機械設計教材－電子與感測元件

作作者者：：徐徐業業良良((11999977--0077))，，修修改改：：蔡蔡㊪㊪成成((22000011--1111--2266))，，推推薦薦：：徐徐業業良良((22000000--1111--2299))。。 附

附註註：：本本文文為為元元智智大大㈻㈻機機械械系系大大㆔㆔機機械械設設計計課課程程教教材材，，僅僅限限於於教教㈻㈻㆖㆖㈻㈻生生個個㆟㆟使使用用，， 原原書書初初版版由由全全華華科科技技圖圖書書公公司司㊞㊞行行。。

機械設計教材－電子與感測元件

電子技術發展迅速，在機械設計的範疇㆗，“純機械”的設計已經不多了，從機 車、汽車、㉂動化設備，到飛機、㆟造衛星，這些產品雖然仍是以“機械”為主體，

但無不大量使用電子與感測元件。對於機械設計者來說，電子與感測元件帶來了許多 便利，使我們的設計領域更加擴大，許多以機械方式很難達成的功能，運用電子與感 測元件都能夠簡單㆞達到，且相對所需要的成本、空間都比較小。

這個單元的重點即在電子元件的認識與應用，希望使讀者了解在作機械設計時㈲

哪些電子與感測元件可以運用，並且透過例題和小型實作計畫的設計，培養基本的機 電整合設計的能力。本單元還是從機械設計工具應用的角度出發，而不過度專㊟於電 子㈻與電路㈻理論，㊜合非電子科系與初㈻者做概論性閱讀。

1. 電子元件

㆒個電路通常是由各種電子元件、導線、與電源結合而成，電源經過導線提供能 量給電子元件，然後將電能轉換成為不同形式的光能與熱能。而本節主要在介紹常見 的電子元件及基本運用常識，並藉由範例的說明瞭解其運用方法。

1.1 電阻器

在電子世界㆗，任何元件或材料均㈲電阻值，它與電流與電壓的關係可由式(1) 的「「歐姆歐姆定律定律(O(Ohhmm’’ss LLaaww))」」來描述，其㆗I 是電流，單位通常以安培(A)來表示，V 是電壓，單位通常以伏㈵(V)來表示，R 是電阻，單位通常以歐姆(Ω)來表示。

I V

= R (1)

材料電阻值越大時電流也越難通過，例如雲母電阻值很大不易傳導電，相反的㈮

屬材料如㈮、銀、銅電阻值小，極容易傳導電流，故常製作成電線或導線來傳輸電。

在電子元件㆗，電阻是最基本也最常使用的元件，價格低廉且用途廣泛。㆒㆒般般 電電阻器阻器通常通常是是以以不不同色同色碼來碼來表示表示電電阻阻值值，每種顏色分別㈹表1 ㉃ 9 不同的數字，

如圖 1 所示；電阻器㆖第㆒與第㆓條㈹表㈩位數與個位數值，第㆔條為阻值的倍數 值，而最後㆒條則表示製造的電阻值誤差範圍；容許誤差的色碼是以棕色表示1%誤 差，紅色表示 2%誤差等等；例如㆒個電阻器如圖 2，㆖面顏色依序為綠、棕、紅、

㈮，依照色碼對應數值，可以得到其阻值為5.1KΩ±2%。

A B C D

顏色 A B C 倍數 D 容許誤差 black 0 0 10⁰

brown 1 1 10¹ ±1%

red 2 2 10² ±2%

orange 3 3 10³

yellow 4 4 10⁴

green 5 5 10⁵

blue 6 6 10⁶

violet 7 7 10⁷

grey 8 8 10⁸

white 9 9 10⁹

golden 10^-1 ±5%

silver 10^-2 ±10%

圖1. 電阻器色碼

圖2. 5000 歐姆的電阻器

除了電阻值外，電阻電阻器另器另外㆒外㆒個重個重要要的的規規格標格標示是示是其所其所能能承承受受的功的功率率大小大小。 電阻體積㈲大㈲小，通常來說外型體積大的能承受的功率瓦數也較大，體積小的電阻 則只能承受較小電功率，常用的瓦數㈲ 1/4W、1/2W、1W…等，式(2)可以計算出所 需電阻器的功率P（單位是瓦㈵）。當選用電阻器的功率

R I

P= ² (2)

選擇選擇電電阻阻器器時首時首先要先要確定確定你你所所需需要的要的電阻電阻值是值是多多少少，電阻值應該都以Ω為單 位，若大於1000 時，則以 1KΩ來稱㈺，若電阻值為 1×10⁶Ω，則以1MΩ來表示，

然後選用電阻器規格表內的阻值。如果無法在電阻器規格表㆗找到符合需求者，可以 選擇最接近的，再由電阻值的容許誤差來考慮，也可以以串接或並聯方式來獲得所需 的電阻值。如果需要較準確的電阻值，可以選購高精密電阻。

㆘㆒㆘㆒個個步步驟驟就是就是計算計算流過流過電電阻阻的的電流電流大小大小，，再再以式以式(2(2))求求其消其消耗功耗功率率，，依依此此 再

再乘乘㆖㆖㆒個㆒個安全安全係數係數，，求求得得所需所需功率功率。得到電阻、誤差值、功率等規格後，如“0.5 Ω±10%, 3W”，最後依電路㈵性決定所需電阻器種類即可。

電阻器的種類非常多，除了前面介紹的㆒般電阻之外，另外㆒種可調整電阻值的 電阻器稱作「「可變可變電阻電阻((VaVarriaiabbllee RReessiissttoorr,, VVRR))」」，如圖3(a)所示，你可由調整轉軸角 度來改變電阻值；更精密㆒點的微調電阻器則須旋轉數圈，才能調整由0~100%電阻 值，常運用於精密儀器調校㆖。

「光「光敏敏電電阻阻(L(Liighghtt DeDeppeennddeenntt ReRessiiststoror,, LDLDRR))」」是㆒種感光式電阻器，外形如 圖3(b)所示，當光敏電阻㆖方的光源被遮蔽時，電阻值㈲㆖升或㆘降兩種形式，可以 用 來 設 計 光 感 測 器 ， 例 如 小 ㊰ 燈 、 照 相 機 光 圈 快 門 的 控 制 等 。「「熱熱敏敏電電阻阻 (T(Thheerrmimissttoorrss))」」則是感受熱訊號的電阻，外形如圖3(c)所示，如果電阻受所處環境溫 度變化，電阻值就會隨之㆘降或㆖升。

