看圖讀懂電子回路

第2章 各種回路元件的結構與符號

1直流與交流的表示方法

打開電視與收音機，就可以看見內部有複雜配線的電路。但是，電路雖然乍看之下極為複雜，事實上所使用的零件種類卻相當有限，可用各種符號加以表示。

電流的流動方式，分為一般家庭所使用的交流電、乾電池，以及經由ＡＣ整流器所得到的直流電；交流電是電壓交替正負變化流動的電流，直流的電壓則沒有變化。

但是，所謂的交流、直流，電壓究竟如何流動，我們並不得而知，不過，可以使用可看見電流波形的示波器等儀器來觀察。

首先將燈泡、電池、示波器加以連接，當燈泡點亮之後，示波器會出現如次頁圖１的水平線。不論時間經過多久，表上的電壓與電流都不會有所變化。換言之，正因為是直線流通的電，故稱為直流電。

接著，我們來研究家庭插座的電流。將插座、燈泡、示波器連接在一起。這時候燈泡會點亮，示波器出現如次頁圖２的波形。

這表示隨著時間的經過，電壓與電流會出現變化。因為方向與大小有所變化，故稱為交流電。回路的符號，交流與直流的表示方式則如次頁圖３。

2直流電源與交流電源

直流表示的是一定的電壓與電流的電，會發出直流電的，首推電池。電池可分為錳電池、鹼性電池、鋰電池等乾電池，以及鉛蓄電池、鎳鎘電池等蓄電池。最近還出現了以太陽能發電的太陽能電池，以燃燒燃料產生電力的燃料電池。

除了電池，也可以使用ＡＣ整流器，將交流電轉換為直流電，使用於收錄音機或電話答錄機等。相對於直流電的交流電，會隨著時間，電壓、電流產生正負的交替變化。這些交流電的發生，是來自水力、火力、核能等各種方法進行發電的發電廠。發電後，電流送進各個變電所，最後進入電線杆上的變壓器，配送於一般家庭。所以，交流的電源最常見的就是家庭插座。次頁圖１是電流運輸，從發電廠至各個家庭的途徑。各種電源的符號，則如次頁圖２所示。

3導線與導線的連接

流通電的線，稱為導線。導線的材料一般使用的是銅或是鋁，特殊導線則使用白金或是鎳鉻合金。

導線有時會直接以裸線使用，但這樣做容易造成短路或斷線，因此通常會以塑膠披覆或是包覆棉線使用。

導線互相接觸，電流即可流通。最好的例子就是只要在家中將插頭插上插座，電就可以流通。

不過，在電路上連接導線時，將線與線扭合，並且確實的焊接，是非常重要的。導線的結構、連接以及符號，請參考下圖。

4何謂電壓

如圖中右側圖例，在連接管線的容器中加入水。此時如左右圖的水位一樣，兩側都不會有水流入。

這時，如果在容器的右側注入水，右側的水位上升，則水會由右側朝左側移動（圖的中央）。在左右的水位有差距的時候，管線的水就會流動，由高水位流向低水位。

若再注入更多的水，加大水位的差距，則水的流量將會變大（圖左）。換言之，水位的差（水壓）越大，流動的水勢就越大。想要維持水流，便需要幫浦的協助。想要使水強力的流動，更需要強力的幫浦。

