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第一章 電子與電學的簡史
「電」在宇宙創生時就已經存在。大約四十億年以前，地球上還沒有任何生物的時候，強力的閃電已在空中閃爍，為大自然展現電能的神奇現象。隨著生命的演化，電也變成生物體內重要的部分。它是神經訊號的基本成分，例如眼睛接收到的光線會變成微弱的電訊號，再經由神經傳送到腦部和身體其他部位。人類的意識、思考能力和運動本領，全都有賴在腦神經中無數微弱的電訊號。過去科學家逐漸揭開電的神秘面紗，而電學的發展，亦與其他科學發展有著密切的關係。根據科學家對電的研究成果，發明家更發展了電的實際用途，將電變成了日常生活中不可或缺的部分。
大約在公元前六百年，希臘人發現用皮裘磨擦琥珀後，琥珀便能夠吸引稻草屑，但是當時的人不明白箇中的原理。這個迷題一直保存了二千年，大約在一千六百年，英國科學家吉爾伯特先生(Mr. W. Gilbert) 才研究琥珀的這個神秘現象。最後他提出一個假設：用絲綢摩擦玻璃，玻璃便會產生所謂的玻璃電；用皮裘摩擦琥珀，則會使琥珀產生樹脂電(這兩種電就是「靜電」)。雖然他並不瞭解形成這種現象的原因，但在往後的實驗中，他發現了帶有同種電荷的物體會互相排斥，而帶著不同電荷的物體則互相吸引。
美國的一位作家兼科學家富蘭克林先生(Mr. Franklin)在一七五二年冒著生命危險進行了一項有關電的實驗。他在雷電交加的時候，將蓄電瓶繫到風箏之上，用以收集天空中的雷電。結果閃電沿著風箏線一直傳送到末端所繫的鑰匙而產生火花，從而證明打雷是電的一種現象，其後他更證明出這種電和摩擦琥珀中所產生的電質相同。由此可知，人類在很久以前便已經對電產生了興趣，而相繼地有些勇敢的科學家投入對電的研究。
一七八六年，意大利藥劑學教授賈法尼先生(Mr.Galvani)進行了一個生物學的實驗，他發現當他用金屬刀觸碰到青蛙腿時，牠的腿便會抽搐。當時賈法尼先生認為青蛙腿的肌肉一定帶電。直到一七九二年另一位意大利科學家伏特先生(Mr. Volta)否定了這個推論。他認為賈法尼先生的發現是由於當時青蛙正躺在錫板上，再使用一把鋼刀觸碰到青蛙，青蛙才會有這個反應。伏特先生亦都證明了當水份存於在兩種不同的金屬之間時，電流便會產生。這個發現使伏特先生發明了第一枚電池──伏特堆，它是在銅片及鐵片之間夾著濕的厚紙片而製成的。他隨後又證明電可以通過金屬絲從一個地方傳送到另一個地方，這個發現對後世的科學發展起著很大的作用。為了紀念他，電壓的單位就命名為「伏特Volt (V)」。
米高法拉第先生(Mr. M. Faraday) 是被譽為能夠產生電流及將之帶到實際應用的英國科學家。法拉第先生初時對由電流產生磁力的電磁鐵很有研究興趣，但他聰明的頭腦令他能想得更為深入。當時他在想如果電能產生磁力，那為甚麼磁力不能產生電？
一八三一年，法拉第先生和美國的亨利先生(Mr. Henry)在不同的實驗中找到了答案，他們發現當磁鐵在銅線圈內移動時，銅線圈便會產生電流。從而便知道電會產生出磁場，磁場亦會產生電流。後來，科學家便應用了法拉第先生與亨利先生定理製造出發電機和變壓器。
到了一八七六年，貝爾先生(Mr. Bell)發明了一部機器，它可以將人說話的聲音轉換成變動的電流，或者把變動的電流轉換成人說話的聲音。這就是世界上的第一部電話。貝爾的電話機包括了發話器和收話器，電話機的主要組成部份是一塊含有磁性振動膜的電磁石。當當發話器的振動膜被音波所振動時，電磁線圈就可以即時產生變動的電流。此電流傳送到收話器上的線圈，線圈就可以根據變動的電流吸引或推開收話器的振動膜，產生出原本的聲音。
十九世紀，德國科學家赫芝先生(Mr. Hertz)發現能以光速運動的電磁波與無線電波，為了如電話、電報、電視及衛星通訊等現代通訊系統舖設了一條康莊大道。從此電學有了更迅速的發展，如一八七六年貝爾發明了電話、一八八二年愛迪生發明了電燈和一九零七年發明的真空管，它可以用來作無線電波或訊號的檢波及放大媒體。到了一九二零年發明了電視、一九三零年發明了電晶體及一九六零年的集成電路。現在由於微型處理器的推出，使電的領域有革命性的進展，可見得電學的發展是無可限量的。





圖1.8：電子科技發展概覽

第二章 日常生活中的電源
直流電(DC)和交流電(AC)
電流可分為直流電(通常簡寫為DC或dc)和交流電(通常簡寫為AC或ac)兩種。所謂直流電，指的是電流以一個固定的方向流動。交流電和直流電不同，它的流動方向具有週期性的變化。直流電可由電池供應，而交流電必須由發電機產生。

交流電在電子學中扮演重要的角色，它的應用範圍比直流電更廣泛。生活中無時無刻都使用它，受它的影響。當你插上插頭，使用電鬚刨、電鑽、烤麵包機等的時候，就是已經在利用交流電了。打開電視機或收音機，你所見所雯都是由交流電所產生的。即使你走在街道上，仍然受到它的影響，因為街燈、交通燈都是依賴交流電來運作的。在香港，一般的家庭用戶使用的交流電頻率為50赫茲(Hz)，即電流每秒作50次正負極的循環交替。

電池(Cell)
電池在日常生活中是不可或缺的。它是在一八零零年時由意大利科學家伏特先生發明。原理是利用化學反應，在稀硫酸中放入銅片和鋅片，並在它們之間用電線連接起來，這樣便有電流產生，這個就是伏特電池。

圖2.2：各式各樣的電池
產生電的最簡便方法是「摩擦生電」(靜電)，另外兩種不同的金屬接觸也會產生電。除此之外，將金屬浸在溶液內時也會產生電。例如將碳和鋅浸在稀硫酸中，鋅就會被溶解而帶負極的電荷。相反碳會放出電子而變成帶正電荷。若果將銅板同時和鋅板浸在稀硫酸內，銅板就會即帶正電荷，而在鋅板就會產生負電荷。而由這種化學作用而獲得的電能量就是電池。
乾電池(Dry Cell)
乾電池又稱為「一次電池」，現在最常用的是錳乾電池(又稱碳性電池)，乾電池有三個主要的部份：突出來的部份是正極，裡面是一根碳棒；外殼是用金屬鋅作成，相當於乾電池的負極；而在電池裡面則填滿了一種叫電解質的化學物質，一般乾電池裡的電解質是像漿糊一樣的氯化銨。為了防止電池因碳棒產生氫氣而無法運作，所以會加入二氧化錳(減極劑)和碳粉。
當電池和線路接通以後，電池裡的電解質就會分解成帶電子的狀態，而且能導電，電子會從電池的負極流出來，經過用電的裝置，例如手電筒裡的燈泡，再流回電池的正極，從而提供電能。
一般的乾電池都是圓柱形的，此外還有方形及積層型等。方形電池能提供較高的九伏特電壓(9V)，而圓柱形的電池能提供一點五伏特的電壓(1.5V)。
積層型電池則是將扁平的錳乾電池依據所需要的電壓串連而成。例如六伏特的電池便是由四個一點五伏特的扁平錳乾電池串連而成。
蓄電池(Re-chargeable Cell)
乾電池由於只能使用一次，所以稱為「一次電池」，相反，放電後又能多次充電使用的電池叫「蓄電池」(二次電池)。鉛酸蓄電池是最多用於汽車的蓄電池，它的負極是金屬鉛粉末壓成的板塊，而正極則是氧化鉛粉末壓成，兩片電極浸在硫酸水溶液的電解質中。