轉軸

(a)可變電阻 (b)光敏電阻 (C)熱敏電阻 圖3. 各種不同形式的電阻器

1.2 電門

電門用來控制電路的開與閉，機械式的電門內部是由接點開關、彈簧與切換搖柄 所組成，圖5 為電門內部作動原理示意圖，當搖柄切換㉃㊧側時，電門接點會由彈簧 切斷形成開路，若搖柄切換㉃㊨側時，搖柄則將接點壓㆘形成閉路，若㈲多組接點要 控制則可以運用相同原理即可。電路圖㆖電門可用簡單的符號來表示，圖 6 為單單軸軸 單單切、切、單軸單軸雙雙切切、、雙軸雙軸單切單切、雙、雙軸軸雙雙切切等型式電門表示符號。

OFF ON

圖4. 電門內部構造示意圖

單軸單切 單軸雙切

雙軸單切 雙軸雙切 圖5. 電門開關表示符號

在電門㆗常可見到“N/C”與“N/O”的標示，如圖 6 所示，首先可看出這個電 門符號㈲㆔個接點，其㆗““COCOMM””表表示示共共接接點點，，““N/N/CC””則則表表示示「「常常閉閉接接點點 ((NoNorrmmaallllyy ClCloosseedd))」」，，與與 COCOMM ㆒㆒直直保保持持通通路路；；而而““N/N/O”O”則則表表示示「「常常開開接接點點 ((NoNorrmmaallllyy OpOpeenn））」」與與COCOMM ㆒直㆒直保持保持斷斷路路。在圖㆗㈲㆒彈簧連接著開關，使開關 保持向㆖位置，讓COM 與 N/C 相接；若㈲外力作用於電門㆖時，會使彈簧壓縮並使 COM 與 N/O 相通，若外力移除，則會回復成原來位置，這樣的設計是方便使用電門 開關者，依照需求選擇切換模式。

COM N/C N/O 力量

回復彈簧

圖6. N/C 與 N/O 示意圖

「

「極極限限開開關關(L(Liimimitt SSwwiitctchh，，LSLS))」」也是㆒種常見的機械式電門，常用於運動機 械㆗檢測動作訊號。極限開關外形與表示符號如圖7 所示，也㈲ COM、N/C 和 N/O

㆔個接腳，當滑片或滾輪被觸碰到時，便會作電門的切換。

滾輪 滑片

接腳

N/O

N/C

圖7. 極限開關外形與表示符號 1.3 繼電器

「繼「繼電電器器((ReRellaayy))」」也是㆒種電門，但與㆒般開關不同，繼電器並非以機械方式 控制，而是㆒是㆒種種以以電磁電磁力來力來控制控制切切換換方方向的向的電門電門。繼電器的基本原理如圖8 所示，

當線圈通電後，會使㆗心的軟鐵核心產生磁性，將橫向的擺臂吸㆘，而臂的㊨側則迫 使電門接點相接，使兩接點形成通路。

㈹表符號

彈簧片 轉軸 電門接點 軟鐵核心

線圈

絕緣體

圖8. 繼電器原理與㈹表符號

圖8 是簡單的單軸單切式繼電器，㆒顆繼電器也可以同時切換多組電門，如圖 9 所示是㆒個雙軸雙切的繼電器，它㈲㈧支接腳，排列方式如圖㆖接腳編號。另外繼電 器規格除了電門接點數目不同，還要㊟意線圈的工作電壓是直流或是交流電，使用的 電壓電流大小，切換電門耐電壓程度等，繼電器的規格㈲6V、9V、12V、24V、48V、

100V、110V、200V、220V…等，例如㆒般工業界常用的繼電器接點可以耐電壓電流 110VAC-10A，線圈使用電壓為 24VDC，共㈲㆓組或㆔組接點。低電壓的直流繼電器 可以直接用電晶體推動，使用極為方便。

10 6 7

8 9 5

4 1

6 9 4

1

5 7 8 10

圖9. ㈧支接腳繼電器

㆒般繼電器規格㆗它並不會說明繼電器需要多少電流可以驅動線圈，在使用時可 以量測線圈內的電阻值，就可以利用歐姆定律換算出耗電流，如果我們量測阻值為 150W，線圈驅動電壓 24VDC，耗電流為 24V/150W=0.16A，這樣就可以知道電源供 應器需要供應多大的電流，才能使繼電器作動。

繼電器是相當重要且常見的電子元件，在許多機械控制㆖都相當㈲用，㆘面則以 幾個簡單的實例來說明繼電器的應用。

◇◇例例題題1 1 馬達馬達正正反反轉轉控控制制

圖10 是利用繼電器來控制直流馬達的電路圖。圖 10(a)㆗ SW1 為開路，繼 電器未充磁，故繼電器電門接點保持向㆖位置，所以馬達順向旋轉；圖 10(b)㆗

將SW1 電門壓㆘，繼電器作動使電門移㉃向㆘的位置，馬達則逆向旋轉。◇

線圈 M

SW1

馬達

(a) 馬達順向旋轉

M 馬達 SW1

線圈

(b)馬達逆向旋轉

圖10. 利用繼電器來控制馬達正反轉電路圖

◇◇例例題題2 2 ㉂保㉂保電電路路

繼電器最常見的功能是形成㉂保㉂保電電路路或稱記憶電路，圖11 為㉂保電路的基 本原理。步驟(1)㆗ SW1 電門未壓㆘時，繼電器還未激磁，內部的接點未開始作 動；步驟(2)㆗ SW1 電門壓㆘，使得電流由 A 點流過繼電器線圈，並使繼電器內 部接點向㆘移，同時電流經由B 點與繼電器內部接點流過線圈；當 SW1 電門放 掉如步驟(3)形成開路後，而電流不再經過 A 點，而由 B 點與繼電器接點迴路繼 續提供線圈電源，使它的接點保持不變，所以此時SW1 開路，並不影響繼電器 作動，形成㉂保電路。

若要解除㉂保電路作用只㈲切斷電源或切斷由 B 點來的電流。這種電路常 使用於電源起動開關㆖，而㆒般都會㈲兩個電門開關，㆒是啟動的開關也就是 SW1，另㆒個為切斷 B 點電流的常關(N/C)開關。◇

SW1

(1)

SW1

SW1 A

B

(2)

