chap3 series-parallel dc network, theorems, and storage … · nodal analysis 1/7 nodal analysis =...

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CHAP3 CHAP3 Series Series - - Parallel DC Parallel DC Network, Theorems, and Storage Network, Theorems, and Storage Elements Elements 謝志誠 最新更新:2012411

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Page 1: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

CHAP3 CHAP3 SeriesSeries--Parallel DC Parallel DC Network Theorems and Storage Network Theorems and Storage ElementsElements

謝志誠

最新更新2012年4月11日

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network1414

電路中同時出現串聯與並聯的組態電路中同時出現串聯與並聯的組態

標準型態的標準型態的seriesseries--parallel networkparallel network可以說沒有也可以說可以說沒有也可以說無窮多無窮多每一個都是一種型態每一個都是一種型態

如何解如何解seriesseries--parallel networkparallel network經驗經驗將是關鍵將是關鍵

先對問題有一個整體性的了解然後在心中擺設一個如先對問題有一個整體性的了解然後在心中擺設一個如何解決問題的藍圖何解決問題的藍圖

審視電路的每一個部分準備將它們兜成串並聯的組審視電路的每一個部分準備將它們兜成串並聯的組合透過這個動作將電路簡化並把要探討的未知數凸合透過這個動作將電路簡化並把要探討的未知數凸顯出來顯出來

在不驚動所要探討的未知數下盡量減少在不驚動所要探討的未知數下盡量減少branchbranch然後然後把簡化後的電路畫出來把簡化後的電路畫出來

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network2424

並聯

串聯

56 56 ΩΩ + 32 + 32 ΩΩ = 88 = 88 ΩΩ

6 6 ΩΩ 3 3 ΩΩ = 2 = 2 ΩΩ

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network3434

1 並聯

2 串聯

由電壓源流出來的電流及提供的power

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network4444

CurrentCurrentndashndashdivider ruledivider rule

RR22消耗的消耗的 powerpower

依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率

EXAMPLE 31EXAMPLE 31 4k與8k串聯得到RrdquoT

3k與6k並聯再與10k串聯得到RrsquoT

RrsquoT與RrdquoT並聯得到RT

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 2: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network1414

電路中同時出現串聯與並聯的組態電路中同時出現串聯與並聯的組態

標準型態的標準型態的seriesseries--parallel networkparallel network可以說沒有也可以說可以說沒有也可以說無窮多無窮多每一個都是一種型態每一個都是一種型態

如何解如何解seriesseries--parallel networkparallel network經驗經驗將是關鍵將是關鍵

先對問題有一個整體性的了解然後在心中擺設一個如先對問題有一個整體性的了解然後在心中擺設一個如何解決問題的藍圖何解決問題的藍圖

審視電路的每一個部分準備將它們兜成串並聯的組審視電路的每一個部分準備將它們兜成串並聯的組合透過這個動作將電路簡化並把要探討的未知數凸合透過這個動作將電路簡化並把要探討的未知數凸顯出來顯出來

在不驚動所要探討的未知數下盡量減少在不驚動所要探討的未知數下盡量減少branchbranch然後然後把簡化後的電路畫出來把簡化後的電路畫出來

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network2424

並聯

串聯

56 56 ΩΩ + 32 + 32 ΩΩ = 88 = 88 ΩΩ

6 6 ΩΩ 3 3 ΩΩ = 2 = 2 ΩΩ

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network3434

1 並聯

2 串聯

由電壓源流出來的電流及提供的power

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network4444

CurrentCurrentndashndashdivider ruledivider rule

RR22消耗的消耗的 powerpower

依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率

EXAMPLE 31EXAMPLE 31 4k與8k串聯得到RrdquoT

3k與6k並聯再與10k串聯得到RrsquoT

RrsquoT與RrdquoT並聯得到RT

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 3: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network2424

並聯

串聯

56 56 ΩΩ + 32 + 32 ΩΩ = 88 = 88 ΩΩ

6 6 ΩΩ 3 3 ΩΩ = 2 = 2 ΩΩ

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network3434

1 並聯

2 串聯

由電壓源流出來的電流及提供的power

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network4444

CurrentCurrentndashndashdivider ruledivider rule

RR22消耗的消耗的 powerpower

依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率

EXAMPLE 31EXAMPLE 31 4k與8k串聯得到RrdquoT

3k與6k並聯再與10k串聯得到RrsquoT

RrsquoT與RrdquoT並聯得到RT

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 4: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network3434

1 並聯

2 串聯

由電壓源流出來的電流及提供的power

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network4444

CurrentCurrentndashndashdivider ruledivider rule

RR22消耗的消耗的 powerpower

依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率

EXAMPLE 31EXAMPLE 31 4k與8k串聯得到RrdquoT

3k與6k並聯再與10k串聯得到RrsquoT

RrsquoT與RrdquoT並聯得到RT

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 5: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SeriesSeries--Parallel NetworkParallel Network4444