電的流動其實和水的流動極為相似。以電的情況來說，電壓與水壓相似，電的流動也是從高電壓流向低電壓。

此外，維持電的流動，擔任幫浦角色的，就是電池或是發電機。和水相同的，如果要強力的流動，就需要強力的電池或發電機。而電壓的單位，如同各位所知的是Ｖ（伏特）。

5電流、電阻以及歐姆定律

對金屬等導體加上電壓會有電流流通，顧名思義，電流就是電的流通。

將左圖電路中的開關打開，電池、導線以及小燈泡會有電流流通。這就是電流，電流的單位是Ａ（安培）。安培的名稱，來自法國的物理學家安培（西元一七七五～一八三六）。

前面談過金屬有自由電子，因此電流容易流通。金屬加上電壓，電流就會流動，就是因為自由電子的緣故；稱之為傳導電流。

金屬是容易流動電流的代表性物體，不過，容易流動也可以換稱為電阻較小。電阻意味著阻止電流流動的性質，以Ω（歐姆）表示單位。

舉例來說，在導線中央裝上燈泡或電熱器會發熱，就是因為電阻的升高，引起因高電阻而將電能轉變成稱為焦耳熱的熱能的一種現象。

此外，不同的物質各有固定的電阻值，可分為銅、鋁等容易流動電的物質（導體），絕緣子或橡膠等不易流動的物質（絕緣體）以及介於導體與絕緣體中間性質的半導體。

到目前為止，加上前項的電壓以及這裡所介紹的電流、電阻，與電有關最重要的三項要素已經出現。接著要說明在學校中也曾經學過的歐姆定律。

歐姆定律是德國物理學家歐姆（西元一七八九～一八五四）於一八二七年發現的定理：
「流通於線狀導體兩點間的固定電流，與兩點間電壓（電位差）Ｖ成正比。」

歐姆定律的公式表示如上面的式子。公式中的比例定數Ｒ，就是這裡所要談的電阻。電阻值的單位歐姆，就是取自物理學家歐姆的名字。

從公式中可以知道，電壓Ｖ固定的時候，電阻值越大，電流值越小；相反的電阻值越小，電流的值就越大。從公式即可了解電阻會使電不易通過。

歐姆定律的原理此後將會經常出現，請各位牢記在心。

6各種電阻器

前面提到電流與電阻之間的關係以及歐姆定律。在此節除了要說明電阻的概念，也要介紹電阻器的實際問題。

電阻器的種類，分成了不能改變電阻值的固定電阻以及可以改變電阻值的可變電阻兩種（參照下圖）。

電阻器的材質方面，除了鎳鉻合金（八○％、二○％）、銅鎳合金（四五％、五五％）等合金之外，也會使用碳。

下圖是各種電阻的種類，有的寫上二五○等的數字，有些則只有顏色的線標示而沒有數字。不過，事實上可以從線的顏色判斷電阻值。

電阻值的讀取方式，如左圖將電阻器的色線由左向右讀取。而顏色與數字的對比，可以參照下表。

另一方面，可變電阻則是電視或音響的轉鈕或調整部位的使用元件。由左向右轉動，可以使電阻值產生連續性的變化。

7電力與電力錶

如左圖所示，電路的開關打開之後，燈泡點亮。這表示電能發揮了使燈泡發亮的作用。

此外，在我們的家庭之中，電能也變成了電視的聲音與影像，或是成為電熨斗或電暖爐的熱能。

像這種電能所進行的工作稱之為電力，電力的單位是Ｗ（瓦特）。所謂的一Ｗ則是「在一Ｖ的電壓間流經一Ａ的電流所產生的效能」，其公式如下：

電力Ｗ＝電流大小（Ａ）×電壓（Ｖ）

結果電力的大小與電壓及電流的大小成正比，想要發揮更大的效能，只要把電流及電壓提高即可。

如在電壓的項目（二七頁）中所見，可以用水的流動加以說明。次頁上圖裝有水車裝置的容器，水車的效能，便與水壓及水量成正比。換言之，水位高即水壓高，若將水流出的管線加大，便可以加大水車的效能。

以電的情形而言，通常四○Ｗ的燈泡與一○○瓦的燈泡，其效能相差了二‧五倍。台灣一般的家庭電壓大致維持在一一○Ｖ，因此可以依電量的差別來增加效能。套用先前的計算公式，前者為○‧四Ａ，後者則流經了一Ａ的電流。