圖2.6：鉛蓄電池的結構 圖2.7：市面常見的一種鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池用完後可再次充電，充電過程是一個電解反應，充電完畢後，兩個電極會變回金屬鉛和氧化鉛(充電反應不會在這裡討論)。圖2.8是市面常見的一種鉛酸蓄電池的外貌。
蓄電池通常使用硫酸作為電解液，而且可以反覆充電，但乾電池卻會逐漸被消耗掉，所以它較乾電池優勝。為了省下經常更換電池的費用，所以就將汽車電池設計成可以充電的型式。
雖然蓄電池能在電力用完了以後再次充電，但是這些蓄電池的壽命並不是無限的，當它們用舊了以後，總是較難將它們完全充電。尤其當電池裡的電常常被完全放掉的話，電池的壽命就會更加縮短。
電池組(Battery)
你可能留意到有些電器使用高於1.5伏特的電壓，例如照相機用的鎂光燈需要3伏特的電壓。這些情況之下，我們需要用兩個或以上的電池，組成一個電池組來提供適當的電壓。
簡單的電池組是一種容易被忽略了的電源，然而它卻擁有許多其他昂貴的電力供應設備所沒有的特點：
(1) 它很容易安裝到很多簡單的電器中。
(2) 你可以在商店中很容易買到電池。
(3) 在使用電器時，可以不用電源插頭。
(4) 在電池壽命結束之後，你可用低廉的價格再添置新的電池。
你可以再想想看電池的其他好處，它是一種重要的電力來源。有時電路中需要較高的電壓時，就不能使用電池，這時候就需要電源供應器。電源供應器能把交流電轉換成直流電，供電器直接使用。


電源供應器(Power Supply)
你可以購買市面上的電源供應器，或是自己製作一個。在這個階段，我們不鼓勵大家自己製作電源供應器，因為稍有差錯便會構成危險。
圖2.9是實驗室或工場中常用的電源供應器。我們可以在電源供應器選擇不同的電壓(例如3V 、9V 或12V )，或不同的電源輸出種類(例如直流電或交流電)，為不同的系統提供電能。

圖2.11：電腦的後備電源供應器

轉換器(Adapter)
電源供應器中，轉換器能把電壓從某一個數值轉變為另一個數值，例如可以將6伏特的電壓升高到125伏特，因此稱為轉換器。
轉換器只能把交流電的電壓改變，或是把交流電轉變成直流電，但不能改變直流電的電壓。這是因為直流電的波形不會因時間變化，所以轉換器中的變壓元件對直流電起不了作用(箇中的原理暫不討論)。

第三章 用電的安全措施
電流的危險性
在日常生活中，我們使用電器或電線時也許曾經有觸電的經驗，或是聽說過因觸電而引致死亡的不幸消息。那麼為何會有觸電發生呢？
若果電器沒有故障而我們又以正常方式操作，是絕對沒有觸電的可能。觸電大多是因為不小心操作而觸及通電部份，手濕時接觸電掣，電器通電部份露出電器之外，甚至是漏電所致。
觸電可分輕微至嚴重，依所受的電流大小而決定。電流大小與人體觸電程度如下表所列。
電流 mA 嚴重程度
1mA 接觸部位有感覺(最小感知電流)
5mA 有輕微的抽筋
10mA 有痛苦的感覺，較重的抽筋，尚可脫離
20mA 肌肉收縮不能動彈，失去控制
50mA 很痛苦的感覺，肌肉收縮，呼吸困難
100mA 肌肉纖維發生震顫，有致命的危險
200mA 嚴重灼傷，肌肉劇烈收縮，心肌壓夾心臟，促使心臟停止工作
表一：電流對人體觸電的危害程度
觸電是可避免的，例如插頭或電線有破損，會令帶電部份的電線露出，所以必須修理之後再使用。在手濕時千萬不要觸碰電器的開關，在電線附近千萬不要放風箏。颱風過後如發現電線掉落地上，應儘快通知電力公司派員維修，以免發生意外。
使用家電的一般安全指引
(來源:香港機電工程處)
财 财 不要將操作於110伏特的電器接駁插座
(該等電器應貼有警告標籤)。
财 财 接駁電源後才開動電器，以免插頭處出
現火花，造成危險。
财 财 確保電器四周有足夠空間讓空氣流通，以免電器過熱。
财 财 避免讓電器軟電線接觸高溫物體
(例如：煮食爐)。
财 财 不要讓水滲入電器內部，以免發生危險。
财 财 避免在浴室內使用可移動的電器(例如：
電風筒、電暖爐等)，除非該電器的設計
是從浴室內的鬚刨供電裝置取電，如電鬚刨或電牙刷。
财 财 身體沾了水，應避免觸碰任何電器、插座
或電掣。
财 财 無論因何原因停電，都應該將所有電器關
掉，避免在電力供應恢復時，所用電器同
時啟動。
财 财 無人在家時，應先將電器關掉。
使用個別主要家電的安全指引
(i) 插頭
财 财 使用符合安全標準(BS 546或BS 1363)的
三腳插頭。
财 财 不要使用有裂縫、有過熱跡象(如變色、
焦黑、變形)或有鬆脫現象的插頭。
(ii) 萬能蘇
财 财 使用符合安全標準(BS 546或BS 1363)的
三腳萬能蘇。
财 财 不要使用有裂縫、有過熱跡象(如變色、焦黑、變形)或有鬆脫現象的萬能蘇。
财 财 如發現萬能蘇有損壞，應要更換。
财 财 避免在同一插座上用多於一個萬能蘇。
(iii) 拖板
财 财 使用符合安全標準(BS 546
或 BS 1363)的拖板。
财 财 必須使用圓形或方形插孔及裝有安全活門的拖板。
财 财 不要使用有裂縫、有過熱跡象(如變色、焦黑、變形)或有鬆脫現象的拖板。如發現拖板有損壞，應更換整套拖板。
财 财 避免將拖板放於潮濕或近水的地方(例如浴室及廚房)。
财 财 避免在同一插座上用多於一個拖板。
(iv) 電視機及其他影音器材
财 财 維持適當散熱空間，避免將
電視機或影音器材覆蓋著。
财 财 避免將電視機或影音器材放置
於潮濕、多塵、高溫或受到陽
光直接照射的位置。
财 财 避免將花瓶、水杯等裝有水的容器放置在電視機或影音器材上。
财 财 電視機及影音器材若長時間不用，應把電源關掉(避免只用遙控器開關)。
(v) 經插座供電的燈飾
财 财 燈飾應擺放在平穩位置操作及避免電線
容易受拉扯。
财 财 切勿觸及開著的燈泡，以免被燙傷。
财 财 所使用燈泡的火數必須不超過燈罩製造商所定的限制，以免燈罩因過熱而發生危險。
财 财 更換燈泡時應先將燈掣關掉及讓燈泡溫度冷卻。
财 财 燈飾在正常操作下，不應出現過熱跡象(如變色、焦黑、變形)。若發現該情況，應停止使用及交由合資格人員檢查。
财 财 不要將燈飾(特別是太陽燈)放近窗簾、掛氈或衣物等易燃物品，以免發生火警。
财 财 必須要有護罩保護燈管部份。
(vi) 冷氣機/抽濕機
财 财 不要在同一插座上有其他電器的插頭插置。
财 财 定期清洗隔塵網，以保持最佳的操作效能。
财 财 在關掉冷氣機後，至少3分鐘後始可重開。
财 财 晾衣服時避免讓水滴在抽濕機機身上。
财 财 避免冷氣機/抽濕機的出風口或吸風口受到阻擋。
(vii) 電風扇
财 财 放置電風扇的地方，須確保有足夠空間讓
電風扇擺動和散熱。
财 财 電風扇應安裝或擺放在平穩位置操作及避免電線容易受拉扯。
财 财 避免在電風扇附近放置容易飄進電風扇外罩的東西，例如窗簾或紙張，以免發生危險。
财 财 若發現電風扇有異於正常操作的現象，如啟動有困難、噪音過大或過熱，應立刻停止使用及交由合資格人員檢查。
财 财 定期清潔電風扇。清潔時，應先將電源插頭拔去及避免讓水份濺進電風扇的內部。
(viii) 電暖爐
财 财 避免在同一插座上插置其他電器的插頭。
财 财 不要將電暖爐放置於易燃物品附近使用，
例如床單、衣物、窗簾、地氈、沙發等，
以免發生火警。
财 财 避免在浴室內使用電暖爐。
(ix) 電 飯 煲 及 其 他 煮食 用 的 電 器
财 财 避免在同一插座上插置其他電器的插頭。
财 财 電器應擺放在平穩位置操作及避免電線容
易受拉扯。
财 财 確保食物在煮沸時，不會滲入電器內部而引致危險。
财 财 確保軟電線上用來接駁電器的插頭沒有由於長期使用而變形，因 而引致接觸不良或過熱等情況。
财 财 不要將電器浸在水中或用水沖洗。清潔時，應先將電源插頭拔去。
财 财 插入或拔去插頭時，應確保雙手乾爽，不可沾濕。
财 财 確保電飯煲內鍋底沒有水，才可將內鍋放入電飯煲。
财 财 確保電飯煲水滴收集孔沒有被阻塞，及沒有積水滲入內部而引致危險。
财 财 若電飯煲不需使用時，要緊記拔去插頭。
(x) 電水煲
财 财 避免在同一插座上有其他電器的插頭插置。
财 财 電水煲應擺放在平穩位置操作及避免電線容
易受拉扯。
财 财 注水入電水煲時，不要弄濕水煲的軟電線接線器，及不要超過指定的容量。
财 财 確保軟電線上用來接駁電水煲的插頭沒有由於長期使用而變形，因而引致接觸不良或過熱等情況。
财 财 使用完電水煲，要緊記拔去插頭。
财 财 不要將電水煲浸在水中或用水沖洗。 清潔時，應先將電源插頭拔去。
财 财 插入或拔去插頭時，應確保雙手乾爽，不可沾濕。
(xi) 雪櫃
财 财 避免在同一插座上有其他電器的插頭插置。
财 财 確保雪櫃背後有足夠散熱空間。
财 财 若長時間不用雪櫃，應先把雪櫃內食物清理，
並將電源插頭拔去。
财 财 若發現雪櫃有異於正常操作的現象，如積雪過多、噪音過大，應盡快交由合資格人員檢查。
(xii) 洗衣乾衣機
财 财 避免在同一插座上有其他電器的插頭插置。
财 财 避免將洗衣乾衣機放置在浴室花灑、洗手
盆或窗戶附近，以免機身被花灑或雨水弄濕。
财 财 確保洗衣乾衣機四周有適當散熱空間。
财 财 避免將花瓶、水杯等裝有水的容器放置在機身上。
财 财 遵照說明書上所規限的乾衣量乾衣，避免乾衣量過大或乾衣時間過長。
财 财 若發現有異於正常操作的現象，如過大的噪音、震動或過熱，應立刻停止使用及交由合資格人員檢查。