CurrentCurrentndashndashdivider ruledivider rule

RR22消耗的消耗的 powerpower

依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率依此類推求其他元件流經的電流及消耗的功率

EXAMPLE 31EXAMPLE 31 4k與8k串聯得到RrdquoT

3k與6k並聯再與10k串聯得到RrsquoT

RrsquoT與RrdquoT並聯得到RT

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 6: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 31EXAMPLE 31 4k與8k串聯得到RrdquoT

3k與6k並聯再與10k串聯得到RrsquoT

RrsquoT與RrdquoT並聯得到RT

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 7: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 31EXAMPLE 31

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 8: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 1 Exercise 1 General networkGeneral network

並聯並聯

串聯

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 9: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

11)RRR()RR(RR 654321Ta

b A611

V66REI

T

c

W54)6()A3(RIP 23

223

A23IIA3

2IIIA6II 1

31

221

d

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 10: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 2 Exercise 2 General networkGeneral network

把R3與R4串聯成為Rrsquo 然後Rrsquo R1R2彼此都與E相互並聯

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 11: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

A9RR

EI)RR(IE43

4434

a

b

A31A96

V10827

V108

IRV

RVIIII 4

2

2

1

1421

c W324RIP 32

43

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 12: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 3 Exercise 3 General networkGeneral network

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 13: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

RT=R1+Rd=9ΩA3

9V27

REI

T

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 14: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

串聯

Ra=R5+R6=3Ω

並聯

Rb=RaR4=2Ω

串聯

Rc=Rb+R3=10Ω

並聯

Rd=RcR2=5Ω

A511010

10A3RR

RIIc2

23

I3

A136

6A51RR

RIIa4

436

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 15: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 4 Exercise 4 General networkGeneral network

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 16: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

並聯

Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 17: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

並聯Ra=(R2R3)+R4 =7kΩ

串聯

RT=RaR1=21kΩ

mA84IIIk10k7mA16

RRRImA211

RVI

14

a1

a

1

s1

V633)k12)(mA16(RIV Ts

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 18: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 5 Exercise 5 General networkGeneral network

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 19: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

mA16IIII 231

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 20: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Current SourceCurrent Source電流源電流源

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 21: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source1414

Voltage sourceVoltage source提供固定電壓電流依電路元件決定提供固定電壓電流依電路元件決定

Current sourceCurrent source提供固定電流電壓依電路元件決定提供固定電流電壓依電路元件決定

不管不管voltage sourcevoltage source或或current sourcecurrent source均存有內部電阻均存有內部電阻對對電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而電壓源而言該內部電阻與理想電壓源串聯對電流源而言該內部電阻與理想電流源並聯言該內部電阻與理想電流源並聯

假設電壓源電流源為理想者假設電壓源電流源為理想者voltage sourcevoltage source的內部電阻的內部電阻為零為零current sourcecurrent source的內部電阻為無窮大的內部電阻為無窮大

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 22: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source2424

Voltage sourceVoltage source的內部電阻為零則電壓源的內部電阻為零則電壓源所提供的電壓就不會被所提供的電壓就不會被RRss消耗掉消耗掉

Current source的內部電阻無窮大則電流源提供的電流就不會流入Rp所在的branch

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 23: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source3434

當當 RRss = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRss = 500 = 500 ΩΩ

當當 RRss = 0 = 0 ΩΩ

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 24: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Voltage amp Current SourceVoltage amp Current Source4444

當當 RRpp = 1 k= 1 kΩΩ

當當 RRpp = 100 k= 100 kΩΩ

當當 RRpp = = infininfin

內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越大電流源越接近理想電流源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源內部電阻越小電壓源越接近理想電壓源

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 25: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 32EXAMPLE 32

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 26: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 33EXAMPLE 33

Rrdquo=(R3R4)+R2

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 27: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

DC Current SourceDC Current Source

市售current source其提供的電流可以設定端點電壓則由applied load來決定

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 28: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Source ConversionSource Conversion

電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉電路分析中靈活的將電壓源轉成電流源或將電流源轉成電壓源成電壓源

Pss RIE Ps RR Pss REI

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

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電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 29: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 34EXAMPLE 34

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 30: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Parallel Current SourceParallel Current Source

將三個電流源合併

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 31: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 32: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 33: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 35EXAMPLE 35

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 34: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 6 Exercise 6 Source conversionSource conversion

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 35: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

A20REIk21RR

s

Sssp

SolutionSolution

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 36: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

IT = Is+I = 06 A

V396RIV

A180R1R1R1

R1II

111

21p

1T1

利用current-divider rule

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 37: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

RegulationRegulation1212

Regulation factorRegulation factor電壓源或電流源受負載影響的靈敏度電壓源或電流源受負載影響的靈敏度

理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響理想電壓源所提供的電壓值不受負載大小的影響

沒有負載時沒有負載時I=0I=0VVNLNL=E=ESS

加上負載後電壓源所提供的電壓因加上負載後電壓源所提供的電壓因RRss造成的壓降使得造成的壓降使得端點電壓由端點電壓由VVNLNL降低為降低為VVFLFL

VVNLNLThe voltage available at the supply terminals with no The voltage available at the supply terminals with no load attachedload attached