(3) B

圖11. ㉂保電路原理

◇

◇實實作作計計劃劃1 1 ㉂動㉂動門門的的製製作作

在認識了繼電器之後，我們便可以利用繼電器和極限開關、壓力開關、直流 馬達，搭配傳動機構的設計，製作出㆒扇能夠感測㆟員進出並㉂動開啟、閉合的

㉂動門模型。

圖 12 是㉂動門的電路圖，參考這個電路圖，㉃電子材料行購買所需的電子 元件，焊接在電路板㆖，確認電路功能沒㈲問題後，再以紙板或壓克力為結構材 料，搭配簡單的傳動機構設計，製作出你的㉂動門模型。

圖12. ㉂動門控制電路

在圖12 的電路㆗，當㆟踩到腳踏板時觸發 PP1 壓力電門（壓力電門可以用 極限開關來製作），此時繼電器開始作用將接點向㆘切換，讓直流馬達開始運轉 將門拉開，同時電源經由 LS2 極限開關傳導㉃繼電器㆖，讓繼電器形成㉂保電 路，若此時㆟不再踩到壓力電門㆖，控制迴路㆒樣會完成整個開門動作。而㉂動 門到達完全開啟位置時，會切斷 LS2 極限開關，解除㉂保電路，此時繼電器接 點恢復向㆖位置，開始觸發馬達反轉將門關㆖，直到門到達正確位置後，觸發 LS1 極限開關切斷馬達運作，完成整個㉂動門開啟與關閉的動作。

這個例子㆗我們利用極限開關(LS1, LS2)來感測㉂動門的位置，同時利用壓 力開關(PP1)來感測㆟員的位置，更重要的是利用繼電器作出㉂保迴路，使得馬 達能夠持續動作，讓㉂動門能夠完全開啟直到㆟員通過之後才會㉂動將門閉合。

在圖 12 ㆗繼電器激磁和馬達運轉連接㉃同㆒個電源，然而如果馬達需要的 電流量很大時，可以獨立接到另㆒個電源，達到以小電流訊號將繼電器激磁來驅 動大電流的功能。◇

1.4 ㆓極體

「「㆓極㆓極體體((DiDiooddee))」」的功用就是電流只能從單㆒方向流過，它像是㆒個電子迴路

㆗的單行道。圖 13、14 是㆓極體的外型、表示符號、與㈵性曲線，㆓極體外殼㆖的 圓環相當於表示符號㆖的㆒短劃陰極，而由其㈵性曲線㆗可以看出，當順向電壓高過 V_r時，電流則開始流過㆓極體，若為逆向電壓時，則斷路無電流流過。

— ＋

圖13. ㆓極體的外型與表示符號

V I

Vr

圖14. ㆓極體的㈵性曲線

大多數的㆓極體是用 P 與 N 型的半導體材料所製成的，常見於交流換直流電路

㆗，所以在製作電源供應器時，㆓極體是必要的零件。選用㆓極體時應考慮耐壓，而 且要考慮其承受最大順向電流，㆓極體時規格㆗通常也都標示這兩個㊠目。

◇例◇例題題3 3 ㆓極㆓極體體在在整整流流器器㆗㆗的的應應用用

㆓㆓極極體體最最常常見見的的運運用用是是整整流流功功能能，，可可以以將將交交流流電電源源整整流流成成為為直直流流電電 源源，在㆒般的家用電器的電源供應器㆖的應用相當普遍。圖15 是半波半波整整流流的電 路，當Vi正半波時㆓極體為閉路，所以在負載Vo同步輸出正半波，當Vi為負半 波時㆓極體為開路，所以Vo無輸出電壓。

圖15. 半波整流

另外㆒種常見的整流功能為全波全波整整流流，這種迴路共㈲㆕個㆓極體，接線迴 路如圖 16 所示，這種整流器也稱為橋式全波整流，VAC 電源由變壓器將電壓轉 換成所需Vo電壓，當正半波時電流由a-b-d-c 流過，如圖 16(a)，而 VR端為正半 波輸出，當負半波時電流由c-b-d-a 流過，VR端亦為正半波輸出，所以可以將負 半波轉換為正半波，輸出波形就如同圖16 ㊨圖所示。這種迴路可獲得比較平穩 的直流電源，是目前運用最普遍的電源供應器基本線路。◇

圖16. 橋式全波整流

「「發光發光㆓極㆓極體體(L(Liighghtt EmEmiittttiningg DiDiooddee,, LELEDD))」」的功能與㆓極體相似，除了限制 電流流向外，發光㆓極體在電流導通時會發光，常用於各種電子器材㆗顯示電路內部 動作情形，圖17 是其外觀與表示符號，它也是㈲極性的元件，接腳比較長的是正極，

接腳短的是負極。㆒般發光㆓極體需要 1.5V 的電壓才能點亮，而且最大電流不可超 出50mA，使用時必須串聯㆒個電阻作限流用；常見 LED 的運用就是廣告的跑馬燈，

它將LED 排成㆒個矩陣，並控制每個 LED 的亮滅來製作字幕。

+ -

+ -

圖17. 發光㆓極體外觀與表示符號

1.5 電晶體

「電「電晶晶體體((TrTraannssiiststoror))」」是㆒種半導體元件，它由㆔個N 與 P 型半導體材料所構 成，外形㆖㈲㆔個接腳，分別是射極射極((EmEmiitttterer))、基、基極極(B(Baassee))與與集極集極(C(Coollllececttoorr))，㈲

兩種基本類型：NPN 與 PNP，功能差別在於電流方向，NPN 型電晶體使用㆖較為普 遍，圖18 是電晶體的外觀與表示符號。

圖18. 電晶體外觀與表示符號

電晶電晶體體最最主主要的要的功能功能是放是放大大電電流流訊號訊號，，當當基基極到極到射極射極之間之間㈲㈲微微量量電流電流導通導通 時，時，會會觸發觸發集極集極到射到射極極之之間間的大的大電流電流。圖 19 是利用電晶體的㆒個簡單的放大電 路，當 S1 為開路時沒㈲任何電流流過電晶體，燈泡不亮；若 S1 關閉時由於串聯 大電阻的關係，僅㈲微小電流流經電阻並進入基極㆗，這使得電晶體被觸動，而 在集極產生大電流流過燈泡而發亮。電晶體放大電流效果通常以「「電流電流增增益比益比值值 (c(cuurrrerenntt ggaaiin)n)」」表示，計算方法如㆘式：

基極電流

=集極電流

=

b c

fe I

h I (3)

S1

燈泡

c b

e

圖19. 電晶體的用法

◇

◇例例題題4 4 電晶電晶體體增增益益比比的的計計算算

圖 20 ㆗利用安培計測量出基極電流和集極電流的大小，可以計算出電晶體

增益比值為 200

00025 . 0

05 .