第四章 固態電子的發展
真空管(Vacuum Tube)
早在一九零四年，英國科學家費林明先生(Mr. J. A.Fleming)根據愛迪生先生的發明，設計出一件新的裝置──費林明二極管，它可以將交流電的訊號轉化成直流電訊號。最初這個裝置被用作偵測微弱的無線電訊號，後來就在電源供應器中，把交流電轉變成直流電。而這個費林明二極管，就是現在真空管的前身。
許多發明家都曾經改良費林明二極管，可惜全都無功而回。美國的發明家霍羅斯先生(Mr. L. d. Forest)是唯一的成功者。他在費林明二極管內多加了一個電極，發現這樣會令費林明二極管的敏感度提升，能夠更容易地偵查到微弱的無線電訊號。他把這支已改良的費林明二極管稱為Audion ，它是一件成功的電子放大器，亦是當日電子業的一大突破。
從一九零七年到一九六零年期間，陸續發明了不同的真空管，大部份都是改良自霍羅斯先生的Audion 。至今還有小部份真空管是出自一九五零年至一九六零年，這些真空管大都在昂貴的高級音響產品中使用，亦有些真空管是專門設計給收音機、電視、無線電、雷達、電腦或其他器材使用的。隨著半導體時代的來臨，這些真空管大都被廉價的半導體取代，現在真空管只作有限度的生產及使用，例如無線電發射站、電結他、專業音響之類。
半導體(Semiconductor)
矽(Silicon)、鋅(Zinc)及鍺(Germanium)等化學元素都是半導體，這些元素都能導電，經過特別處理後，它們的導電值可以增減。因為矽最容易採集得到，所以是現今最廣泛採用的半導體材料之一。
矽基本上可由沙中取得，在這個世紀，沙已被廣泛用作鑄鐵、造磚及陶器上。如果矽在超高純度的狀態，只要加入微量的不純物便可以改變矽的原子結構，雖本身的晶體結構(Crystal lattice)沒改變，但導電性能卻會受控制地增減。
在一八三零年，已經開始半導體原料的研究。最初半導體材料都是一些化學元素或混合物，被加熱後它們的導電值大多數會下降。而某些半導體材料受光照射後，電流只能從材料的一個方向流向另一個方向。
在一八七四年，電除了能傳送能量，更可以傳送資訊，例如電報、電話及無線電。無線接收器需要整流器來探測訊號，當時白朗先生(Mr. Braun)使用鉛粉末及硫磺粉末，在高溫下結合而成的晶體來製作這個整流器，這就誕生了第一個半導體裝置。
半導體裝置在現代電子及電腦界中被廣泛應用，很多積體電路都由數百個半導體裝置組成，電腦的微處理器更有多達數萬粒半導體裝置，可見半導體在講求高科技的今天已成為不可缺少的一分子。
電晶體(Transistor)
一九四八年，在AT &T 的貝爾實驗室(Bell Labroatory)，三位科學家沙克利先生(Mr. Shockley)、巴丁先生(Mr. Bardeen)及布拉敦先生(Mr. Brattain)發明了電晶體，同時申請專利(見圖五)。電晶體是所有電子裝置的主要元件，包括集成電路及微型處理器，因此電晶體是二十世紀最重要的科學發明之一。
電腦、無線電及計算機等其實早在電晶體出現前便已存在，當時那些物品體積龐大、價錢昂貴而且性能不可靠，因此第一代的電腦要佔用整個房間，甚至整層樓，而工程師每天都跑上跑下，目的是接駁電腦的線路，及更換失靈的真空管。
電晶體都是由一些細小的矽晶體組成，這些晶體稱為半導體，因為電流只能在晶體中的一個方向流向另一個方向。由於它填補了真空管的缺點，所以能夠廣泛使用，電晶體的體積更細小，在正常使用下，電晶體發出更少熱量，更可靠耐用。
在一九六一年，科學家認為電晶體的體積最小只有一千萬分之一米，現時在電腦的微型處理器內的電晶體體積比當時他們說的更細一百倍。由此可見，電晶體的功能及應用是無可估計。
集成電路(Integrated Circuit)
在一九五九年臨近八月的一天，吉爾比先生(Mr. Kilby)坐在德州儀器(Texas Instruments)的辦工桌前。忽然他想到電路中的所有元件，不只電晶體，都可以用矽來製造。當時並沒有人嘗試用半導體中來製造電容器或電阻器。如果這個想法可行的話，整個電子線路便可以在一片矽晶體中完成。吉爾比先生的上司很喜歡這個意念，並叫吉爾比先生開始研究。在九月十二日，吉爾比先生完成了一個集成電路的實驗模型；到了翌年二月六日，德州儀器為他這個只有鉛筆頭般大小的集成電路申請專利，並於三月舉行展覽。
同年，美國人萊斯先生(Mr. Noyce)發現整個電路也可以在一片矽晶體中完成。當吉爾比先生正在進行他的設計時，萊斯先生就已想出了一個連接各元件的方法。最後兩人同獲生產集成電路的專利，時至今日，幾乎每件電子產品中都會找到集成電路。
微型電腦(Microcomputer)
人們對電腦已經研究了百多年，在二十一世紀，電腦已算不上是甚麼新奇的事物。自從人類進行商業交易之後，他們便需要一個計算系統。數千年來計算工作都是由人類自行運算，或是依靠一些如算盤的計算工具。
在十八世紀初期，法國發明家積及先生(Mr. Jacquard)發明了一部富革命性的紡織機。這部機器能夠編織出複雜圖案的紡織機，並由打孔卡讀取資料，從而控制了織針的選擇，和怎樣編織圖案。
十八世紀中期，英國發明家巴比傑先生(Mr. C. Babbage)構思了一部能作計算的分析機器，它不但是一個計算工具，也能把資料儲存到紙卡上，可惜當時並沒有相應的技術去製作這部強力機器。同期，一位女數學家歐吉思女士明白有關巴比傑先生的分析機器概念，最後更在計算中實踐出來，所以她被譽為首位電腦程式員。
一九四五年，電腦主要用作軍事用途，如計算飛彈的路線及落點。那時使用的ENIAC真空管電腦，比上一代的電腦速度快一千倍。
一九六零年，迪吉多儀器公司生產了一部迷你電腦(mini-computer)，它比傳統的主機電腦(main frame computer)更細小和便宜，因此廣受商界歡迎。隨著科技的進步，電晶體陸續代替了真空管，再加上集成電路被廣泛應用，微型電腦的時代終於來臨。
當時的電腦大部份都在商界應用，直至美國加州的一間電子公司──英特爾(Intel)把當時的微型處理器技術加以改良，電腦晶片的價格才開始下跌，發展到現今，部份家庭都能在家裡擁有一部電腦。
由於微型電腦的晶片技術不斷改良，再加上電腦軟件把電腦的功能進一步提升，現在電腦的功能再不局限於計算方面，它更可處理各種立體圖像、剪輯影片，甚至作為日常的家庭娛樂。晶片的改良，更使電腦的體積能如筆記簿般細小，甚或像飾物般掛在頭上，將來的發展更趨多元化。