VVFLFLThe terminal voltage of the supply with load applied The terminal voltage of the supply with load applied ((比比VVNLNL小小))

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 38: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

RegulationRegulation2222

Rs越小端點電壓降低的幅度越小VR越小的電壓源越好

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 39: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 7 Exercise 7 RegulationRegulation

820100V

VVVR

V8221V81V220VV220V

FL

FLNL

NL

FL

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 40: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 8 Exercise 8 RegulationRegulation

5100V

VVVR

V12V

V4291111050

V12RRR

EV

FL

FLNL

NL

LLS

FL

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 41: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 9 Exercise 9 RegulationRegulation

mA4202I

21100I

IIIR

mA200I21IR

NL

FL

FLNL

FL

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 42: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Circuit Analysis Circuit Analysis 電路分析電路分析

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 43: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SuperpositionSuperposition

先分析個別先分析個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果再將個別的結果再將個別voltagecurrent sourcevoltagecurrent source的結果加起來就可以得到總結果的結果加起來就可以得到總結果

暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(暫時沒有被分析的部分如果是電壓源則予以短路(shortshort--circuitcircuit)如果是電流源則予以斷路()如果是電流源則予以斷路(openopen--circuitcircuit))

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 44: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 45: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 36EXAMPLE 36

斷路斷路

短路

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 46: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 10 Exercise 10 SuperpositionSuperposition

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 47: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

先考慮電流源並將電壓源短路

A52RR

RIR1R1R1

R1II

1432RRR

a1

a

321

1

32a

利用current divider rule

驗證兩種方向切入所得答案是一致的

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 48: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

再考慮電壓源並將電流源斷路

9RRR51RRR

3bT

21b

由E 出來的電流 A2REI

Ts

利用current divider rule A1RR

RII21

2s

A53III

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 49: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 11 Exercise 11 SuperpositionSuperposition

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 50: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

先考慮電壓源E1並將電壓源E2短路

IS

A51RR

RII

A53REI

42911R)RR(R

32

2s

T

1s

132T

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 51: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

再考慮電壓源E2並將電壓源E1短路

A60RR

RII

A21REI

10R)RR(R

31

1s

T

2s

231T

IS

A90III

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 52: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Mesh Analysis Mesh Analysis 1515

Mesh analysis = Mesh current methodMesh analysis = Mesh current method先確定先確定networknetwork有多少個有多少個mesh mesh ((windowwindow)然後針對每個)然後針對每個

meshmesh指定一指定一mesh currentmesh current((CWCW))

每個每個LOOPLOOP依據依據KVLKVL寫出一個寫出一個LOOP equationLOOP equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個meshesmeshes流經共邊的流經共邊的BranchBranch的電流方的電流方

向要以誰來主導向要以誰來主導由於兩個由於兩個meshesmeshes電流誰大誰小都還不知電流誰大誰小都還不知道道因此主導並非預設立場因此主導並非預設立場是用來表達跨越元件(共是用來表達跨越元件(共邊的邊的branch branch 上的元件)的電壓的極性(正負)這是上的元件)的電壓的極性(正負)這是mesh mesh current methodcurrent method的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 53: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Mesh Analysis Mesh Analysis 2525

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 1LOOP 1

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 54: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Mesh Analysis Mesh Analysis 3535

搭配極性(正負號)設定由I1的方向主導此部份的淨電流為I1-I2

LOOP 2 LOOP 2 -- AA

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 55: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Mesh Analysis Mesh Analysis 4545

LOOP 2 LOOP 2 --BB

搭配極性(正負號)設定由I2的方向主導此部份的淨電流為I2-I1

0ER2IR)II( 22312

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 56: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Mesh Analysis Mesh Analysis 5555

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

22--AA或或22--BB您喜歡那一種您喜歡那一種決定就好不要變來變去決定就好不要變來變去

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 57: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 38EXAMPLE 38

0RIR)II(Emesh0RIER)II(mesh

0ER)II(R)II(RIEmesh

5331333

2224122

33314211111

非天上掉下來非天上掉下來

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 58: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 1717

Nodal analysis = Nodal voltage methodNodal analysis = Nodal voltage method先確定先確定networknetwork有多少個節點(有多少個節點(nodesnodes)然後針對)然後針對每個每個nodenode指定一指定一nodal voltagenodal voltage(依序編號)(依序編號)

相連節點與節點的相連節點與節點的branchbranch若沒有任何元件若沒有任何元件則可則可視為同一視為同一nodenode

每個每個nodenode依據依據KCLKCL寫出一個寫出一個nodal equationnodal equation特別注意相鄰的兩個特別注意相鄰的兩個nodesnodes間的間的BranchBranch上電流要由上電流要由那裡流到那裡那裡流到那裡由於兩個由於兩個nodal voltagenodal voltage誰大誰小都誰大誰小都還不知道還不知道因此預定電流方向並非預設立場因此預定電流方向並非預設立場這是這是nodal analysisnodal analysis的關鍵也是學習上的關卡的關鍵也是學習上的關卡

