# 2022科培營-電子電路實驗

###### tags: `科培`

大家好！今天要帶大家來做兩個簡單的電子電路實驗，分別是電晶體以及繼電器的應用。在開始接電路之前，會先跟大家介紹電晶體是什麼？繼電器是什麼？再來會介紹其它我們今天會用到的各式電子元件，最後會帶大家來完成這兩個電路。

## 電晶體實驗

### 電晶體介紹

首先來介紹我們第一個實驗的主角：電晶體。
電晶體的英文是transistor，它是一種**三極體**，是一種半導體的應用。我們第一個電路會用到的是一種叫**BJT**的電晶體。
電晶體主要用來做**放大訊號**和開關的用途，今天的實驗電路會展示的主要是放大訊號的部分。我們可以把電晶體想成是一個**電路的水龍頭**，我們輸入一個小電流，來控制大電流的大小。
我們可以看到它有**三個接腳**，分別是B、C、E。**B**是base，中文是基極，是輸入控制用小電流的接腳，也就是水龍頭的控制把手的部分；**C**是collector，中文是集極；**E**是emitter，中文是射極。大電流會在CE之間流動。我們從B輸入越多，CE可以通過的也會越多。

*BJT在電路圖中的符號*

### 電子元件介紹

* 麵包板

進行電路實驗時，我們可以利用麵包板來**整理電路**，以及輔助我們**固定**線路和電子元件。

*麵包板的示意圖*

我們可以直接把線和元件們戳進去這些洞裡面。板子上兩邊的橫長排分別互通；中間的是直排分別互通。各位可以看到橫長排上有正負的符號，那是因為長排常用來一排接電源、一排接地，正極的地方接到電池的正極、負極接負極，然後再利用同一排其它的洞把電源並聯出去。

* 電阻

電阻上有一圈一圈的**色環**，這代表它的**電阻值**，每個位置和顏色有它代表的意義；在四環電阻中，第一二碼代表的是數字，第三碼是乘以十的幾次方，第四碼是誤差。像是第一個實驗要用到的電阻，上面共有四環，顏色是棕黑紅金，棕代表的數字是1，黑是0，紅是2，所以這個電阻的電阻值就是一零乘以十的二次方，是**1000歐姆**的電阻。最後一碼的金色是誤差。

*簡易電阻色碼表*

*1000歐姆的電阻*

* 可變電阻

再來我們看到可變電阻。顧名思義，這是一個可以**調整電阻值**的電阻。它有**三個接腳**，最旁邊兩個接腳之間的電阻值是固定不變的，會改變的是中間和旁邊接腳之間的電阻值；轉動側邊的轉軸，電阻值就會改變。

*可變電阻*

* 微動開關

在開關上有三個接腳，分別會標示C（或COM）, NC, NO，這是什麼意思呢？
**COM**指的是common，可以把它想成是一個共同的接口，它會和NC或NO接在一起；**NC**是normal close，常閉，**NO**是normal open，常開。要注意的是，在電路中close關閉是指有接通，開是指沒有接通。沒有按下去時，COM會和NC是通路，和NO是斷路；按下去的時候相反，COM會和NO通路，和NC斷路。

*開關電路示意圖。上：沒按；下：有按*

* LED

LED是**light-emitting diode**的縮寫，也就是**發光二極體**。

首先先來講**二極體**的概念。二極體是一種只允許**一個方向**的電流通過的電子元件，它一邊是N型半導體、一邊是P型半導體，P型提供電洞，N型提供電子，這就造成電子只能從N這邊流到P這邊，也就是電流只能從P流到N。

*二極體示意圖*

而發光二極體就是一種二極體，它由特殊的半導體材料組成，有電通過的時候會發光。因為它是二極體，所以在使用時要特別注意正負極有沒有接對邊。**長腳接正極、短腳接負極**，如果接反了不會亮，而且有可能會燒掉。
另外，LED在使用時要**串連電阻**才不會電流過大，電流過大的話也很容易燒掉。