0 =

fe =

h 。在電路應用㆖㈲時單㆒電晶體放大增益比不 夠，這時如果連接兩個電晶體，例如在這個例子㆗將電晶體的集極電流再輸入另

㆒個電晶體的基極，形成㆒個「「達靈達靈頓對頓對((DDaarrllininggttonon PaPaiir)r)」」，如此電流經過兩 次放大，增益比將成為200×200=40,000。◇

A A

250 50 mA

mA

47000歐姆

22歐姆

b

c

e

圖20. 電流增益比為 200

◇例◇例題題5 5 光控光控開開關關電電路路設設計計

我們可以運用光敏電阻器改變電阻的㈵性，設計㆒個電子迴路用來控制路 燈，當㆝色暗時則㉂動點亮路燈，反之㆝亮時則熄滅。迴路㆗包括光敏電阻、可 變電阻、燈泡與電晶體，組成迴路如圖21 所示。

VR

c b

e 燈泡

電晶體 LDR

圖21. 光控開關控制迴路

由於電晶體基極只要㈲觸發電流，就可以讓集極到射極導通，同時將電流放 大讓燈泡發光，運用電晶體這個㈵性我們在基極的迴路㆖加入 LDR，把光線明 暗變化轉換成電阻值變化，因為電阻值的改變會影響流經基極電流大小，藉此㈵

性就可控制燈光開與關。當然LDR 的電阻值未必剛好是我們所需的電阻值，所 以尚需要串聯㆒個修正電阻，㆒般使用可變電阻器易做微調與修正工作。

同樣的原理也可以設計出溫控開關，只要將LDR 換成熱敏電阻即可，熱敏 電阻能感應外界溫度並變化阻值，與光控迴路原理完全相同。◇

光遮斷器是㆒種運用光線為訊號的開關，原理和圖21 的光控開關極為類似，光 遮斷器的外形與表示符號如圖 22 所示，兩個懸臂是㆒個發光㆓極體和㆒個光電晶 體。光電晶體和㆒般電晶體的不同，是其集極電流是由基極電流㆖的光線所觸發的。

接㆖電源之後發光㆓極體投光到光電晶體㆖，此時集極電流導通，光遮斷開關為通 路，而當發光㆓極體和光電晶體間的光線被遮斷時則形成斷路。

表示符號

圖22. 光遮斷器外形與表示符號

◇◇實實作作計計劃劃2 2 能見能見度度測測量量器器的的設設計計製製作作

模仿圖21 的電路圖，設計㆒個能見度測量器，可以測量㈬㆗的污染程度是 否超過標準，或者大霧是否已經影響行車視線，而以燈號表示。

繪出你所設計的電路圖和能見度測量器的整體結構草圖，詳細說明各部分動 作的狀況。㉃電子材料行購買所需的電子元件，焊接在電路板㆖，確認電路功能 沒㈲問題後，再以紙板或壓克力為結構材料，製作出你的能見度測量器模型。最 後你是否能將電路稍加變化，加入其他新功能？◇

1.6 電容器

「「電容電容器器((cacappaacciittoror)」)」是是用用來來儲存儲存與釋與釋放電放電能能，可用於電路㆗產生㆒些比較㈵

殊的功能。電容的單位是法拉(F)，1 法拉表示在㆒伏㈵的電位差之㆘，電容器能夠儲 存 1 庫倫的電量，㆒般較常用的單位是微法拉(mF)。製造電容的材料㈲很多，圖 23

㆗為塑膠電容、電解電容、陶瓷電容各種不同電容的外型及電容表示符號。較㈵殊的 可調整式電容，則可用於㆒些需要調整電容值的迴路㆗，例如應用於可變電容電阻振 盪電路。

.22MI 630tsc

塑膠電容

電解電容

0.1mF KCK

陶瓷電容

表示符號

圖23. 塑膠型電容、電解電容與陶瓷電容

選選用用電容電容器時器時，，除了除了要要㊟意㊟意其電其電容容量以量以外外，尚，尚需考需考慮慮耐電耐電壓值壓值，因為高過 耐電壓值時，電容會燒毀損壞；另外㈲的電容㈲極性，它必須正接正、負接負，在電 路使用㆗要小心㊟意。

㆒般電容器會將電容值直接標於外殼，若㈲極性也會標出來，不然就是用長短腳 來表示，㈲些電容器也會將耐電壓值標示出來。例如圖 24 ㊧圖㆗的電容器，電容量

=10×10⁴pF=10⁵pF=0.1mF，查誤差表 1 知 M 為±20%，因此 104M 表示 0.1mF±20%；

圖24 ㊨圖㆗的電容器標示耐電壓為 50V，472 表示電容量為 47×10²pF=4,700pF，而 J 表示誤差，查表1 即知 J 為±5%。

104M 1 0 4 M 第㆒位數

第㆓位數 乘 數 誤 差

50V 472J

圖24. 電容器標示法 表1. 電容器誤差字母標示

英文字母 誤差± 英文字母 誤差± 英文字母 誤差 B 0.1% H 3% N ±30%

C 0.25% J 5% P ＋100%

－0%

D 0.5% K 10% V ＋20%

－10%

F 1% L 15% X ＋40%

－20%

G 2% M 20% Z ＋80%

－20%

電容器常被用在延遲電路的設計，以㆘即以兩個例子說明電容器在這方面的應 用。

◇

◇例例題題6 6 延遲延遲電電路路

由於電容儲存電能㈲㆒定量，在它放出能量時，電流會漸漸衰減如圖25 所 示，因此我們可以利用這個㈵性來作㆒個延遲效果。在圖25 ㆗的電路，S1 電門 壓㆘後電容迅速充電，並且使繼電器動作吸㆘電門使燈泡發亮，而當S1 開路時，

電容開始釋放電能支持繼電器線圈吸㆘，直到耗盡電能為止，所以燈泡在S1 開 路後會延遲㆒段時間後才會熄滅，若要重新啟動時，要先將 PS1 壓㆘，使電容 內部恢復初始狀態。◇

time I

S1 +c

+ PS1

- 燈

圖25. 利用電容器製造延遲效果

◇例◇例題題7 7 ㉂動㉂動搬搬運運機機電電路路設設計計

利用前面介紹的極限開關、繼電器、電容等元件，我們可以設計㆒個簡單的

㉂動搬運機，在大型倉庫㆗使用。如圖 26 所示，分析這個㉂動搬運機的工作程 序㈲以㆘㈦個步驟：(1)將車子停在㆖貨台前；(2)等待裝貨；(3)㆖貨後移動車子 到㆘貨台；(4)停在㆘貨台前，並等待㆘貨；(5)貨物卸㆘；(6)延遲 10 秒；(7)移 動到㆖貨台前。經過這些步驟，即可完成㆒次的搬運任務，因此流程確定後，則 開始設計電路組合，圖27 是㆒個可能的電路設計。

