定義如下,其中dA為移動
面Σ(t)的面積元，B為磁場，B·dA為向量點積
面積分的定義需要把面分成小的面
積元每個元素跟一個向量dA聯繫
當通量改變時，把一電荷在閉合曲線中移一圈（每單位電荷）
所作的功也就是電動勢，可由法拉第電磁感應定律求得

11. 基本電學 | 基本被動元件 (L、C)
電感器
電感器(Inductor)是將導線繞成線圈形狀而組成的
兩端點元件。電感器上的磁通量與其電流成正比，即
此處為 N 匝數，L 為比例常數稱為電感器的電感量，
單位為亨利(Henry，簡寫H),根據法拉第定律知改變
磁通量會在線圈兩端產生電壓v，此為電磁感應原理，
即
電容器
電容器(Capacitor)是由上下兩片導體以及導體中間加
介質材料所構成的兩端點元件。電容器上所儲存的電荷
與其端電壓成正比，即
故電容的單位為庫侖/伏特(C/V)，稱為法拉(Farad，
簡寫,F)
電容器中的電壓與電流關係，可由 及
得到
Tip. 磁通量是通過某給定曲面的磁場（亦稱為磁通
量密度)大小的度量 … 電磁學領域(慎入)

12. 基本電學 | 克希荷夫定律(KVL, KCL)
克希荷夫電流定律 (KCL)
電流定律 – 在電路中流進任
一節點的電流代數和為0
上例來說：I1 + I2 + I3 = 0

13. 基本電學 | 克希荷夫定律(KVL, KCL)
克希荷夫電壓定律 (KVL)
電壓定律 – 在電路中繞著任一封
閉路徑上之所有電壓代數和為0
上例來說：V1 + V2 + V3 – Vs = 0

14. 基本電學 | 惠斯登電橋
主要是用來測量中等電阻值(約在1~1M ohm) 的一種技術, 透過一
個電流計進行觀察, 當左右兩端電壓平衡時(IG = 0), 電表兩端無電
壓降, I1R1=I2R2, I3R3=I4R4, I1=I3, I2=I4,
=> I1R3=I2Rx => Rx= R3*R2 / R1

15. 基本電學 | Δ-Y轉換
在電路計算中, 有時會有Δ-Y結構的轉換, 以電阻來說, 兩種結構的結果必須完全
相等, 轉換公式為

16. 基本電學 | 電源轉換(戴維寧, 諾頓)
諾頓範例
戴維寧等效電路計算：
1. 在AB兩端開路（在沒有任何外電流輸出，亦即當AB點之
間的阻抗無限大）的狀況下計算輸出電壓 VAB，此輸出
電壓就是VTh。
2. 在AB兩端短路（亦即負載電阻為零）的狀況下計算輸出
電流IAB，此時RTh等於VTh除以IAB
Note.任何只包含電壓源、電流源及電阻的黑箱系統，都可
以轉換成戴維寧等效電路。
戴維寧定理
1. 計算等效輸出電壓 2. 計算等效輸出電阻
3. 轉換為等校電路

17. 基本電學 | 電源轉換(戴維寧, 諾頓)
諾頓範例
諾頓等效電路計算：
1. 在AB兩端短路（亦即負載電阻為零）的狀況下計算輸出
電流IAB。此為INO。
2. 在AB兩端開路（在沒有任何往外電流輸出，亦即當AB點
之間的阻抗無限大）的狀況下計算輸出電壓VAB，此時
RNo等於VAB除以INO。
Note.任何只包含電壓源、電流源及電阻的黑箱系統，都可
以轉換成諾頓等效電路
諾頓定理
1. 計算等效輸出電流 2. 計算等效電阻
3. 轉換為等校電路

18. 基本電學 | 電源轉換(戴維寧, 諾頓)
危險技巧

19. 基本電學 | 米勒定理
V2 = K * V1, K為順向增益

20. 基本電學 | 勞侖茲力方程式
馬克士威方程組描繪帶電粒子怎樣產生電磁場的同時，勞侖茲力方程式描繪了移動
於電磁場的帶電粒子所感受到的電磁力。這使得整個電磁動力的圖畫得以完整
勞侖茲力方程式 (描述運動於電磁場的帶電粒子所感受到的力)
F: 勞侖茲力
q: 帶電粒子的電荷量
E: 電場強度
v: 帶電粒子的速度
B: 磁感應強度
不同電荷量q的帶電粒子，由於磁場B(磁場方向從銀幕內指出
來）的影響，感受到勞侖茲力的作用，所呈現的可能運動軌道。
其中qE為電場力, qv x B為磁場力,處於磁場內的載電導線感
受到的磁場力就是這勞侖茲力的磁場力分量
詹姆斯·克拉克·馬克士威
James Clerk Maxwell
1831年6月13日 -
1879年11月5日
提出了將電、磁、光統
歸為電磁場中現象的馬
克士威方程組, 在電
磁學領域實現了物理學
自艾薩克·牛頓後的第
二次統一

21. 基本電學 | 佛萊明左手定則
左力(電動機)右電(發電機) 弗萊明左手定則(Fleming's Left Hand Rule)與馬達驅動
勞侖茲力示意圖
• 左手定則用來說明電能、磁能及力量間的作
用方向，它們之間呈現90度的正交角。
• 由向量的基本概念來看，要完整的描述一個
力量的作用，需要有力量大小的資訊，同時
亦需具備有方向資訊，才是一個明確的作用
力。
• 因此羅倫茲力及弗萊明左手定則幫助我們理
解了馬達中力量的表示。
將馬達中的力量表示為數學式如下
其中有個Sin(δ)的式子，它就是用來定義電能與磁能是否90度
正交的數學式。弗萊明左手定則告訴我們，馬達中的電能、磁
能及力量間都是呈現90度正交角的交互作用。而一但電能與磁
場不是90度時，則它們之間的關係就是正弦波Sin(δ)。
F = I x B x L x Sin(δ)

22. recommend
1.熟記R, L, C特性及其受到的頻率影響
2.此次分享的電路分析技巧適用於電學的穩態
3.對於等校迴路而言, 電路代表了實際物理結構
非必要不要用電路簡化
4.對於複雜的電路計算時, 建議使用工具 (ex: excel or matlab)
並輔以作圖標註
5.若要研究電動機的非線性問題, 建議要再學習電磁學

23. Reference data
• 張文清，民94，微電子學，台北，鼎茂圖書
• Charles K. Alexander、Matthew N.O. Sadiku, 2004, Fundamentals of Electric
Circuits - 2ED, Americas, McGraw-Hill
• Wikipedia

24. Thanks for listening
PRESENTED BY Ken H