圖4.13：半導體的發展概覽

第五章 現代電子的應用
電訊網絡(Telecommunication Network)
香港能夠發展為世界上主要的商業及金融中心之一，其中一個原因是香港擁有一個先進及蓬勃的電訊市場。截至一九九八年十二月，香港共有四家固定電訊網絡服務營辦商、六家流動電話服務營辦商、二十九家傳呼服務營辦商，以及超過一百七十家的增值服務營辦商，提供傳真、數據通訊及接駁互聯網等服務。
傳呼機(Pager)
傳呼機是一件接收無線電波的裝置，使用者可以透過傳呼機接收某個特定的無線電頻道所發放的訊息。初期的傳呼機並不能夠顯示或儲存訊息，而只會發出聲響提醒使用者收到訊息。

圖5.2：香港無線通訊服務的主要統計數字(來源：香港電訊管理局)
直到一九八零年，全球約有三百二十萬的傳呼機使用者，當時的傳呼機只限於某個範圍內使用，例如在醫院內供醫生使用。到了一九九零年，傳呼機發展到可以遠距離傳送訊息，這時全球便有二千二百萬傳呼機使用者。到了一九九四年，全球大約有六千一百萬部傳呼機被使用，自此傳呼機成為了一件熱門的個人通訊用品。
在流動電話還未普及以前，傳呼機是人與人之間最快捷的傳訊工具之一。在一九九零年底，香港的傳呼機用戶有七十一萬。但自從流動電話推出市面以後，在一九九四年高峰時期，傳呼機用戶有一百三十五萬，至一九九九年底大幅下滑至三十四萬。
流動電話(Mobile Phone)
流動電話的概念始於一九四七年，當時的科學家研究如何於汽車內使用流動電話，但那時因為技術所限而未能做到。
自從流動電話的價格和服務收費大幅下降以後，用戶因而更多使用流動電話，減少了對傳呼服務的需求。直至二零零零年，香港共有六家流動電話服務營辦商，經營十一個流動電話網絡。在過去數年裡，流動電話客戶數量和通話時間每年皆有顯著增長。
流動電話服務多數是在八百兆赫(MHz)、九百兆赫及一點八京赫(GHz)的頻段內操作，八百兆赫和九百兆赫是環球流動通訊系統(Global system for Mo-bile Communications, GSM)，一點八京赫則是個人通訊服務(Personal Com-municationsServices, PCS)。由於兩者運作原理相同，分別只在於頻率不同，所以PCS 亦被稱為GSM 1800 。
流動電話和無線電對講機同屬於無線電器材，但它們的工作原理卻不同。用無線電對講機通話時，雙方必須使用同一個頻率；但用流動電話通話時，就需要同時使用兩個頻率，一個發送語音，另一個為收聽之用。無線電對講機的通話距離通常只有數公里，但流動電話就必須透過訊號轉接站傳送無線電波，在通話的同時，訊號可以由一個轉接站轉到另一個轉接站傳送。換句話說，使用流動電話的時候，就有較長的通話距離。

圖5.4：無線電對講機和流動電話通話時的分別
流動電話的科技不斷改進，下一代的流動電話不單只可傳送語音，更可傳送影像。那時候我們便可以利用流動電話作視像會議、收看電視等，甚至玩遊戲。
由於流動電話是無線電器材的一種，它內置有發射及接收無線電波的功能，所以專家們都不斷研究使用流動電話對健康的影響，雖然現階段的研究結果並不一致，但我們仍要注意正確使用流動電話，減少對健康構成不良影響的可能性。
電視遊戲機(TV Game)
相信大家對電視遊戲機這個名字並不陌生，大概大家可能已經接觸過了。在家庭式電視遊戲機還未盛行之前，如果要玩電視遊戲，就必須光顧遊戲機中心。那些大型的電視遊戲機結構其實很簡單，除了顯示部份的電視螢幕外，還有一塊電路板。電路板中的積體電路包含了載入遊戲程式的電晶體，另外還連接著各種輸入裝置及投幣器等。
一九七二年雅達利公司生產了第一款家庭電視遊戲Pong 以後，它把這些只可在遊戲機中心才玩到的遊戲帶回家，當時盛行的遊戲還有Breakout 和Asteroids 。這些遊戲都以卡式帶盛載，卡式帶裡的唯讀記憶(Read Only Memory, ROM)集成電路儲存著遊戲程式。遊戲機接收從控制捍輸入的訊號，結合遊戲程式後，把結果轉化成視像訊號，並在電視螢幕中顯示出來。這種存放在卡式帶的遊戲程式更可以隨時更換，令這部遊戲機在當年盛極一時。
隨著電子科技的誕生，電視遊戲的發展都有很大轉變，卡式帶的遊戲機漸被取代，現時流行的電視遊戲大都存放在數碼影像光碟(Digital Video Disc, DVD)中。而現在的遊戲機最高更能每秒處理三千萬個多邊形，因此遊戲畫面亦趨向立體化。現在的遊戲機已經可以在互聯網上玩連線遊戲，甚至網上購物。

圖5.8：電視遊戲機能處理複雜的 圖5.9：手提電視遊戲機使我們可
立體畫面 隨時隨地玩遊戲

鐳射唱機(Laser Disc Player)
在鐳射唱機還沒出現以前，要產生一條激光光束，是一件很繁複的工作，科學家要開動一台重型的裝置，才能產生激光。所以以那時的科技，生產鐳射唱機根本沒有可能。直到發明了激光二極管(Diode Laser)，激光便可以從手指頭般大小的半導體發射出來，而要製造鐳射唱機再不是難事了。
鐳射唱機的工作就是找尋及讀取儲存在雷射光碟上的資料，這些資料會以凹凸紋的形式儲存在光碟上。鐳射光碟上的紋很幼細，而雷
射唱機本身的內部結構亦十分精密，基本結構如下所述：

(1) (1) 光碟驅動馬達，它的轉速會根據光碟片音軌的位置而改變。
(2) (2) 激光鏡頭，它是用來把激光光束聚焦到光碟上的凹凸紋讀取資料。
(3) (3) 音道追縱系統，為了要讀取光碟中的內容，激光要準確地跟隨光碟上螺旋形的凹凸紋，音軌追縱系統就能令激光以很微細的距離移動。
在鐳射唱機裡，有一組把數碼訊號轉換成類比訊號的集成電路(Digital to Analog Converter, DAC) 負責把讀取到的凹凸紋解碼，把這些數碼資料轉換成聲音。鐳射唱機的運作過程就是把激光光束聚焦到光碟片的凹凸紋上，激光光束照射到鐳射光碟的膠面，被鋁塗層反射，反射後的激光光束會射在激光拾音器上，光暗的間斷產生出「1 」及「0 」的數碼訊號，這些訊號再傳入DAC電路中，翻譯成類比訊號，再透過放大器及揚聲器把聲音播放出來。