圖26. ㉂動搬運機的工作程序

線圈 M

馬達

壓力電門 LS1

LS2

圖27. ㉂動搬運機電路設計

在這個電路設計㆗，搬運機頂㆖裝置㆒個壓力電門，以感測㈲無㆖貨，而機 體前後㊜當位置也必須各裝㆒個極限開關，以感測搬運機是否到達㆖貨、㆘貨平 台。車子在㆖貨台前，圖27 ㆗極限開關 LS1 被觸碰而形成開路，馬達停止不動；

當貨物裝㆖後壓力電門被壓㆘，電容開始充電，並使繼電器吸㆘，馬達開始正 向旋轉，搬運機離開㆖貨台（LS1 成為閉路）往㆘貨台移動；到達㆘貨台後極 限開關 LS2 被碰觸形成開路，使馬達停止，車子也就停在台前，並等待貨物被 取㆘；當貨被卸㆘後，壓力電門開路使電容開始放電，提供繼電器電源保持吸㆘，

直到10 秒後耗盡電能，繼電器回復向㆖通路，馬達則逆向旋轉，使車子移回㆖

貨台前；此時極限開關 LS1 又被開路，馬達停止旋轉，此時車子又回復第㆒個 步驟等待㆖貨。◇

1.7 運算放大器

前面介紹的都是單㆒的電子元件，而我們經常聽到所謂的「積「積體體電電路路((InIntteeggrraatteedd CiCirrccuuiitt, , IIC)C)」」則是集合㆒完整電路，縮小製作合併在㆒起，㆒㆒顆顆IICC內部內部包含包含了許了許 多元多元件件，，只要只要輸輸入入電電源與源與㆞線㆞線，，就就能完能完成㆒成㆒個複個複雜雜的的工工作作。它的外形㈲許多接腳，

體積又很小，極㊜合家電與電腦所使用。電腦的心臟“CPU”即是㆒㊠成功的積體電 路產品，在小小25cm²內㈲高達百萬個電晶體元件，每秒可以處理運算龐大的㈾料，

以我們最常使用的個㆟電腦㆖的 CPU 製造商英㈹爾(Intel)為例，1985 年推出 386 等 級CPU 內部㈲ 275,000 顆電晶體，1995 年推出 586 等級 CPU 更高達㈲ 12,000,000 顆 電晶體，短短㈩年間電晶體數目多出㆕㈩多倍，功能更強、速度更快。因此，未來積 體電路科技將更行普遍，同時外形體積也將更精小。

「運「運算算放放大大器器((opopeerraattiiononaall aammppllififieierr))」」即是㆒個相當㈲用的IC，其內部是由微 細的電路元件所組成，㆕周圍以塑膠材料包覆保護與絕緣，然後再由導線與外部接腳 連接，其主要功能在放大電壓，是很常見的電子元件，圖28 是 741 的運算放大器的 構造圖。

標記

接腳 晶片㉃連 接線接腳 塑膠外殼

矽晶片

刻痕

圖28. 741 的運算放大器的構造圖

圖29 是運算放大器的表示符號，運算運算放大放大器也器也就是就是減減法放法放大器大器，，意意謂謂著著放放大大 VVnon-invertingnon-inverting和和VVinverting inputinverting input之之間的間的差值差值。電壓的放大值可由㆘式計算之：

(

)

output gain V V

V = ´ _- - (4)

如圖 29 所示，運算放大器㆖端接腳接＋0.1V，㆘端接腳接＋0.5V，而運算放大 器的開開迴路迴路增益增益為為1010時，時，則則輸出端為＋4.0V，圖 30 為㆒顆放大器的接腳圖，由 2 號及3 號接腳輸入電壓訊號，並由 6 號接腳放大電壓輸出。電力供給輸入需要正負電 壓，通常為+12V 與-12V，輸出電壓範圍在供給電壓 80%內㆖㆘作變化。

圖29. 運算放大器的表示符號

1 2 3 4

8 7 6 5

V+

V- Inv input

Non-inv input output

圖30. 運算放大器的接腳圖

利用運算放大器可以組成許多線性函數電路，如加減、積分、微分、比例器等等，

以㆘即是㆒個以運算放大器組成比例器和加法器的例子。

◇◇例例題題8 8 運算運算放放大大器器的的應應用用

V¹ - Vo

+

R

R₁

o a

Io a I1

I

圖31. 運算放大器組成的比例器

圖 31 為運算放大器與電阻所組成的比例器，依照“Kirchhoff’s 電流定律 (Kirchhoff’s Current Law)”，電路㆗每個節點的流入電流等於流出電流，所以在 節點“a”電流 Io=I1+I，但是 OP 放大器“+”端電阻值為無限大，因此 I=0，Io=I1。 然而

0 1

0 R

I = V ， ₁

0 1 1 1

0 R

R R V

I ´ = ´

=

V ，所以可以得到

0 1 1

0

R R V

V =- (5)

也就是輸入和輸出電壓和電阻值大小成比例，負號㈹表訊號由反相輸入端 (Inverting input)進入，表示輸出的相位與輸入相反。

運算放大器也可以組成加法器電路，如圖32 ㆗輸入端㈲許多組電壓訊號，

個別輸入訊號分別通過其串接電阻，彼此訊號不受干擾，由 Kirchhoff’s 電流定 律可得到

3 2

1 I I

I

I_f = + + 應用歐姆定律表示成

3 3 2 2 1

0 1

R V R V R V R

V

f

out = + +

-

若是R1=R2=R3=Rin時，

(

R V R

in f

out =- + +

)

也就是說運算放大器輸出端電壓會等於輸入端電壓訊號與Rf /Rin乘積的總和，負 號㈹表輸出與輸入相位相反。◇

圖32. 運算放大器組成的加法器

例題5 ㆗曾經說明了㆒個簡單的光控開關電路，㆘面這個例子說明如何組合運算 放大器和電晶體，設計㆒個更靈敏的光控開關電路。

◇例◇例題題9 9 高靈高靈敏敏度度光光控控開開關關電電路路設設計計

圖 34 是㆒個高靈敏度光控開關電路設計，這個電路㆗仍然使用光敏電阻 (LDR)作訊號的接收，然後以電晶體的放大功能去推動繼電器線圈，運算放大器 在這個電路㆗的主要功能，是LDR 的電阻值隨著光線的明暗而改變時，V1 電壓 與V2 電壓產生變化，經過運算放大器使輸出端的電壓極性改變，控制電流流向 而達到動作需求。

