机械设计教材电子与感测元件

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1、機械設計教材－電子與感測元件作者：徐業良(1997-07)，修改：蔡㊪成(2001-11-26)，推薦：徐業良(2000-11-29)。附註：本文為元智大㈻機械系大㆔機械設計課程教材，僅限於教㈻㆖㈻生個㆟使用，原書初版由全華科技圖書公司㊞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

2、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

3、姆定律(Ohm’sLaw)」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。VI
(1)R1http://designer.mech.yzu.edu.tw/機械設計教材－電子與感測元件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。㆒般電阻器通常是以不同色碼來表示電阻值，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，

4、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%。ABCD顏色ABC倍數D容許誤差0black00101brown1110±1%2red2210±2%3orange33104yellow44105green55106blue66107violet77108grey88109white9910-1golden10±5%-2silver10±10%圖1.電阻器色碼圖2.5000歐姆的電阻器2http://designer.me

5、ch.yzu.edu.tw/機械設計教材－電子與感測元件除了電阻值外，電阻器另外㆒個重要的規格標示是其所能承受的功率大小。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2P
IR(2)選擇電阻器時首先要確定你所需要的電阻值是多少，電阻值應該都以Ω為單6位，若大於1000時，則以1KΩ來稱㈺，若電阻值為1×10Ω，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

6、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個步驟就是計算流過電阻的電流大小，再以式(2)求其消耗功率，依此再乘㆖㆒個安全係數，求得所需功率。得到電阻、誤差值、功率等規格後，如“0.5Ω±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「可變電阻(VariableResistor,VR)」，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㆖。「光敏電阻(Light

7、DependentResistor,LDR)」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。「熱敏電阻(Thermistors)」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