圖5.11：鐳射唱機的內部
新式的手提雷射唱機都備有防震系統，運作原理其實是把光碟的轉速加快，使資料能預先被讀入雷射唱機的緩衝區中，再從緩衝區中把預先讀入的資料傳到DAC電路解碼。

圖5.12：在光碟的不同位置讀取資料，光碟的轉速會不同
由於從揚聲器中所播放的音樂是預先讀入的訊號，所以即使雷射唱機受到震盪而不能讀取光碟片，DAC電路也能從緩衝區中轉換預先讀入的資料，因而沒有影響音樂的正常播放。

第六章 系統的介紹
一般的電子系統可分為三個主要部份，分別是輸入、處理及輸出。輸入部份為系統提供輸入訊號，例如光度感應器。處理部份會因應使用者所輸入的訊號而作出特別的運作；運作完畢，系統便會把結果傳送到輸出裝置，不同的輸出裝置就會有不同的訊息輸出，例如發出聲音或發光等。

圖6.1：一般電子系統的方塊圖
輸入元件
每個電子系統的首要元件是電源供應器，因為電能可以為整個電子系統提供能量。電源可以由乾電池或市電中提供，亦可利用電源供應器改變電壓提供電能。
電源供應器(Power Supply)是最基本的電源供應元件，你可以在電源供應器上選擇不同的電壓(例如3V、5V、9V等)及電源輸出種類(例如直流或交流電)。
訊號產生器(Signal Generator)是一種產生電子訊號的儀器，訊號的頻率一般都可以調節。訊號產生器輸出的頻率由1 Hz 至數百MHz ，並且有正弦波、鋸齒波和方波可供選擇。它輸出的訊號可作測試音頻放大電路，也可作為測試接收機電路的訊號源。
訊號產生器是一種昂貴而又精密的儀器，如果對該儀器的功能及用法未有充份瞭解前，切勿使用該儀器，更不能隨意撥動或強力旋轉各旋鈕。此外，要確定儀器要求的電源電壓是和本供電電壓相符，才可將儀器接上電源，否則會損壞儀器。
溫度感應器(Temperature Sensor)會因應環境的溫度而改變預設的電阻值，例如當溫度上升時，電阻值會降低；而溫度下降時，電阻值便會上升，這樣為系統提供了不同的輸入。
光度感應器(Light Sensing Unit)會因應環境的光暗而改變本身的電阻值，例如當環境變得光亮時，感應器的電阻值便會降低；但當環境變得昏暗時，電阻值便會提高，這樣便為系統提供不同的輸入。




處理元件
處理元件的工作就是把從輸入元件輸入的訊號加以處理，而處理的方法則會因應元件的特性而有所不同，最後產生不同的輸出。
邏輯電路主要用於數字的計算電路，所以邏輯電路又稱為數字電路，邏輯電路有TTL 及CMOS 兩種，當中有「1 」及「0 」兩個邏輯訊號。在常用的TTL電路中，當電路有五伏特高電平時，就是邏輯「1 」的狀態；而在零伏特低電平時就是邏輯「0 」的狀態。無論數字電路如何複雜，它都是由五種基本邏輯門的電路組成，分別是：「與」門、「或」門、「非」門、「與非」門和「或非」門。除了「非」門以外，其他邏輯門至少有兩個輸入端和一個輸出端。

「與」門 「或」門 「非」門

「與非」門 「或非」門
圖6.6：五種基本邏輯門的符號
在電路系統中，我們很多時都會使用到電晶體。電晶體除了可以用作電子開關之外，還可以作為一個放大器或驅動器，它的作用就是把輸入的電流增強，以推動各種輸出裝置。電晶體有三個電極，分別是：基極(Base)、發射極(Emitter)及集電極(Collector)。
當輸入的電流大於0.6V 時，電晶體就開始通電，同時電流也開始流進電晶體的基極。這細小的電流令集電極的較大電流流通電晶體，同時從發射極流出，而從發射極流出的電流就能推動其他裝置(如燈泡、馬達、蜂鳴器等)。由於電晶體基極電流的輕微變化已經可以控制較大的集流，因此我們可以利用它來放大微弱的電訊號，稱為電晶體的放大作用(Amplification)。簡單來說，電晶體的放大原理是把微弱的電壓訊號加在基極上，使基極電流因為電流訊號的變化，通過電晶體的電流達到控制作用，使負載得到與原訊號一樣，但增強了的電訊號。
輸出元件
輸出元件的工作剛好和輸入元件的工作相反，它把電子訊號轉化成另一種能量，例如光能、熱能和機械能等。
蜂鳴器(Buzzer)或揚聲器(Speaker)的作用就是把電流轉化成為聲音，當有電流通過時，它就會發出聲響。
日常用的燈泡(Bulb)，加上適當的電壓後便會發光。顯然燈泡所發出的光，是由電能轉變而來的。不過燈泡將電轉變為光的物理過程，是以熱為媒介，將電能轉變為光能，所以當電流通過燈絲時，它的溫度便會上升。而當溫度升高至某一數值時，燈絲才會被激發至發光。在燈泡發光的同時，本身也散發出大量的熱能，因此這樣的電光轉換效率是很低的。
雖然目前發光二極管(Light Emitting Diode, LED)仍然無法代替普通的燈泡，但在工業及科學上已受廣泛的應用，例如用作電子計算機及各種儀器的指示燈。
發光二極管實際上也是半導體二極管，當它處於正向偏置時和受到正向電流激勵下便會發光。

七節數字顯示器是由七個發光二極管(LED)組成，一個發光二極管代表數字的一節，市面上能買到的有「共陽極」和「共陰極」兩種。「共陽極」就是各發光二極管的陽極連在一起；「共陰極」則是各發光二極管的陰極聯在一起。使用時，將這種數字顯示器連接在電路中，當其中某幾節接上適當的正電壓時，它便可顯示出由0-9 等的數字。
將電能轉換為機械能的裝置稱為電動機(馬達)，當電源接上電動機後，電動機便會根據電流的方向而轉動。如果電流的方向相反，電動機旋轉的方向便會相反。電動機的內部有磁石和線圈，因為電流流過線圈令線圈產生磁力，在同性相吸、異性相斥的磁力原理下，線圈便會轉動，並帶動軸心旋轉。
第七章 簡單的電子系統
前一章說過，電子系統乃由三個主要元件組成，分別是輸入、處理及輸出元件。現在我們會透過簡單的照明系統去深入瞭解這些電子系統。

電源是所有電子系統的主要元件，如果沒有電力的供應，電子系統就不能運作。電子系統中並不限於只有一個輸入元件，它是可以同時接駁多個輸入、處理及輸出元件的。因此在系統中我們可以同時有開關掣、溫度感應器之類的輸入元件。
通常交流電(市電)會作為家居照明系統的主要輸入，而在便攜式的照明系統中(例如手電筒)則使用直流電。在交流電中，由於電的正負極會以某一頻率轉換，所以交流電的電源中並沒有分正負極。相反直流電則有分成正極和負極，電流是由正極流向負極，因此接駁各元件時必須注意電流的方向，否則會損壞元件，或使電路不能正常運作。
連接著各個元件的電線是由導電體製成。在自然界中，所有金屬都屬於導電體，其中以銅的導電能力較高及較便宜，所以電線一般都由銅線所製成。

圖7.3：電線多由銅線製成

照明系統中主要的輸出元件是電燈泡，電流流過電燈泡時會令鎢絲受熱而發光。但如果電壓不足的話，燈泡就不能發亮。有一點要注意的就是每個電燈泡都有最低的使用電壓，如果主電源的電壓未能達到燈泡的最低使用電壓，那即使接通電流，燈泡也不會達到預期的光亮度。
相反，如果主電源電壓比電燈泡所需的電壓為高，那通電後，電燈泡就會發出比正常光度更強的光，但這樣卻會令電燈泡的壽命減短。
知道以上元件的特性以後，我們就可以按下圖用Alpha製作一個簡單的照明系統。