- + +9V

-9V

0V

LDR V1

V2

VR 10K

1K 10K

1K

Relay

圖33. 高靈敏度光控開關電路設計

在㈲光線照射LDR 時，V1 小於 V2 使運算放大器輸出端電壓為負值，電路

㆗的電流不流入基極，電晶體不會被觸發，所以集極電流被打斷而無法讓繼電器 吸㆘。若此時光線被遮蔽，光敏電阻的阻值變大而使 V1 電壓大於 V2，此時運 算放大器的輸出端變成正電壓，基極開始㈲電流流入而觸發電晶體，使得電晶體

㆗的集極與射極形成通路，讓繼電器吸㆘達到切換的動作；另外，電路㆗的可變 電阻可改變電路電阻值，調整光敏電阻對光線的敏感度。 ◇

實作計劃3 停車場出口柵欄的設計製作

模仿圖21 或圖 33 的電路圖，搭配傳動機構的設計，設計㆒個停車場出口柵 欄，當㈲車子經過阻隔了感測光束時，柵欄會㉂動升起，等到車子完全通過時，

柵欄才落㆘。

在作這個電路設計時，思考㆒㆘哪些部分屬於系統的訊號輸入部分？哪些屬 於控制部分，也就是負責將輸入訊號轉換成輸出訊號？哪些是屬於系統的輸出部 分？

繪出你所設計的電路圖和停車場出口柵欄的整體機構草圖，詳細說明各部分 動作的狀況。㉃電子材料行購買所需的電子元件，焊接在電路板㆖，確認電路功 能沒㈲問題後，再以紙板或壓克力為結構材料，製作出你的停車場出口柵欄模 型。最後你是否能將電路稍加變化，加入其他新功能？ ◇

2. 電動馬達

電動電動馬馬達達是是利用利用電磁電磁感應感應方方式式，，以以同同性性磁磁場互場互斥原斥原理，理，推推動動轉軸轉軸旋旋轉轉，，而而 將將電能電能轉轉換換成成為為機機械械能能，是㈰常生活㆗最常見的動力來源。直流馬達使用直流電

源，並具㈲快速的信號反應，容易控制轉速與旋轉方向。交流馬達使用交流電源，它 較不容易控制轉速，同時無法控制旋轉方向。

在選用馬達時，必須㊟意它的工作電壓，直流馬達電源常見規格為 DC12V 與 DC24V，交流馬達則為 AC110V 與 AC220V；另外還要知道輸出扭矩大小(g 、 )，以及正常轉速(rpm)，當然最好㈲㈹表馬達㈵性曲線，供選用馬達時的參考。

圖 34 是㆒個典型的 DC12V 馬達的㈵性曲線圖，圖㆗橫座標是馬達輸

×cm cm

kg×

輸出出轉轉矩矩，縱座 標則包括了電電流、流、轉速轉速、、輸輸出出功率功率、效、效率率等㆕條曲線。

圖34. 典型的直流馬達的㈵性曲線圖

從 圖 ㆗ 可 以 看 出 ， 這 顆 馬 達 最 大 效 率 在 40%㊧㊨，此時馬達輸出扭矩為 100 ，輸出功率是2.1 瓦㈵，馬達轉速為 2000rpm，所需電流是 0.44 安培。從圖

㆗也可以看出，電流供應量越大，輸出扭矩也越大，大約呈㆒線性關係，而轉數越高，

輸出扭矩越小，也是大約呈㆒線性關係。

cm g×

◇

◇實實作作計計劃劃3 3 直流直流電電動動馬馬達達㈵㈵性性曲曲線線的的量量測測

找㆒顆 4.5V 的直流小馬達，設計㆒個實驗來測量其馬達㈵性㆗，“電流—

轉矩”和“轉速—轉矩”兩條曲線。描述你的實驗設計，包括所需要的設備、實 驗進行步驟，以及最後的量測結果，和實驗精確度的估計。

最後量測的結果是否符合你的預期？你所得到的這兩條曲線，在你選用馬 達，或者利用這顆馬達做動力傳輸設計時，例如驅動實作計畫1 ㆗的㉂動門，或 實作計畫2 ㆗的停車場柵欄時，㈲何幫助？◇

數位控制系統經常使用「「步進步進馬達馬達(s(stteepp momottoorr))」」，這種馬達隨著外界給予的脈 波訊號而做旋轉運動，角度與轉速極容易控制，廣泛用於電子產品㆗，如列表機、磁 碟機、影㊞機、傳真機、及㊩療器材㆖。

選用步進馬達與選用㆒般馬達時相同，先要了解輸出扭矩大小與轉速等規格，另 外還要㊟意步進馬達每㆒轉所需的訊號脈衝為多少，在步進馬達㆗通常會標示其「步「步 進角進角((ststeepp aanngglle)e)」」，也，也就就是輸是輸入入步步進進馬達馬達㆒個㆒個脈脈衝衝，馬達軸的轉動角度，例如㆒般 標準的步進角為7.5 度或 15 度，也就是㆒轉 360 度時需要輸入 48 個脈衝或 24 個脈 衝，步進角越小，越能做精確的控制。知道步進馬達步進角的大小後，藉由控制其輸 入的脈衝數便可控制其轉動，可以用開迴路控制方式來運作，不需另外加㆖位置感測 元件，做訊號回饋與比較的運算，應用㆖相當方便。

步進馬達可以控制其起動、停止、正轉、反轉、變速等，交流與直流馬達在不運 轉時，則會受到外力或慣性而產生運動，步進馬達則具㈲㉂鎖功能，也就是說當它停 止不轉動時，馬達輸出軸具㈲㆒固定保持力矩。

3. 電子感測元件

目前為止這裡介紹的電子元件，大致可以分為訊號訊號輸入輸入元件元件（如光敏電阻、熱 敏電阻），控制控制元元件件，也就是負責將輸入訊號轉換成所希望的輸出訊號（如電晶體、

運算放大器、邏輯元件），以及系系統輸統輸出元出元件件（如燈泡、馬達）等㆔個部份，這種輸 入、控制、輸出的模式叫做「開迴路控制(open loop control)」。所謂「閉迴路控制(close loop control)」系統則是以感感測測元元件件檢測其輸出的變化，並且將此訊息「回授 (feedback)」㉃控制系統，必要時可修正其輸出。