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 59: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電流流向與節點電壓

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 60: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

KCL at NodeKCL at Node

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 61: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 2727

Nodal analysisNodal analysis較適宜用來決定電路的電壓較適宜用來決定電路的電壓

有三個有三個NodeNode(其中一個接地)非接地的每個(其中一個接地)非接地的每個nodenode賦予一賦予一個電壓個電壓

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 62: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 3737

Node 1Node 1

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 63: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 4747

Node 2Node 2

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 64: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 5757

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 65: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 6767

整理與解聯立方程式整理與解聯立方程式

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 66: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Nodal Analysis Nodal Analysis 7777

驗證驗證

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 67: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 68: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 39EXAMPLE 39

0R

VVRVINode

0R

VVRV

RVVNode

0R

VVRVINode

4

32

5

32

3

2

21

3

2

4

322

2

21

1

11

1

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 69: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

聯立方程式聯立方程式

3333

2222

1111

dZcYbXadZcYbXa

dZcYbXa

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacbdcbdcbd

X

333

222

111

333

222

111

cbacbacbacdccdbcda

Y

333

222

111

333

222

111

cbacbacbadbadbadba

Z

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 70: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 14 Exercise 14 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 71: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1 I2

++

- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 72: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIR)II(E2Mesh

0ER)II(RIE1Mesh

322122

2221111

232221

2122211

E)RR(IRIEERI)RR(I

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 73: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

12I14I652I6I14

21

21

A90

146614

1265214

IA14

146614

1412652

I 21

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 74: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 15 Exercise 15 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 75: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2+

+ +

++

-- -

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 76: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0ERIER)II(2Mesh

0R)II(ERIRI1Mesh

2421312

32112111

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

1243231

1323211

EE)RR(IRIERI)RRR(I

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 77: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

20kI6kI260kI2kI11

21

21

k6k2k2k11

20k260k11

ImA1615

k6k2k2k11

k620k260

I 21

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 78: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 16 Exercise 16 Mesh analysisMesh analysis

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 79: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 1STEP 1 決定決定meshmesh數量劃出數量劃出mesh currentmesh current並標並標

示環繞示環繞meshmesh上的元件極性(正負)上的元件極性(正負)

I1I2

+ +

+-

--

+ -

+ -

- +

- I3

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 80: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 2STEP 2 寫出寫出mesh equationsmesh equations

0RIRIR)II(3Mesh

0R)II(RIR)II(2Mesh

0R)II(RIE1Mesh

6353423

43232212

22111

I3 = I6

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 81: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 3STEP 3 整理整理mesh equationsmesh equations

0)RRR(IRI0RI)RRR(IRI

ERI)RR(I

654342

43432221

22211

I3 = I6 =1A

STEP 4STEP 4 代代入數值入數值

0I9I60I6I24I10

27I10I14

32

321

21

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 82: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 17 Exercise 17 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 83: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

V1 V3

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 84: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVII

RVV

2Node

0R

VVIRVI

1Node

3

232

2

21

2

212

1

11

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 85: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 3STEP 3整理整理nodal equationsnodal equations

3232

21

1

212

221

1

IIR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 86: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA12VmS750VmS50mA14VmS50VmS51

21

21

V1 = -5143V V2 =12571VSTEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 87: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 18 Exercise 18 Nodal analysisNodal analysis

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 88: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

V1947R1R1R1

1I

RIVA3A2A5I

321T

TT1

T

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 89: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 19 Exercise 19 Nodal analysisNodal analysis

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 90: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 1STEP 1 決定決定nodenode數量劃出數量劃出nodal voltagenodal voltage並標並標

示進出示進出nodenode的電流方向的電流方向((branchbranch))

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 91: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 2STEP 2 寫出寫出nodal equationsnodal equations

0RVI

RVV

3Node

0IR

VVRVI

RVV

2Node

0IR

VVRV

1Node

5

32

4

32

24

32

3

21

2

21

12

21

1

1

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 92: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 3STEP 3 整理整理nodal equationsnodal equations

254

34

2

214

3432

22

1

12

221

1

IR1

R1V

R1V

IIR1V

R1

R1

R1V

R1V

IR1V

R1

R1V

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 93: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

STEP 4STEP 4 代入數值代入數值

mA8VmS350VmS10mA13VmS10VmS7250VmS1250

mA50VmS1250VmS1251

32

321

21

V1 = -2972V V2 =13255V V3 = -1907V

STEP 5STEP 5 解方程式解方程式

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 94: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Network TheoremsNetwork Theorems

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 95: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

OneOne--Port NetworkPort Network

不管是不管是LOADLOAD或或SOURCESOURCE都可以將它們看成是一種都可以將它們看成是一種a a twotwo--terminals deviceterminals device然後透過然後透過ii--vv characteristicscharacteristics來描述來描述其性質並表示如下其性質並表示如下