簡單照明系統
一般簡單的電路都使用滑動開關掣，這種開關掣稱為單刀單擲開關。單刀的意思就是開關器裡只有一個移動的接觸點；單擲是指該個接觸點只能啟動一組電路。另一種開關是單刀雙擲開關，雙擲意思是指開關器裡的移動接觸點可以選擇性地啟動兩組電路：將開關掣扳向一邊，能開動一組電路；扳過另一邊，就會關閉剛才的電路，而啟動另一組電路。
圖7.6及圖7.7是相同的照明系統及揚聲器的電路例子。如果我們使用單刀單擲開關掣(圖7.7)，當開關掣合上的時候，就會同時啟動兩面的電路。如果我們要分別啟動兩邊的電路，就必須在每邊電路上分別安裝一個開關掣。使用單刀雙擲開關，則會啟動其中一面的電路，而不能同時啟動兩面。

圖7.6：使用單刀單擲開關的電路 圖7.7：使用單刀雙擲開關的電路
第八章 電子工場設備的認識
刻劃工具
在電子工場中，我們經常使用的刻劃工具有劃線針、劃線台、沖子及分規等。
(i) 劃線針(Scriber)
劃線針可配合鋼尺在工件上劃線。劃線需要正確而幼細，故劃線針是由工具鋼製成的，而且其尖端是經過淬火處理，然後再經油石磨成尖銳的。
(ii) 劃線台(Surface gage)
劃線台是由台座、軸及劃線針組成的。台座由鑄鐵鑄成，分別有圓形、方形及萬能形。萬能形劃線台之台座底部是一個V-型槽，可用於在圓形工件上，劃線針的方向可以在軸上隨意調整，並設有微調裝置，使劃線時更為準確方便。軸及劃線針由工具鋼鑄成，劃針尖端是平直而尖銳的，它經過淬火處理，以作劃線用。
(iii) 沖子(Punch)
沖子分為中心沖(Center punch)及刺沖(Dot punch)。工件經劃線針劃線後，為使線條保持清晰明顯，會再利用刺沖沿線做永久劃線。圓中心線的交點則先以刺沖打眼，再用中心沖擴大。中心沖與刺沖不同之處僅在於尖端角度，刺沖為三十至六十度，尖端較小，在工件青面打眼時比較細小整齊；中心沖角度為九十度，鑽孔前以中心沖定下中心位置，會較容易在正確的位置上鑽孔。
(iv) 分規(Divider)
分規用於劃弧、圓、線段等分及尺寸移轉。它由鋼製成，狀似內卡鉗，但兩卡腳是平直的，並分別有普通鉚接式及彈簧式。如劃特大的圓形或作長距離測量時，則要利用樑規(也稱為長徑規)，量度尺寸時，將分規兩腳平行於尺邊，一腳置於一刻線上，另一腳則調整至所需尺寸的刻線上。
剪切工具
在電子工場中，我們經常使用的剪切工具有側切鉗、平嘴鉗、鐵剪、電工刀及平銼等。
(i) 側切鉗(Cutting Piler)
剪切工具。用來切斷較細的導線或元件的電極引線等。
(ii) 平嘴鉗(Combination Piler)
夾持和剪切工具。用來切斷較粗的導線、鬆脫螺母及夾持金屬片等。
(iii) 鐵剪(Tinman’s Snip)
剪切工具。用來剪切一些金屬薄片。
(iv) 電工刀(Electrician Knife)
切削工具。用來除去電線的膠皮護套或漆皮線表面的絕緣皮。
(v) 平銼(File)
切削工具。用來切削工件的粗糙表面，使其平滑。
其他手工具
在工場工作時，我們經常會使用各種不同的手工具，如果熟悉各種手工具的用法，工作效率便會大大提高，但這些工具可能會發生危險。下面列出了各種在電子工場會使用到的手工具。

(i) 鋼尺(Steel Ruler)
量度工具。用作量度工件長度或粗略檢查工件表面是否平直。
(ii) 尖嘴鉗(Long Nose Piler)
夾持工具。用來夾持體積細小的物體，如螺帽及小元件等。
(iii) 開線鉗(Wire Stripper)
開線工具。用來剝去電線的膠皮護套。
(iv) 起子(Screw Driver)
裝配工具。主要用作鎖緊或鬆脫螺絲。
(v) 手鎚(Hammer)
敲擊工具。手鎚又稱鐵鎚，用來產生重擊力量。
(vi) 膠鎚(Rubber Hammer)
敲擊工具。用來裝配或敲擊一些金屬薄片，使它成形。
(vii) 電路筆(Circuit Pen)
製圖工具。用來在印刷電路板上繪製印刷電路圖。
(viii) 電烙鐵(Soldering Iron)
銲接工具。主要用作銲接電路的導線和元件。
第九章 電子測量儀器的使用
在電子與電學中最常使用的測量儀錶有電流錶及電壓錶。
電流錶(Ammeter)
電流錶又稱電流計或安培計，是用來測量電流強度的儀錶。圖10.1所示的是動圈式電流錶的結構原理圖，圍繞在鋁架上的活動線圈套在鐵心上，並通過承軸放置在永久磁鐵的兩磁極間。這樣，當電流通過線圈時，線圈所產生的磁場便會與永久磁鐵的磁場發生相互作用，使線圈產生電磁力矩作用，而線圈轉軸和指針便會一起轉動。但轉軸上的兩個游絲卻阻礙著轉軸轉動，當游絲的反抗轉矩等於線圈的轉動力矩時，線圈就會停止轉動，而指針也因為同時作了一定角度的偏轉而停止轉動。通過線圈的電流越大，線圈和指針偏轉的角度便越大。所以根據指針偏轉的角度便可以測量到通過線圈電流的大小。通過線的電流越大，指針的偏轉也越大。如果改變通過線圈的電流方向，線圈的電磁力矩會令它和指針作相反方向移動，因此動圈式電流錶只能用作測量直流電流。 圖10.2：電流計的接駁方法
當使用電流錶測量電流時，必須要將電流錶與待測電路連接成串聯(如圖10.2)。連接後，導線(線圈)含有一定的電阻，導致線圈上產生一定的電壓降。而線圈的電阻(又稱為線的內阻)越大，電路的總電阻便越大。根據歐姆定律，通過電路的電流將會因加入電流錶而減小，那麼，測量電路電流的準確性便要取決於電流錶內阻的大小。內阻越小，測量電流的準確性就越高，因此電流錶的內阻值都很小，例如50Ω。
圖10.3：電流錶
電壓錶(voltmeter)
電壓錶又稱為伏特計。由於電流錶的線圈(導線)含有一定的內阻，當電流通過電流錶時便會產生一定的電壓降，電流錶的電壓降與通過它的電流成正比例，根據這個特點，如果把電流刻度改為電壓刻度，電流錶就可以用來測量電壓。簡單來說，電流錶也可改裝為電壓錶。
一般電壓錶只能測量較低的電壓(約數十微伏(mV))，至於測量較高壓時，它必須串聯接上一個適當數值的電阻器和把電壓錶刻度作相應修改，這樣電壓錶才可以測量更高的電壓。

圖10.4：電流錶(左)及電壓錶(右)
使用電壓錶測量電壓時，電壓錶需與待測元件連接成並聯。而電壓錶所測出的是其內阻與待測元件的電阻電壓。也就是說，電壓錶所測出的並不是待測元件的實際電壓。因此測量電壓的準確性將取決於電壓錶內阻的大小。即內阻越大，測量電壓的準確性就越高。因此，一般要求內阻高的電壓錶。
直流電源供應器(DC Power Supply)
使用直流電源供應器能為電路提供源源不絕的直流電流。直流電源供應器就像一個永遠消耗不完的電池，你可以隨意選擇提供的電壓。一般的直流電源供應器能提供一至十二伏特的直流電，只要把電源供應器的兩個輸出插頭接駁到電路中，就能為電路提供電能。
圖10.6：電源供應器
邏輯探針(Logic Probe)
在電子電路裡，很多電子零件都會以邏輯電子訊號作溝通或啟動另一組零件。所以當電子電路操作出現問題時，我們可以檢查電路中各電子零件所發出或接收到的電子訊號，以便找出有問題的零件把它更換。負責探測電子電路訊號的工具是邏輯探針，它能探測電子電路在某個位置時的邏輯狀態。電子工程師在檢查電路時總會帶著邏輯探針，以便隨時使用。