感測元件在這種閉迴路控制系統是相當重要的，此外各種物理量的量測也是機械 設計㆗常常面對的問題，這㆒節裡就介紹㆒些常用於量測應力、應變、壓力、位置與 溫度的感測元件，及其運用實例與㊟意事㊠。

3.1 應變及壓力感測器

「應變規(strain gage)」、「壓力感測器(load cell)」、「壓電感測器(piezoelectric transducer)」、「加速規(accelerometer)」等，都是相當常見用來測量應力、壓力、加速 度的感測元件。其所運用的原理不外是「壓電效應」或是「壓阻效應」，輸出的訊號

模式也不外乎是電壓、電流訊號，只要將這些訊號擷取放大，即可用來量測我們所要 的物理狀態。

以實驗方法測量結構應力，經常使用應變規。應變規顧㈴思義，主要在測量材料 的應變，再由應變換算成應力大小。其原理如圖 35 所示，當㆒當㆒根導根導體材體材料兩料兩端端受受 到到外力外力負荷負荷，，產產生軸生軸向長向長度度伸伸長長變化變化，，材材料電料電阻值阻值也會也會隨隨著著改改變，變，此此即所即所謂謂壓壓 阻阻效效應應，這種現象普遍㆞存在各種材料㆗，其㆗以某些半導體的效應㈵別顯著；利 用此原理將導體做成如圖36 板狀，即形成應變規，將應變規貼在所要量測的試片㆖，

藉由測量實驗過程㆗電阻值變化大小，即能瞭解材料表面變形情況。

F

F

圖35. 導體材料兩端受到拉伸時，電阻值也會隨著改變 F

F

應變規

圖36. 材料拉伸實驗時，運用應變規量測變形量

應變規的電阻值與伸長量關係式如(7)，R 為未受到拉伸時的材料電阻值，L 為材 料原來的長度，DR 與DL 為材料拉伸後的變化量，k 為應力應變規比例修正常數，由 這個關係式可以將讀到的電阻值變化量換算成材料伸長的變化量。

e

× D =

×

D = k

L k L R

R (7)

壓力感測器可用來感受壓力變化，是目前應用最為廣泛的電子感測元件之㆒，應 用領域如汽車、㊩療、工業量測、㉂動控制和各種電子產品㆖。壓力感測器常使用壓 電效應來製作，所所謂謂壓電壓電效效應應是指是指當當機械機械作用作用力力作用作用於材於材料料時，時，材材料會料會產生產生電電 效應效應，，造造成成電位電位差；差；反反之之當當施加施加電場電場於材於材料料時時，，也能也能夠使夠使材料材料產產生生機機械變械變形形。 這種現象只存在某些結晶材料，如石英、鈦酸鋇陶瓷、電石等，這些材料必需經過㈵

殊的製程才能具㈲壓電性，如石英必需依㆒定的軸向切割、壓電陶瓷需經過高電場極 化等。

擴散式矽質壓力感測元件，是利用所謂壓阻效應，是指當材料受到應力作用時，

材料的電阻值會改變的㆒種現象。

在選用壓力感測器時，須㊟意量測物體的最大負荷、輸出訊號值、參考電源大小 及反應時間等㈵性。㆒般來說，壓力感測器的訊號極為微弱，且為非線性的輸出，需 要經過訊號放大器作放大與補正處理，才能得到量測壓力的精密度。

◇◇例例題題1111 重心重心位位置置與與等等效效力力的的量量測測

圖37 是㆒個壓力感測器的運用實例，在這裡我們希望量測到㆒平板㆖受到 壓力時，壓力重心的位置和等效力。我們可以在㆕個受力點裝㆖壓力感測器，然 後再用放大器將訊號放大，藉由 A/D 轉換介面讀取每個壓力感測器所受壓力大 小，將這些壓力大小與感測器的幾何關係位置作力㈻平衡計算，即可以獲得等效 受力位置點(x0, y0)及等效力大小 F：

等效力

(x0, y0) F2

F

F1 Y

F4

F3

X O

w

h

圖37. 壓力感測器用於量測等效作用力位置

F F_i，

i

=

å

4

( )

F w F

x₀ = F¹+ ² ，

( )

F h F

y₀ = F¹+ ⁴ 。◇

加加速規速規㊜用㊜用於測於測量量加加速速度，度，常常用用於於機機械械振動振動模態模態分分析析，，或或衝衝擊試擊試驗驗時時測測量量 衝衝擊擊值值。加速規也是應用壓電效應原理，只不過在加速規的設計㆖多了㆒組質量系 統，將壓電效應㆗測得的力量轉換成加速度。

加速規在選用㆖應㊟意的要點，首先要先確認實驗量測的範圍與頻率範圍，此外 還要㊟意解析度以及輸入、輸出電壓，若是進行動態拋物的實驗，則需事先將所需的 訊號電纜長度估算出來，以避免因訊號電纜長度不足而需追加或是拉扯加速規。㆒般 加速規的規格可分為㆕個方面：動態性能、電氣規格、機械規格以及使用環境，動態 性能㆗包含了加速規的頻率範圍、量測範圍、解析度等，電氣規格則包含了輸入輸出 電壓、輸出阻抗、雜訊等，機械規格則是提供安裝時所需的幾何尺寸、螺牙規格以及 感測元件材質（㆒般多為石英），最後在使用環境㆗則是提供環境的需求以及因環境 而造成誤差的比例係數。

◇例◇例題題1212 應變應變規規的的測測量量與與應應用用

睡眠翻身次數量測系統的設計目的在長期㈼測睡眠者的睡眠品質，利用翻身 次數來作為睡眠品質的參考指標。設計構想是在床墊（㆒般彈簧床墊或薄床墊皆 可，本例題以彈簧床墊為例）㆘約在胸背位置橫向裝置㆒片不鏽鋼板，不鏽鋼板 的結構類似ㄇ字型，鋼板厚度2mm），兩側墊高約兩公分，在不鏽鋼板㆘方㆗間 位置黏㆖應變規(Strain Gage)，如圖 39、圖 40 所示。當睡眠者翻身時，床墊㆘

的不鏽鋼板會受力產生彎曲的形變，此時不鏽鋼板內應變規的電阻值會產生變 化，透過電橋電路及放大電路的轉換，當輸出電壓瞬間產生劇烈變化時（如圖 41 所示，圓圈處陡坡為翻身動作所造成之現象），則可判定為翻身動作。◇

圖38. Strain Gage 黏貼示意圖

圖39. 橫桿側視圖

圖40. ㆕次翻身曲線圖

在利用壓電效應、壓阻效應製作而成的壓力感測元件，輸出訊號均為類比式 (Analog)的微小訊號，因此必須將訊號放大才能作進㆒步的處理，同時在㆒般的 應用場合㆗往往還需要將訊號回饋傳送㉃微電腦控制器㆗進行運算，因此必須將 類比式的訊號轉換成數位式(Digital)的訊號，才能讓微電腦讀取，這個程序是由 類比類比數數位位㈾㈾料轉料轉換元換元件件 AADDCC((AAnnaalloogg toto DiDiggiittalal CoConnvveerrteterr))來達成。圖41 是 ADC 將感測器輸出電壓的類比訊號擷取、量化之後，轉變成數位訊號的過程。

V ^c (t)

t

V ⁱ (t)

類比訊號 t Analog signal

取樣與保存 Sampling & Holding

t

1111 1110 ....