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 96: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

TheveninTheveninEquivalent CircuitEquivalent Circuit

NortonNortonEquivalent CircuitEquivalent Circuit

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 97: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

TheveninThevenin theoremtheorem

戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由戴維寧定理又稱等效電壓源定律是由法國科學家法國科學家TheveninThevenin於於18831883年年提出的一個提出的一個電學定理電學定理

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電壓源電壓源EEThTh(戴維寧等效電壓)和一個(戴維寧等效電壓)和一個串聯串聯的電阻的電阻RRThTh(戴(戴維寧等效電阻)組合來等效維寧等效電阻)組合來等效

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 98: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Norton theoremNorton theorem諾頓定理是諾頓定理是戴維寧定理戴維寧定理的一個延伸於的一個延伸於19261926年年由由HauseHause--

SiemensSiemens研究員研究員漢斯漢斯middotmiddot費迪南費迪南middotmiddot梅耶爾梅耶爾及及貝爾實驗室貝爾實驗室工程師工程師愛愛德華德華middotmiddot羅里羅里middotmiddot諾頓諾頓分別提出分別提出

一個接於兩點間含有獨立一個接於兩點間含有獨立電壓源電壓源獨立獨立電流源電流源及及電阻電阻的的線性電路線性電路就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立就其外部型態而言在電性上可以用一個獨立電流源電流源IInn(諾頓等效電流)和一個並(諾頓等效電流)和一個並聯聯的電阻的電阻RRNN(戴維寧(戴維寧等效電阻)組合來等效等效電阻)組合來等效

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 99: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRThTh

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 100: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EEThTh1212

將電壓源電流源置回原將電壓源電流源置回原處再應用各種解電路的處再應用各種解電路的方法求出元件移走後電方法求出元件移走後電路兩端的電壓即為等效路兩端的電壓即為等效電壓電壓EEThTh

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 101: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EEThTh2222

即使改變負載也很容易即使改變負載也很容易計算改變後的電流多計算改變後的電流多

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 102: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

RRNN==RRThTh

將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路將欲探討的支路上的元件(負載)移走成為開路

將電路中所有的將電路中所有的電壓源短路電流源開路電壓源短路電流源開路求元件移求元件移

走後電路兩端的等效電阻走後電路兩端的等效電阻RRNN

753R)RR(R 321N

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 103: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

iiNN1212

將電壓源及電流源放回將電壓源及電流源放回去且將移去的負載元件去且將移去的負載元件兩端設定為短路再應用兩端設定為短路再應用前述各種求解電路的方前述各種求解電路的方法求出流過此短路線上法求出流過此短路線上

的電流的電流iiSCSC此電流即為此電流即為等效電流等效電流iiNN

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 104: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

iiNN2222

A667215

V40RR

Ei21

N

A1431RR

RiiLN

NNL

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 105: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

General MethodGeneral Method

Is

IL

A1431RR

RII

A2862REI

517RR)RR(R

L3

3SL

TS

213LT

驗證

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 106: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Source ConversionSource Conversion

RRNN==RRThTh

NNThTh

ThN RiE

REi

驗證

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 107: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Application Application 1212

把未知電路表把未知電路表

達成達成TheveninThevenin與與NortonNorton等效等效

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 108: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Application Application 2222

RTH = RN = ETHdivideIN

延伸命題如果使用的ammeter與voltmeter非理想儀器而是有內部電阻時結果又如何

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 109: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

TH

mSCN

Rr1II

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 110: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Experimental Determination of Experimental Determination of TheveninTheveninand Norton Equivalentsand Norton Equivalents

m

THOCTH

rR1VE

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 111: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Example

mSC

OC

N

THTH

TH

mSCN

OCTH

rIV

IER

Rr1II

V56VE

The unknown circuit is replaced by its Theveninequivalent

Measured VOC=65V Measured ISC=375mA rm=15Ω

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 112: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Maximum Power TransferMaximum Power Transfer

確保負載可以從確保負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當當 RRL L = = RRThTh 時負載可以從時負載可以從supplysupply收到最多的功率收到最多的功率

當RL=05RTh 或 RL=15 RTh將發現Power都較低

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 113: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 20 Exercise 20 TheveninThevenin networknetwork

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 114: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

RTH

3331R)RR(R 321TH

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 115: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

ETH

ETH

I3

A1985269V21

REI

69R)RR(R

Ts

123T

V53RIE

A43750RR

RII

33TH

32

2S3

IS

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 116: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Theacutevenin Network

3331RTH

V53ETH

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 117: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 21 Exercise 21 TheveninThevenin networknetwork

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 118: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

SolutionSolution

W7211RIP

A6560)43331(

V53RR

EI

L2

L

LTH

THL

當當RRL L = R= RTH TH = 1333= 1333ΩΩ

W2972R4

ER4

EW2972RIP

A31251)33313331(

V53RR

EI

TH

2TH

L

2TH

L2

L

LTH

THL

(非最大)