第十章 基本電子元件
電阻器(Resistor)
電流在導體中流動並不是暢通無阻的。在常溫下，導體的電流總會遇上一定的阻力，在電學上稱這個阻力為導體的電阻。影響導體電阻大小的因素有三個，分別是：導體的材料、長度及橫切面面積。導體的長度越長，電阻越大；橫切面積越大，電阻越小。

圖11.1：各種不同的電阻器 圖11.2：電阻器的電路符號
由於不同材料的導體有不同的原子結構，它們對電子流動構成的阻礙也不同，因此不同材料的導體所表現的電阻也不同。

圖11.3：電子在不同材料中流動會遇到不同的阻力
如果要比較各種材料的導電性能，我們可以把各種大小相同的材料，放到相同溫度的環境中測試它們的電阻值，便會發現它們的電阻值都不同。
總括來說，可以得出以下結論：
-金屬是良好的導電體
-碳(石墨)也是導體，但沒有金屬的導電效果那麼好
-鹽水比碳(石墨)的導電能力更低
-水是最壞的導電體
所有導電體其實都有電阻，但是電阻值不大；碳(石墨)比金屬有更大的電阻，水則有更大的電阻，但是放了鹽後水的電阻值便會降低。
電阻系數是衡量材料導電性能的值。一般來說，不同材料的電阻系數是不同的。電阻系數大的材料，其導電能力較差；相反材料的電阻系數低，導電能力就會較好。下表列出一些常用材料的電阻系數，其中銀的電阻系數最低，也就是說銀的導電性能最好。
材料 電阻系數(每米的電阻值) 導電能力
鋁 0.00000026Ω 中
黃銅 0.00000006Ω 高
碳 0.000035Ω 低
紅銅 0.00000017Ω 高
銀 0.000000015Ω 最高
鎢 0.00000056Ω 中
表二：不同物料的電阻值
在電子世界裡，電阻器(resistor)是我們最常用的電子零件，它是控制電路中的電流量。最初科學家將一些不導電的物料粉末與碳粉混合，以控制電流流過這堆混合物的流量。其後他們把這些混合物倒模成形，並在兩端加上導線，製成今天常見的電阻。我們更可以透過改變物料的成份或其組合去改變電阻的電阻值。
電容器(Capacitor)
電容器是由兩片距離放得很接近的平行金屬片所組成的，它們中間夾著一些絕緣物質(稱為電介質dielectric )。電介質的材料通常是空氣或是一片薄塑膠。

圖11.7：各種不同的電容器
電容器是可以儲存電荷，而且充電和放電都需要一些時間。電容器能儲存多少電荷是受到以下因素影響的：
1. 1. 連接著電容器的電池電壓：電壓越大，能儲存的電荷便越多。
2. 2. 金屬片的總面積：面積越大，能儲存的電荷便越多。
3. 3. 金屬片之間的距離：兩塊金屬片距離越接近，所儲存的電荷便越多。
因此如果要電容器儲存大量的電荷，便可以利用多塊金屬片，並把它們近距離放置。
平日常用的電解質電容器可以容納很多電荷，它是由兩片鋁片捲曲而成的，令電容器的體積可以變得更小。而鋁片的表面很粗糙，令它的表面面積更大，這樣便可容納更多電荷，而兩塊金屬片之間是夾著吸有導電物質的紙。使用電解質電容時要注意接駁的方向，有凹痕或圖示的一端要接駁往正極的方向，而另一端則接駁至負極的方向。

圖11.8：如果要電容器儲存大量的電荷，可以利用多塊金屬片放在一起。

開關掣(Switches)
開關掣的主要作用是接通或截斷電路，當有意外發生時，它更是一個截斷電源的安全掣。開關掣主要是由一個移動金屬觸點及兩片(或更多)金屬片組合而成的。

圖11.9：按鈕開關
(i) 按鈕開關(push button)
按鈕開關分為按開"push-on"及按關"push-off"兩種。顧名思義，按下"push-on"按鈕時會接合電路；按下"push-off"按鈕時會截斷電路。這兩種按鈕分別有不同的符號，視乎它是哪種類型。我們家裡檯燈所使用的按鈕則是"push-on"及"push-off"按鈕的混合版。

圖11.10： “push-on”及”push-off”開關鈕
(ii) 滑動開關(slide switch)及捺跳開關(toggle switch)
圖11.11和圖11.12顯示了這兩種開關掣的外形，這類型開關掣一般都是單刀雙擲(single throw double pole)或雙刀雙擲(double throw double pole)兩種。刀(throw)的意思是指開關掣中有多少可移動的接點，而擲(pole)就是指移動接點能往多少個方向扳動。因此在雙刀雙擲的開關掣中就能同時開動兩組電路。

(iii) 電磁繼電器(relay)
電磁繼電器內有一個電磁鐵及一組開關掣。當電流流入電磁鐵線圈時，電磁鐵會產生磁力，吸引開關掣的移動觸點，從而接通或截斷電路。因此我們只需在磁鐵端通過很低的電流，開關掣就能夠啟動。

(iv) 簧片開關(reed switch)
開關器內有兩片由鐵磁性物質製成的簧片，它們很容易被磁化或退磁。開關器的觸片放在一個充滿氮氣而又密封的玻璃管中，當一塊磁石移近開關器時，兩片簧片就會被磁化而互相吸引，從而接通電路；但當移開磁石時，兩片簧片就會分開，就會截斷電路。

圖11.17：簧片開關
電池(Battery)
電池組的能量是由電池組內的化學作用而產生的，電池內含有兩種可以製成電極的導電物料，這些物料是浸在電解質中的。而電極和電解質之間所產生的化學作用會導致電荷分離，形成離子及自由電子。這樣，兩個電極之間就會出現電位差，而電池也能提供電壓。
我們常用的乾電池分為鹼性電池及碳性電池，他們能提供1.5V 的電壓，而另一種方形電池就是由六顆1.5V的電池串聯組成，因此它能提供9V的電壓。日常大部份的手提電器，例如玩具或照相機都會使用乾電池的。

圖11.19：不同類型的電池
使用電池的目的就是為電器提供一個穩定的直流電壓及固定的極性。電池的質素是以它的內阻作衡量，當電路有負載出現，電池的內阻會影響它本身的電壓輸出。一般來說，低的電池內阻能為電路上的負載提供一個固定的輸出電壓。相反高的電池內阻雖然仍能提供一個穩定的負載電流，可是會令輸出電壓下降，影響電路的表現。
如果我們需要一個較高的電壓，而要求的電壓較單一顆乾電池所能提供的電壓還要高時，我們就需要把電池一顆一顆的串聯起來，這樣電池輸出的總電壓就相等於每粒乾電池電壓的總和。電池並聯連結除了能提供相同的電壓外，也能提供更大的電流。這樣把電池組合起來的我們稱之為電池組。
馬達(Motor)
馬達是一個換能器，它能把電能轉換成機械能，即是利用電流中不同的電子訊號把物件推動。
馬達是電磁場的實際應用例子。馬達的種類也有很多，有的像一塊方糖般細小，有的則像磚塊一樣大。小的只能推動很小的重量，相反大的就能推動以噸計的物件。此外，更有直流電馬達及交流電馬達。雖然馬達有這麼多的種類，但它們的操作原理都是相同的。
電流流過一組線圈會產生強大的磁力。根據同性相斥、異性相吸的原理，馬達的軸芯就會轉動，並把電流轉換成動能。