0111 0110 ....

....

0001 0000

量化 Quantization

0100 0101 0110 1000 1001 1011 1001 0110

數位訊號 Digital signal

圖41. 將類比訊號轉變成數位訊號 3.2 角度解碼器

量測物體旋轉角度變化時，常採用「角度解碼器(Encoder)」。角度解碼器最常用 於數據工具機移動加工平台的伺服馬達（圖42），當伺服馬達旋轉推動導螺桿時，角 度解碼器可以將旋轉圈數與角度位置訊號傳回控制器㆗，以控制機台的運動位置。

伺服馬達 機台

導螺桿 角度解碼器

圖42. 角度解碼器在工具機的應用示意圖

角度解碼器的基本原理如圖 43 所示；旋轉軸帶動刻㈲細長槽的圓盤，兩側分別 擺放發光㆓極體與光電晶體，發光㆓極體光線若透過刻槽讓光電晶體接受到，將啟動 光電晶體形成通路，所以當圓盤不斷旋轉光電晶體將持續送出開路與通路訊號，我們 只要記錄訊號出現的數目即可計算出旋轉角度。當然圓盤的刻痕分劃越細密，所能量 測的角度位置精度越高，若要測量正反轉位置時，則可以搭配㆒些專為讀取角度解碼 器的IC 與計數器，獲得絕對位置的角度變化。

發光㆓極體 光電晶體

t 1

0

輸出訊號

圖43. 角度解碼器的作動原理

角度解碼器的選用常以每轉多少輸出脈衝訊號為基準，同時也要㊟意所使用的電 壓與電流大小，例如12V-15mA-500 脈衝/轉；角度解碼器通常㈲㈤組接點，為電源、

㆞線、A 相、B 相及 C 相，A、B 及 C 相㆔組為輸出訊號接點，其㆗ A 相與 B 相訊 號相差90 度相角，C 相則為每轉㆒圈輸出㆒個脈衝訊號。

3.3 溫度感測器

傳統式的溫度感測器是利用不同㈮屬連接在㆒起，如圖44 所示，當㊧端與㊨端 接點㈲溫度差時會產生電位差，因而在這個迴路㆗會產生電流，若將㊨端以伏㈵計取

㈹時，將可以發現㊧端溫度越高則電壓越高，由電壓的大小即可測量㊧端溫度。這種 溫度感測元件稱為熱電熱電耦耦(t(theherrmomoccoouuppllee))，是極為常見的溫度感測器。

Ａ導體

Ｂ導體

圖44. 熱電耦工作原理

由於半導體技術的進步，㆒些半導體材料所組成的感測元件，可隨著溫度的變化 而改變電阻值，利用這個㈵性即可製成熱電晶體，這種感測元件與傳統熱電耦㈲截然

不同的結構，熱電晶體可以結合類比數位轉換介面，獲得很精確的溫度變化值，而熱 電耦與溫度開關則只能獲得粗略值。

圖 45 所示之熱電晶體式溫度感測器是由兩組溫度感測元件所構成，第㆒部份是 利用熱敏電阻所構成的惠斯登電橋(Wheatstone bridge)將溫度之變化檢出，第㆓部份 則是利用熱電晶體作為溫度檢出裝置，最後再利用運算放大器將訊號放大輸出，其㆗

熱敏電阻與熱電晶體所構成的溫度感測裝置是以並聯方式連接，同時以回授的方式與 運算放大器相連接。

+V

-V

+-

Output

熱電晶體

圖45. 熱電晶體的使用接線圖

熱敏電阻所構成的惠斯登電橋其輸出電壓與電阻之變化為線性相依之關係，而熱 敏電阻之電阻值變化與溫度也成線性關係，因此可以獲得溫度變化與輸出電壓之對應 關係，不過由於㆒般的電阻元件都具㈲溫度漂移的㈵性，因此以電阻效應所構成的溫 度感測器在使用㆖常常會發生誤差的產生。

惠斯登電橋是㆒個相當常見的訊號放大電路，如圖 46 所示之惠斯登電橋電阻分 別為R1、R2、R3、R4，其㆗電阻 R1 即為熱敏電阻式溫度感測元件，則惠斯登電橋 之電阻與電壓關係滿足式(8)，若假設 R1、R2、R3、R4 均相等且都等於 R，當熱敏 電阻因溫度之變化產生ΔR 之微小變化，則式(8)可化簡為如式(9)所表示之關係式。

圖46. 惠斯登電橋

B A

out V V

V = -

÷÷øö ççèæ

+ ´

÷÷ø- ççè ö

æ ´

+ ⁱⁿ Vⁱⁿ R R V R

R R

R

4 3

3 2

1

= 2

Vin

R R

R R

R

R ÷÷øö ççèæ

- +

+ _{3 4}

3 2

1

= 2

(

)(

)

3 2 4 1

+ +

= - (8)

( )

out V V

R V R

R R R

R R R

V R @ D µe

× D +

- D

= +

4 2

2

2 2

(9)

複習問題

1. 試描述光敏電阻器、熱敏電阻器的動作原理。

2. 試描述極限開關、繼電器的動作原理。

3. 試描述㆓極體、電晶體的動作原理。

4. 簡述電動馬達的動作原理。

5. 選用馬達時，應考慮哪些條件？

6. 步進馬達與㆒般電動馬達的最大不同點為何？

7. 試分別㊢出㆒種感測器可用以感測㆘列物理量 (1)應力 (2)應變 (3)壓力 (4)加速度 (5)溫度 8. 簡述應變規的工作原理。

9. 簡述熱電耦的工作原理。