### 開始接電路

等一下大家要接的電路會長這個樣子。

*今天要接的電路圖*

*tinkercad模擬*

通電了以後可以調整一下可變電阻，讓**其中一顆LED會亮、另外一顆不會亮。**
不會亮的那顆顯示的是原始的訊號，它只有10^-6^安培左右的電流通過，這樣的電流太小，不夠LED發光，所以我們要用電晶體放大這個訊號。會亮的這顆LED就是經過放大的訊號，有大約幾毫安培的電流通過。
而微動開關按下去了以後會讓原始訊號這條斷路，沒有訊號以後，剛剛原本會亮的LED也就不會亮了。

在開始接電路前，有一些事需要大家注意：

:::warning
**通電的注意事項**

- 先給助教檢查電路以後，再拿電池供電。
- 電池接上後，除了調整可變電阻和按開關，手儘量不要再去碰麵包板上的線路。
- 如果要更改電路，一定要先把電池拿下來
:::

那我們就開始吧！

:::info
**接電路步驟**
1. 先把電池盒正負極接麵包板正負極，紅色的是正極、黑色的是負極
2. 把可變電阻、開關、電晶體戳上麵包板
3. 可變電阻左右兩個腳位接上麵包板正負極，中間腳位接上開關的COM
4. LED戳上去，開關NC接LED正極
5. 電晶體的B接LED負極，C接麵包板的正極，E接電阻
6. 第二顆LED戳上去，電阻接LED正極，LED負極接麵包板負極
7. 助教檢查有沒有錯
8. 拿電池
:::

## 挑戰題：自保持電路
做完剛剛的實驗各為是否覺得簡單又充實呢？所以接下來，我們即將給各為一個有趣的挑戰題，為自保持電路。
透過影片可以看到，藉由按下第一個開關，原本沒有發光的LED燈就亮了；接著當你按下第二個開關時，就可以將LED燈關掉，雖然是看似簡單的例子，不知各位有沒有想過，明明微動開關應該是要一直按著才會通路的電路，為什麼就算放開第一個開關，LED燈卻可以維持亮著的狀態呢 ?接下來的課程我們即將為您解答，那以下是我們自保持電路的電路圖。

呵呵～各為是否光看到就頭痛了呢？沒關係，我也是喔，那接下來是我們講解實驗中會用到一些電子零件，而在講解完後我們會來一段練習時間，那事不宜遲，我們直接開始吧，gogo！

### 繼電器（relay）

這是我們在市面上會看到的繼電器，可以看到有八個腳，那實際腳位如下圖所示。
**間隔最大的腳為電磁鐵的腳，除此之外，繼電器的外包裝上也有圖示提示腳位**
在上面我們學過微動開關了。透過用手按壓，我們可將開關在NO與NC之間切換，其實繼電器可以說是另一種微動開關呦，只不過啟動開關的方式是由將繼電器通電透過電磁感應的原理產生電磁鐵，並吸引簧片在NO與NC間切換，來達到開關的效果。

### 電路解說
本次電路最大的特色就是自保持電路，原本當你放開微動開關時，應該要將電路斷開，但透過自保持電路，就算將手放開，電路還是會維持通路。我們用以下圖片解釋這件事是怎麼發生的。

各位可以看到有兩條電路，假設由上到下我叫他們分別為1電路，2電路，在1電路中，圓圈中間只有數字1代表那是繼電器的電磁鐵，如果圈圈旁有NO或NC代表為繼電器的NO與NC腳位。
所以在電路的最一開始，是沒有任何一條電路是導通的，當你按下1電路的開關時，電路便會接通使的電流通過繼電器1的電磁鐵，此時便會把繼電器1的NO腳位到通道C，所以可以看到此時就算不按著開關，電流也能透過1NO流過，最後讓繼電器1的電磁鐵繼續作動，達到自己保持的目的，那這時因為NO被接通了，所以2電路也被接通了，因此燈泡發亮。
好的，那接下來，如果你按下1電路的另外一個開關，微動開關由NC轉NO，電路1就會斷路，使得繼電器的電磁鐵失去作用，讓NC與C連接，NO與C的連接斷開，這時便會影響到2電路的NC，使得電路被斷開，如此可以達到關燈的效果。