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 119: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Exercise 22 Exercise 22 TheveninThevenin networknetwork

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 120: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

關鍵步驟

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

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利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 121: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

RTH

8R)R12(R 32TH

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 122: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

ETH

ETH

V38RR12

R)EE(E32

3TH

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 123: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Theacutevenin Network

38V

當當RRL L = R= RTH TH = 8= 8ΩΩ

W12545R4

ER4

EPTH

2TH

L

2TH

max

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 124: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

難以循串並聯簡化程序討論總電組

Bridge NetworkBridge Network

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 125: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

YY--ΔΔ ConversionConversion

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 126: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

YY--ΔΔ ConversionConversion

個別電阻相等時個別電阻相等時helliphelliphelliphelliphelliphellip

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 127: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Bridge Network Bridge Network 1313

ΔΔ--Y ConversionY Conversion

先轉換再處理串並聯關係[(R7+R2)(R8+R4)]+R6

52)66(RT

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 128: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Bridge Network Bridge Network 2323

沒有電流會流經過R5

滿足

RR55可以被換成可以被換成openopen--circuitcircuit((i=0i=0)或)或shortshort--circuitcircuit((v=0v=0))不影響總電阻不影響總電阻RRTT或總電流或總電流IITT

平衡狀態平衡狀態

Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

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利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

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Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Bridge Network Bridge Network 3333

52)66(RT

RR55為短路為短路

RR55為開路為開路

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 130: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

GalvanometerGalvanometer

平衡條件下用於電阻量測的平衡條件下用於電阻量測的Wheatstone bridgeWheatstone bridge在在RR55處置入一種靈敏的電流計處置入一種靈敏的電流計galvanometergalvanometer

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 131: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

利用應變規(strain gage)量測變形量並推測受力大小

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 132: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

ApplicationApplication

httpwwwsensorlandcomHowPage002html

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 133: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Capacitor amp InductorCapacitor amp Inductor電容器與電感電容器與電感

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

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電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 134: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

導入導入

電阻消耗能量以熱型態送出電阻消耗能量以熱型態送出

電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統電容與電感儲存能量伺機將儲存的能量送回到系統

電阻的電流與電壓關係為電阻的電流與電壓關係為OhmOhmrsquorsquos lawgtgtgts lawgtgtgt線性關係線性關係

電容與電感的電容與電感的 vv--ii relationshiprelationship積分微分關係積分微分關係

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 135: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 1414

電容器(電容器(CapacitorCapacitor)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種)是兩金屬板之間存在絕緣介質的一種電路元件因此電容器包括二個電路元件因此電容器包括二個電極電極(導體-儲存的電(導體-儲存的電荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為荷大小相等符號相反)且二個電極之間由稱為絕緣體絕緣體(或稱為(或稱為介電質介電質))dielectricdielectric將將電極電極隔開隔開

電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數電容的大小與金屬板的面積及電介質的介電係數εε成正成正比而與兩板間的距離成反比即比而與兩板間的距離成反比即

dAC

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 136: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 2424

極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面極板間的介質為絕緣體電池供應的電荷只存在介質表面的極板上使得極板間存在一的極板上使得極板間存在一electric fieldelectric field(電場)因電(電場)因電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電場的關係使電容器之間存在一電位差這個電位差隨著電荷的增加而增加即荷的增加而增加即

Q=CV Q=CV 其中比例常數其中比例常數 C C 為電容器的電容量簡稱電容為電容器的電容量簡稱電容

電容量(電容量(capacitancecapacitance)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力)是用來表示電容器儲蓄電荷的能力(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材(或容量)電容器的電容量因導體的大小形狀材質及板間距離與介質種類等因素的不同而異質及板間距離與介質種類等因素的不同而異

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 137: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 3434

電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第電容的單位為「庫能伏特」為了紀念科學家法拉第((Michael Faraday l791Michael Faraday l791~~18671867英國人)對電學的偉大貢英國人)對電學的偉大貢獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(獻將一庫侖伏特的電容稱為一法拉(faradfarad)簡稱)簡稱「法」單位記號為「法」單位記號為 FF或或 ff

在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要在實用上法拉的單位通常嫌過大例如一個球體若要一法拉的電容則半徑必須為一法拉的電容則半徑必須為99timestimes101099 公尺因此常以公尺因此常以微法(微法(micromicro--faradfaradμμFF)) 或微微法(或微微法(micromicro--micromicro--faradfaradμμμμFF 或或 PicoPico--faradfaradpFpF)來表示電容值的大小)來表示電容值的大小

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 138: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Capacitor amp Capacitance Capacitor amp Capacitance 4444

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 139: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1414

電流是變動的不再用大寫的 I

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 140: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2424

