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電阻是什麼? 基本知識

 

或許本篇所要說明的內容您早已知悉,不過,我們仍將以概略的方式,為您再次說明電阻的功能及原理等。

1. 比方說,我們想要讓發光二極體順利發光。

要讓LED(發光二極體)發光,首先必須在LED兩端施加2V的電壓,因此,如圖1-(a)所示,使用1顆乾電池(約1.5V)時,由於電壓不足,因此無法發光。接下來,如圖1-(b)所示,我們試著將2顆電池串聯,但由於電壓過大(約3V),造成通過的電流過多而使得LED損壞。但此時,我們只要在LED和乾電池之間接上一顆適當容量的電阻[參閱圖1-(c)],即可發出正確的亮度,無論是LED或是乾電池皆能在正確的條件下動作。由此可知,電阻的功能就是藉由限制電流的流量,讓電子電路能順利工作,正是電子電路所不可或缺的零件之一。

(a)不發光/(b)過多的電流通過/(c)理想的な動作状態

2. 接下來,請各位回想一下歐姆定律。

在前述的範例中,我們曾經提過,要啟動電子電路的動作需藉由使用阻值正確的電阻,那麼到底阻值多少的電阻才對呢? 要清楚判定此點,我們可以利用歐姆定律,亦即假設電壓為V(單位為V),電流為I(單位為A),兩者的關係為
V=R・I…(1) 其中,R為電壓V與電流I之比例常數,我們將它稱為電阻(單位為Ω),電阻這個電子零件的功能正是如此。

3. 那麼,圖1-(c)的電阻值是多少?

接下來,就讓我們一起來思考歐姆定律的涵義。 在圖2所示的電路中,假設電壓V為1V,電流I為1A,由公式
(1)可知電阻R為...

R=V/I=1(V)/I(A)=1(Ω)

換句話說,所謂的1Ω就是施加1V的電壓後,會讓1A的電流流通的電阻值,或者是當1A電流通時,會讓電壓成為1V的電阻值。

圖2

如果我們讓電壓維持在1V,僅讓電流變為0.2A,那麼電阻值就為...

R=V/I=1(V)/0.2(A)=5(Ω)

那麼,要讓1A的電流通過5Ω的電阻,那麼需要多少施加多少電壓呢?

V=R・I=5(Ω)×1(A)=5(V)

我們可以套用歐姆定律來求出答案。凡是電子電路都能套用歐姆定律,因此只要瞭解電壓、電流或阻抗等其中2個數值,就可以計算出另一項的答案。

接下來就讓我們一起想想看前述圖1-(C )所使用的阻抗值為何。 當LED正常工作時,電阻兩端的所施加的電壓VR約為2V,因此將乾電池的電壓3V減去LED兩端的電壓2V...

VR=3(V)−2(V)=1(V)

假設通過LED的電流ILED為15mA(1mA=1/1000A),根據歐姆定律即可計算出電阻值R為...

R=VR/ILED=1(V)/0.015(A)=67(Ω)

因此,圖1-(c)的阻抗值為67Ω。

4. 功耗與額定功率

一般來說,如同工作必須耗用能量般,馬達、加熱器或是燈泡等電子裝置在工作時也必須耗用電能。用來表示電子裝置所需耗用的電能稱為「功耗」,此一電量(功耗亦同)係由電壓與電流的乘積來表示,假設電量為P---,

P(W)=V(V)・I(A)

根據歐姆定律,當電流流經電阻時,電阻的兩端會產生電壓,因此和電子裝置一樣,電阻也會消耗電能。例如,根據歐姆定律可知,當1A的電流通過1Ω的電阻時,會產生1V的電壓,由此可知---,

1(V)・1(A)=1(W)

此時電阻的功耗為1W。由於電阻的電能完全會被轉換為熱能而散發,因此功耗過大時,電阻體本身的溫度就會上升,最後終至燒毀、熔斷。因此電阻的製造商必須標示出該電阻器的功耗為多少W,此數值代表著電阻器的額定功率。
然而,為安全起見及考量電阻有燒毀之虞,一般都使用在額定功率的1/2以下。

5. 串聯與並聯

電子電路的連接方式,大致上可分為「串聯」與「並聯」兩種,圖3所示即為此兩種連接方式,連接多顆電阻時,其總阻值將依串聯或並聯等連接方式的不同而異,如下所示:

串聯時:R=R1+R2+R3+……

並聯時:並聯時

因此,圖3的電阻值分別如下:

(a) 串聯時的總阻值為10Ω+40Ω=50Ω

(b) 並聯時的總阻值為1/R=1/10+1/40=1/8

串聯與並聯

換句話說,串接時所使用的電阻愈多,總阻值就愈大,並聯時,所使用的電阻愈多,總阻值反而變小。

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