此外，每一個家庭都裝有電錶（電力量錶）。這是測量一個月中所使用的全部電力量而電力量錶所測定之電力量（Wh），則以下列公示求之。

電力計與電力量錶的符號，則如下圖所示。

8白熾燈泡與日光燈等符號

白熾燈泡利用的是燈泡中的燈絲流通電流之後產生高熱，進而發生亮光的性質。

燈絲是由鎢所製造，能耐高溫（熔點為攝氏三四○○度），而且為了避免與其他物質化合，加入了低活性的氬氣。

另一方面，日光燈的結構則不如燈泡簡單，因為白熾燈泡只要電流流通就會發亮，日光燈則是由燈管、啟動器和穩流器三個部分所構成。

燈管的結構是在管中裝入了水銀和氬氣，燈管的內壁則塗上了螢光物質，燈管的兩側則裝上燈絲。

啟動器就是打開開關時，會發出閃光的小燈泡狀的元件，由兩種金屬貼合的雙金屬製成。穩流器則是由線圈製成之變壓器狀的元件（參照四五頁）。

日光燈點亮的過程，首先，啟動器先放電，其高溫會令雙金屬彎曲，接著使燈管流通電流。因此，燈絲開始加熱，使其中的水銀氣化。

此後，電流順利流通後，雙金屬溫度冷卻而恢復原形，進而遮斷電流。此時穩壓器的線圈產生高壓電，向燈管兩邊的燈絲放電。接著，放電的電子與蒸發的水銀原子相接，產生紫外線，撞擊燈管內壁的螢光物質，發出螢光。

第2章 各種回路元件的結構與符號

1直流與交流的表示方法

打開電視與收音機，就可以看見內部有複雜配線的電路。但是，電路雖然乍看之下極為複雜，事實上所使用的零件種類卻相當有限，可用各種符號加以表示。

電流的流動方式，分為一般家庭所使用的交流電、乾電池，以及經由ＡＣ整流器所得到的直流電；交流電是電壓交替正負變化流動的電流，直流的電壓則沒有變化。

但是，所謂的交流、直流，電壓究竟如何流動，我們並不得而知，不過，可以使用可看見電流波形的示波器等儀器來觀察。

首先將燈泡、電池、示波器加以連接，當燈泡...

　　你對電有興趣嗎？電使我們的生活更加便利，是各種工具及機械的能源，是最接近我們的一種存在。因此，理所當然的很多人對電有興趣。

　　可是，若是將前述的問題改成「你對電路有興趣嗎？」答案又是如何呢？在周遭充滿各種電器的現代，即使完全不瞭解其主要部位的電路或元件，我們一樣可以加以使用，並且享受其機能。因此，可能有人會回答：「那種莫名其妙符號標示的電路，我根本不想搞懂。」可是，這些方便的電器用品，正是因為有電路，才對我們的生活有所幫助。

　　筆者曾服務於高工擔任老師，進而升任校長，專業背景是機械。為了要完全的瞭解機械，我知道學生必須瞭解電路相關的知識。的確，剛開始看電路圖的時候，並不是十分瞭解圖示符號。為了能夠理解，必須下很大的功夫加以記憶。出版社主編跟我討論寫作事宜之時，我覺得能運用自己的經驗，寫一本簡要、人人看得懂的電路書籍是一件很不錯的事，因此決定執筆。

　　本書特點如下：
　　‧儘量排除公式，以解說電子零件的原理與結構為主。
　　‧以家中與身邊常見的電器為例，說明其結構與電路的原理。
　　‧從簡單到複雜的電器，學習循序漸進。
　　‧分別解說電氣回路與電子回路。
　　‧詳解回路使用的各種符號，與電、電子零件互相對照。

　　本書對於構成電路之零件、元件、家電製品之電路、馬達回路，以及之邏輯電路等，相關的電路基本知識，以淺易的方式進行解說。若能加深讀者對於認識電路之契機，則為筆者之幸。