一開始時開關是開的上下極板沒被充電一開始時開關是開的上下極板沒被充電當開關關上當開關關上時時上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留上方極板上帶負電的自由電子被吸往電池的正端留下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷下帶正電的電荷相對的下方極板則留下帶負電的電荷此一結果導致由電池流向電容器的電流此一結果導致由電池流向電容器的電流iicc突然跳至某一突然跳至某一特定值(受到電阻特定值(受到電阻RR的限制)的限制)最後再遞減到零(電流不最後再遞減到零(電流不再流動)再流動)此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時此時電容器的電壓等於電壓源的電壓時電電流不再流動使得流不再流動使得capacitorcapacitor形同形同open circuitopen circuit此一過程此一過程稱為電容器的充電過程稱為電容器的充電過程

極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零極板充電的速率一開始很快而後很快的遞減到零

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 141: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3434

一個時間常數後的結果一個時間常數後的結果

iicc由由ERER降低到零降低到零VVcc由零充電上升到由零充電上升到EE時電容器如同時電容器如同open circuitopen circuit

電流0

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 142: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 4444

時間常數時間常數

電壓0

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 143: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

vv-- i Relationship i Relationship 1212

If the If the external voltage applied to the capacitor plates changes external voltage applied to the capacitor plates changes in timein time

Recalling the definition of current

)t(cv)t(q A time-varying voltage will cause charge to vary in time

dt)t(dvC)t(i

dt)t(dq)t(i which is called CIRCUIT CIRCUIT

LAW for a CAPACITORLAW for a CAPACITOR

前面講的電壓是DC一旦外加電壓是變動時hellip

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 144: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The voltage across a capacitor

The capacitor voltage depends on the past current through the capacitor up until the present time t

t

CC dt)t(iC1)t(v

ot

CoCo dt)t(iC1)tt(vv

ot

tCC vdt)t(i

C1)t(v

o ott

where where vvoo is sufficient to account is sufficient to account for the entire past historyfor the entire past history of the capacitor currentof the capacitor current

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 145: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器串電容器串並聯並聯

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 146: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

戴維寧等效電路戴維寧等效電路 EEThTh和和RRThTh

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 147: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 310EXAMPLE 310

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 148: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

tvC

dt)t(dvC)t(i cc

c

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

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電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 149: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

EXAMPLE 311EXAMPLE 311

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 150: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

Energy Storage in CapacitorEnergy Storage in Capacitor

The energy stored in the capacitor Wc(t)

dtdt

)t(dvC)t(vdt)t(i)t(vdt)t(P)t(W CCCCCC

)t(Cv21)t(W 2

CC

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 151: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器種類電容器種類 1313

固定電容器紙質電容器(固定電容器紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)雲母電容器)雲母電容器((mica capacitormica capacitor)陶瓷電容器()陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)鋁)鋁質電解電容器(質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)鉭質電)鉭質電解電容器(解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)薄膜電容器)薄膜電容器(( film capacitorfilm capacitor)交流油質電容器()交流油質電容器(alternatingalternating--current current oil capacitoroil capacitor)直流油質電容器()直流油質電容器(directdirect--current oil current oil capacitorcapacitor))

可變電容器空氣可變電容器(可變電容器空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor))雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)陶瓷修整電)陶瓷修整電容器(容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor)空氣修整電容器()空氣修整電容器(air air trimmer capacitortrimmer capacitor))

參考httpcrmitisorgtwpub13219314BookFile57306739PDF

電容器種類電容器種類 2323

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 152: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器種類電容器種類 2323

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電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 153: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器種類電容器種類 3333

httpstaticscribdcomdocs8vigousql3mj1pdf

電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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電容器種類電容器種類 1313

紙質電容器(紙質電容器(paper capacitorpaper capacitor)電容量約在)電容量約在100PF~5uf100PF~5uf間耐壓約在間耐壓約在200VDC~400VDC200VDC~400VDC間多用於交連或反交連間多用於交連或反交連電路電路

雲母電容器(雲母電容器(mica capacitormica capacitor)電容量約在)電容量約在1pf~01uf1pf~01uf間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業間耐壓及絕緣電阻均很高常用於高級通信器材及工業儀器電路中儀器電路中

陶瓷電容器(陶瓷電容器(ceramic capacitorceramic capacitor)電容量約在)電容量約在05pf~1uf05pf~1uf間耐壓約間耐壓約1~20KV1~20KV適用於高頻電路適用於高頻電路

鋁質電解電容器(鋁質電解電容器(aluminum electrolytic capacitoraluminum electrolytic capacitor)在)在1uf~1F1uf~1F間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路間耐壓低多用於低頻電路及需大容量之電路中如馬達的啟動中如馬達的啟動等等

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 155: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器種類電容器種類 2323

鉭質電解電容器(鉭質電解電容器(tantalum electrolytic capacitortantalum electrolytic capacitor)) 電電容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中容體積小穩定性高常用於小型化設備及電腦中

薄膜電容器(薄膜電容器( film capacitorfilm capacitor)電容量約在)電容量約在0001uf~1uf0001uf~1uf間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電間穩定性佳絕緣電阻高誤差小常用於高頻電子電路中路中

