基本定律
這章是你整學期用最多次的工具。KCL 和 KVL 看起來簡單到不像定律,但第 3、4 章的所有方法都只是「怎麼有系統地列 KCL/KVL」而已。這章沒練熟,後面會很痛苦。
- 2.2 歐姆定律 Ohm's Law
- 2.3 節點、路徑、迴路 Nodes, Branches, Loops
- 2.4 KCL
- 2.5 KVL
- 2.6 串聯與分壓
- 2.7 並聯與分流
- 2.8 Y-Δ 轉換
歐姆定律:電阻就是水管的粗細
同樣的水壓,水管越細,水流越小。電阻就是水管的細。
細水管(大電阻)=水難過去(電流小)。粗水管(小電阻)=水衝過去(電流大)。
套 v = iR 之前先看方向:電流要從電阻的 + 端流進去,這條式子才是 v = +iR。方向相反就是 v = −iR。第 3 章列式時這裡最容易掉負號。
先學會數:節點、支路、迴路
把電路想成水管網:
節點 (node)=水管的接頭。重點:用一段純導線連起來的,全部算同一個節點,不管畫得多開。
支路 (branch)=一段水管(一顆元件)。
迴路 (loop)=繞一圈回到原點的路線。
數節點是最常出錯的第一步。看到一條線把兩個點連起來、中間沒有任何元件 → 那是同一個節點。先把所有導線塗成同一個顏色,再數有幾種顏色,就不會數錯。
KCL:接頭不會存水
水管的接頭沒有肚子,流進去多少就得流出來多少。不可能有水憑空消失或囤在接頭裡。
就這樣。這就是 KCL。
KVL:繞一圈回到原點,高度不變
你在山裡走一圈回到出發點,總爬升一定等於總下降,因為你回到同一個高度了。
電壓就是高度。繞任何一個迴路一圈,電壓的代數和是 0。
符號一致比符號正確重要。你可以選順時針也可以選逆時針,可以選「先碰 + 記正」也可以反過來——但整題只能用同一套。中途換規則是最常見的丟分原因。
串聯分壓、並聯分流
串聯=水管接成一條長的。水流一樣大(電流相同),但每一段都分掉一點水壓。管子越細分到越多壓力。
並聯=水管分岔。壓力一樣(電壓相同),但水會挑好走的走。管子越粗分到越多水。
分流為什麼用對方的電阻?因為並聯時電壓一樣,電流反比於電阻。電阻小的分到的電流多——所以 i1 大的時候 R1 應該要小,分子當然放 R2。想通一次就不用背了。
Y-Δ 轉換:卡住的時候才用
有些電路你會發現:找不到任何兩顆電阻是純串聯或純並聯。這時候就卡住了。
Y-Δ 轉換就是把三顆排成「Y 字形」的電阻,換成排成「三角形」的三顆(或反過來),換完之後串並聯就出現了。像把拼圖轉個方向就塞得進去。
什麼時候該想到它?當你盯著電路超過一分鐘、找不到任何串並聯可以化簡時。這是唯一的訊號。平常不要亂用,會越算越複雜。