圖11.21：馬達切面圖
圖11.21是一個簡化的馬達切面圖，這個馬達裡有一組線圈，並連接到電樞(armature)和軸芯(axle)，它會隨著磁力而作出轉動的反應。同時馬達內有一組換向器(commutator)，當軸芯的線圈轉到一半時，流通軸芯線圈內的電流會作反方向轉動。這樣，馬達內的兩個線圈就會處於同性相斥的狀態，因此會繼續旋轉。
有些馬達能輸出均一的速度，有些則會隨著電流及電壓的轉變而改變轉速。另外，馬達的負載也直接影響馬達的轉速，很明顯，重的負載會令馬達的轉速減慢。
直流電馬達及交流電馬達是不可互相對換的，因為使用錯誤的電源會令馬達受損，而太重的負載亦會損害細小的馬達。
邏輯元件(Logic Gate)
無論是複雜或簡單的數位元件，都是由幾個基本電路組成。這些基本電路稱為邏輯元件。邏輯元件執行某些特殊二進位邏輯功能。
「與」門(AND gate)：各個輸入端的信號都是高電平時，輸出才會是高電平。
「或」門(OR gate)：任何一個輸入端的信號是高電平時，輸出端就會是高電平。
「非」門(NOT gate)：只有一個輸入端和一個輸出端，當「非」門的輸入端處於高電平時，其輸出端就會是低電平；相反，當「非」門的輸入端為低電平時，輸出端便會是高電平。
「與非」門(NAND gate)：由一個「與」門和一個「非」門串聯而成的。由於「與非」門是「與」門和「非」門的串聯，所以只有當所有輸入是高電平時，其輸出才會是低電平。
「或非」門(NOR gate)：由一個「或」門和一個「非」門串聯而成的。當所有輸入均為低電平時，其輸出才會是高電平。

第十一章 電壓、電流和流動電子
日常生活中，電子負責扮演一個非常重要的角色，它們能點亮電燈、煮熟米飯、操作電子裝置以及其他許多許多的工作。學習電子，了解如何控制它，乃是電子學的主要課題。
原子(Atom)
物質是由原子組成。隨意取一種物質，譬如是水，把它一而再、再而三的細分，分到無法再分的時候，這粒子仍然保有水的特性，我們稱它為分子(Molecule)。水分子可再分為更小的粒子，但這樣的粒子卻不在具有水的特性，我們稱它為原子(Atom)。原子是物質的基本單元。而原子可以再細分，成為電子、質子和中子三種粒子。這三種粒子是組成所有物質的基本粒子。
質子和中子組成了原子核，而電子就圍繞原子核旋轉。電子的質量很輕，以極高的速率運轉。拿太陽系作比喻，原子核就似太陽，而電子代表行星，且電子繞行原子核的軌道就好比行星繞太陽運轉的軌道。
電流(Current)
電子學中把電流定義為電荷由某一點流向另一點。電子帶負電荷，因此若能把電子由一點移向另一點就可以得到電流。但在移動電子之前，必須從原子中獲得自由電子。

圖11.2 電子流由電路的負極流向正極
電流可以通過的物體稱為導體，例如鐵、銅、鋁等都是良好的導體。不容許電流通過的物體稱為絕緣體。絕緣體再電機、電子的工作上十分重要，例如電線上的塑膠材料使人免於電擊的危險。
電流的單位是安培(Ampere)。安培可簡稱安(Amp)或A來表示。事實上在電子的應用來說安培單位太大，因此用計量字首表示較小的單位：如毫安(mA)為1安培的千分之一，微安(μA)為1安培的百萬分之一。也就是1000毫安或1,000,000微安等於1安培。在電子學中常用「I」來表示電流。你可以用I=2A表示電流為2安培。
電路(Circuit)
最簡單的電路包括電源、負載，以及連接電源與負載的導體。我們通常把電池當作電源，用以供應定向電流所需的能量。
負載是能執行有用功能的電氣裝置，例如能產生光亮的燈泡，能產生物理作用的馬達、發聲的電鈴、發熱的電熱器等等。不論是何種負載，都要有電流通過它才能產生作用。電路的第三部份即為連接電源至負載的導體，它提供電流的路徑。導體可為一段銅線、一片鋁片、汽車上的框架等。
圖11.3 簡單的電路
圖11.3為包含一個電池、一個燈泡、銅線的完整電路。電池提供流動電流所需的能量，使得導體中自由電子以圖示方向流經燈泡。電子流是由電池負極發源負電荷，推動導體中的自由電子，然後被正極吸引，流經燈泡。當然電池的化學反應能源源不絕地供應負電子，以使電流維持一段時間。
電流通過電路中的燈泡，它們燃燒燈泡中的鎢絲，鎢絲漸漸變熱，燈泡就可以發亮。只要電流夠強，燈泡就會亮下去。
電壓(Voltage)
除非施加外力，否則電流不會在電路中流動。在之前的電路中，電流供應此外力，就是把化學能變成電壓，將負電荷與正電荷分開。這些電荷產生壓力，推動電流並執行有用的工作。這就是所謂的電壓。

圖11.4 電壓使電子在電路中流動 圖11.5 沒有電流之處仍有電壓存在
電壓的單位是伏特(Volt)，簡稱V。伏特的定義是使一安培的電流能通過一毆姆(Ω)電阻所需要的壓力。伏特也可以用計量字首來表示較大、較小的電壓。毫伏(mV)等於千分之一伏特，微伏(μV)等於百萬分之一伏特，千伏(KV)等於一千伏特，百萬伏(MV)等於百萬伏特。

第十二章 基本電路理論
歐姆定律(Ohm’s Law)
在電子線路中，電壓、電阻、電流三者之間的數值互有關聯，貫通三個量的定律就是歐姆定律。
歐姆定律說明了電流和電壓成正比，而電流和電阻則成反比。用數式表示就是電壓=電流x電阻(即V=IR)，V 代表電壓，I 代表電流，R 代表電阻。因此若電阻維持固定值，則電壓越高，電流越大；反之，電壓越小，電流越低。然而，電流也可由電阻來決定大小：若電壓固定不變，則電阻越大，電流越低；電阻越小，電流則越大。
以下是一個例子，如果流經一個100Ω電阻的電流為1A，那麼電阻兩邊的電壓就等於 100 x 1 = 100V。




圖12.1：歐姆定律




串聯電路(series circuit)
串聯是指在電路裡把負載一個接一個順序地連接起來。而以這方法把負載連接起來的電路稱為串聯電路。
圖12.2：串聯電路
圖12.2所示的是由三個電燈泡組成的串聯電路。在串聯電路中，負載是一個接一個的連接，因此，通過各負載的電流不單相同，而且也等於電源所提供的總電流。I 1 =I 2 =I 3 =I
如果我們在每一個負載之間都接上電流錶，我們可以看見每一個電流錶的讀數都是一樣。這就證明了串聯電路中，流過每一個負載的電流都是相等的，也即是電流在串聯電路裡的任何位置也是相同的。
我們可以作另外一個實驗：把三個電壓錶分別連接到各負載的兩端，你會發現三個電壓錶的讀數總和正好等於電源的電壓。
並聯電路(parallel circuit)
在電路裡，連接負載的另一個方法是並聯，就是把各負載的一端連接在一起，而另一端亦同樣地連接在一起，這種電路連接方法叫並聯電路。

圖12.3：並聯電路
圖12.3中是由三個燈泡組成的並聯電路，三個燈泡都分別接上電池的兩極，因此，三個電燈泡都獲得相等於電池組兩端的電壓。
現在我們把電路及支路串上電流錶。由於各燈泡的特性都是一樣的，所以各支路電流錶的讀數都是0.06A ，而電路電流錶的讀數則是0.18A ，電流錶的讀數正好說明了並聯電路中各支路的電流是等於電路的總電流。
電路符號(Circuit Symbol)
在電子與電學的世界裡，我們經常都要繪畫電路圖。但如果電路圖中的每一元件都要完整地繪畫出來，那麼便要花上很多時間才能畫完一幅電路圖。因此，在繪畫電路圖時，我們會採用符號來表達每件元件以節省時間。可是如果符號並不統一的話，那麼我們畫的電路圖，別人便看不懂了。所以電路符號都是統一的，以下就是一些常用電子元件的電路符號：