稻見辰夫

　　你對電有興趣嗎？電使我們的生活更加便利，是各種工具及機械的能源，是最接近我們的一種存在。因此，理所當然的很多人對電有興趣。

　　可是，若是將前述的問題改成「你對電路有興趣嗎？」答案又是如何呢？在周遭充滿各種電器的現代，即使完全不瞭解其主要部位的電路或元件，我們一樣可以加以使用，並且享受其機能。因此，可能有人會回答：「那種莫名其妙符號標示的電路，我根本不想搞懂。」可是，這些方便的電器用品，正是因為有電路，才對我們的生活有所幫助。

　　筆者曾服務於高工擔任老師，進而升任校長，專業背景是機械。...

審訂序
自序

第1章　電是現代社會的基礎
我們身邊的電∕所有物體都有電∕自由電子與電的流動∕電能運用史

第2章　各種電路元件的結構與符號
直流與交流的表示方法∕直流電源與交流電源∕導線與導線的連接∕何謂電壓∕電流、電阻以及歐姆定律∕各種電阻器∕電力與電力錶∕白熾燈泡與日光燈的符號∕二極體∕二極體的動作原理∕發光二極體∕閘流體∕電容器∕線圈∕穩流器∕變壓器∕保險絲∕各種開關∕電鈴

第3章　三用電錶的使用與家電用品的電路
三用電錶的作用∕三用電錶刻度的讀法∕交、直流電壓測試的方法∕直流電流的測試方式∕三用電錶的歸零調整∕電阻值的實際測量∕簡單的電路（1）∕簡單的電路（2）∕簡單的電路（3）∕電爐的結構與回路∕電熨斗的結構與電路∕電被爐的結構與電路∕電子鍋的結構與電路∕日光燈的結構與電路∕馬達的結構∕電風扇與抽風機的結構與電路∕洗衣機的結構與電路∕冰箱的結構與電路

第4章　電子機器的元件與迴路
我們身邊的電子機器∕電晶體的動作原理∕場效應型電晶體∕使用電晶體的放大電路∕實際的聲音放大電路∕浴缸的水位報知器∕電子蜂鳴器的電路∕靠光發出聲音的電路∕對講機的電路∕直流電源裝置的電路（1）∕直流電源裝置的電路（2）∕運算放大器∕無線麥克風的電路∕立體聲無線麥克風∕通電測試器的電路∕礦石收音機∕使用IC的收音機∕用太陽能電池聽AM收音機∕一個二極體的收音機∕家庭用AM收音機

第5章　控制馬達的迴路與邏輯電路
使馬達驅動的基本電路∕DC馬達的控制電路∕速度控制迴路∕馬達的PLL控制迴路∕步進馬達的驅動迴路∕IC的邏輯電路(1)或閘電路∕IC的邏輯電路(2)及閘電路∕IC的邏輯電路(3)反閘電路∕IC的邏輯電路(4)反或閘電路∕IC的邏輯電路(5)反及閘電路∕邏輯符號所組合的電路圖∕沿線行駛之汽車的電路

附錄 電路圖新舊符號對照表

審訂序
自序

第1章　電是現代社會的基礎
我們身邊的電∕所有物體都有電∕自由電子與電的流動∕電能運用史

第2章　各種電路元件的結構與符號
直流與交流的表示方法∕直流電源與交流電源∕導線與導線的連接∕何謂電壓∕電流、電阻以及歐姆定律∕各種電阻器∕電力與電力錶∕白熾燈泡與日光燈的符號∕二極體∕二極體的動作原理∕發光二極體∕閘流體∕電容器∕線圈∕穩流器∕變壓器∕保險絲∕各種開關∕電鈴

第3章　三用電錶的使用與家電用品的電路
三用電錶的作用∕三用電錶刻度的讀法∕交、直流電壓測試的方法∕直流電流的測試方式∕三用電錶的歸零調整∕電...