交流油質電容器(交流油質電容器(alternatingalternating--current oil capacitorcurrent oil capacitor)電)電容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機容量均相當大常用在交流大電力控制電路中如電動機啟動運轉啟動運轉等等

直流油質電容器(直流油質電容器(directdirect--current oil capacitorcurrent oil capacitor)容器一)容器一般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器般也比較大常用於直流電路中的濾波器倍壓器等等

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 156: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器種類電容器種類 3333

空氣可變電容器(空氣可變電容器(air variable capacitorair variable capacitor)以空)以空氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容氣為介質改變極板間面積來改變電容量電容

量約量約2pf~340pf2pf~340pf之間工作電壓之間工作電壓600~1400V600~1400V

雲母修整電容器(雲母修整電容器(mica trimmer capacitormica trimmer capacitor)電)電容量約容量約1pf~3000pf1pf~3000pf之間之間

陶瓷修整電容器(陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitorceramic trimmer capacitor))電容量約電容量約15pf~1100pf15pf~1100pf之間穩定度高之間穩定度高

空氣修整電容器(空氣修整電容器(air trimmer capacitorair trimmer capacitor)一般)一般用於電路補償用於電路補償

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 157: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器符號電容器符號

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 158: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電容器識別電容器識別

直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解直接標示法用於較大體積電容器如鋁質電解電容器其中的長腳表示正極(電容器其中的長腳表示正極(++))

代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)代碼標示法(陶瓷及薄膜電容器常用)

色碼標示法(用於較小體積的電容器)色碼標示法(用於較小體積的電容器)

直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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直接標示法

工作電壓

100V

電容量47μF

代碼標示法

電容量 474

=47 times104 pF

=047μF 誤差10

誤差代碼表

電容器識別電容器識別2323

httptblogkyvsksedutwresserverphpblogId=88ampresource=E99BBBE5AEB9E88887E99D9CE99BBBppt

色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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色碼標示法同色碼電阻

誤差

無色=20 第3位數 10之次方

第2位數 個位數

第1位數 十位數值為22times100 pF plusmn20

電容器識別電容器識別3333

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 1212

INDUCTORS are typically made INDUCTORS are typically made by winding a coil of wire around by winding a coil of wire around a core which can be an insulator a core which can be an insulator or a ferromagnetic materialor a ferromagnetic material(可(可以有以有corecore也可以沒有也可以沒有corecore))

當電流流經當電流流經coilcoil時即建立起時即建立起magnetic fieldmagnetic field

Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Inductor amp Inductance Inductor amp Inductance 2222

AsVHL

dtdiL)t(v L

L

單位單位

EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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EXAMPLE 312EXAMPLE 312

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Charging amp Discharging Charging amp Discharging 1313

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Charging amp Discharging Charging amp Discharging 2323

流經流經coilcoil的電流的電流iiLL與電容器的與電容器的vvcc相似電流相似電流iiLL由零遞增到由零遞增到ERER

Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Charging amp Discharging Charging amp Discharging 3333

跨越跨越coilcoil的電壓的電壓vvLL與電容器的與電容器的iicc相似電壓相似電壓vvLL由由EE降低到降低到零零

tL EeV

vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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vv-- i Relationship i Relationship 1212

電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感電感的電壓大小為電感量與電流變動率的乘積此為電感的的『『歐姆定律歐姆定律』』

dtdiL)t(v L

L

L is called the inductance of the coil(電感)電感的單位 H = V sA vL=感應電壓L = 電感量diLdt=電流變動率

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 168: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

vv-- i Relationship i Relationship 2222

The current through a inductor

The inductor current depends on the past voltage across the inductor up until the present time t

where where iioo is sufficient to account for the entire past history of the indis sufficient to account for the entire past history of the inductor voltageuctor voltage

t

LL dt)t(vL1)t(i

ot

LoLo dt)t(vL1)tt(iI

ot

t LL idt)t(vL1)t(i

o ott

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

Page 169: CHAP3 Series-Parallel DC Network, Theorems, and Storage … · Nodal Analysis 1/7 Nodal analysis = Nodal voltage method。 先確定network有多少個節點(nodes);然後針對

電感串電感串並聯並聯

Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Energy Storage in InductorEnergy Storage in Inductor

The energy stored in the inductor WL(t)

)t(Li21

dtd

dt)t(diL)t(i)t(v)t(i)t(P 2

LL

LLLL

dtdt

)t(diL)t(idt)t(i)t(vdt)t(P)t(W LLLLLL

)t(Li21)t(W 2

LL

EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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EXAMPLE 313EXAMPLE 313

Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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Real InductanceReal Inductance

dc resistancedc resistance inductanceinductance stray capacitancestray capacitance(雜散電容)(雜散電容)

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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EXAMPLE 314EXAMPLE 314

EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit

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EXAMPLE 314EXAMPLE 314

Steady BehaviorSteady Behavior

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Steady BehaviorSteady Behavior

等到Transient behavior過後電感變short-circuit電容變成open-circuit