在電子系統中，我們可以有不同的元件執行不同的工作，結合在一起形成一個電路。 在一個典型的電路中，我們有一個電壓源，以及具有某種功用的裝置。 電壓源可以是電池，或者例如提供電力的Arduino板。 假設電壓是5V。我們有一個正極和一個負極。 如果我們使用一根電線將這兩個極直接連接在一起，我們將會產生一個短路。 短路是非常糟糕的情況，也是電路中問題最常見的原因之一，在實踐中，我們采取各種預防措施，因為它可能導致我們的設備和元件受到嚴重損壞，使它們無法使用。 即使在1.5V電池的情況下，正極和負極之間流經的電流也可能引發火災（我不建議嘗試，但這是一種在露營時忘記打火機時點燃火源的酷技巧）。 想像一下如果是一個更大的電池會發生什麼。某些電池（包括您手機中使用的電池）將在短路時爆炸。 總之，盡一切可能避免短路，並要注意。

如果你將電池的正極和負極連接在一起，流過的電流將會過大，並會對電池造成損壞。電流過大，需要受到限制。 我們需要引入電阻的概念，它是對電流流動的一種限制。 電阻限制了電路中的電流流動。電路中的每個元件都有一些電阻，即使是電線的電阻也很低。 電阻的單位是歐姆(Ω)。 1歐姆被定義為1伏特除以1安培： 1 Ω = 1 V / 1 A 這就是我們所說的歐姆定律：R = V / I，其中R是電阻的符號，V是電壓的符號，I是電流的符號。 由此可得： V = R * I I = V / R 電阻器是一種專門提供一定電阻的元件。 我們有不同數值的電阻器。在電路中常見的有220Ω、1kΩ、4.7kΩ、10kΩ等。 根據歐姆定律，在你知道電池提供的電壓和電路元件提供的電阻時，可以計算電路中的電流。 例如，如果電池提供5V，電路提供1kΩ的電阻，則流過的電流將為5mA。

什麼是電壓？ 我們可以將電壓的概念簡化為電子從較高電壓區域流向較低電壓區域的電位差。 我們用伏特（V）來測量電壓。 電壓越高，電路中流動的電子越多，這就是我們所謂的電流。 想像一個帶有LED燈的電路。你用一個1.5伏特的電池給它供電，LED燈稍微亮起來。如果你再加一個3伏特的電池，燈光就會更亮，因為電路中有更多的電流在流動。 地球的電位為零，也就是0伏特，我們稱之為地。 電壓是一個相對的度量。它測量兩點之間的電位差。所以當我們說5伏特時，是相對於地。 大部分商用的直流電子設備運行在5伏特或12伏特。 AA電池提供1.5伏特的電力。這表示電池的+極端比-極端高出1.5伏特的電壓。一些設備會使用多個串聯連接的電池來提供更高的電壓，例如用2顆電池串聯連接來提供3伏特。 你的家庭使用230伏特（歐洲）或110伏特（美國）的交流電，而不同的國家可能有不同的值。 這就是為什麼設備需要不同的變壓器才能在不同國家運作。 我們可以使用多用途測量儀之類的工具來測量電壓。

在所有的專案和解釋中，我會使用不同的術語來識別同一件事情。 特別是我可能會提到「-」、「0V」、電池的負極、地線、「GND」和「Vss」。 它們都指的是電池的負極，也就是0V的位置。 另一方面，我會提到「+」、「Vcc」、「Vdd」或正極。 這是指電池的正極，其確切值會根據使用的電池或電源不同而有所變化，如9V、3.3V、5V等等。 為什麼會有這麼多術語呢？不同系列的電子零件採用了不同的縮寫： TTL（晶體管 - 晶體管邏輯）元件使用「Vcc」和「GND」。 CMOS（補充性金屬氧化物半導體）元件使用「Vdd」和「Vss」。

如何使用電表測量電壓、電流和電阻 數位多用途電表是一個方便的工具，你在入門時需要的幾個工具之一。 有很多種類的多用途電表，從非常便宜的（約10美元）到感覺非常便宜的這款： 除非你是從事非常專業的領域，否則你可以花30美元買一個很好的電表。 我花了30美元買了這個做工非常好的電表： 這兩者之間在大小和質量上有很大的差距： 你也可以看到其中一個有一個10A的端口，另一個有一個20A的端口。這意味著在熔斷保險絲之前，其中一個可以測量高達20安培的電流，另一個半對半。 在大一點的那款中，mA端口可以測量高達500mA的電流，而在小一點的那款中，則是200mA。 此外，你還可以使用一根特殊的電纜測量溫度。它還有一個燈，等等。 數位多用途電表還可以測量電壓（電壓表）、電流（電流表）、電阻（歐姆表）、容量、頻率等等。 它是一個集成了很多工具的工具。 我會向你展示如何測量前三項。 如何測量電壓 讓我們從測量電壓開始。拿一個電池，選擇“V”符號： 將黑色接頭連接到COM（共地），紅色接頭連接到V符號，然後將電纜的另一端連接到+和-電池端口： 如何測量電阻 現在我們來看如何測量電阻。 將兩根電纜連接到電阻的兩端，並在多用途電表上選擇“Ω”符號： 這是一個220Ω的電阻。 這是便宜多用途電表上的相同測量結果： 請注意，之前我們不需要設定刻度，它是自動確定的。如果電阻對於該刻度來說太低或太高，你需要在200、2000、20K、200K、2000K這些點之間進行調整，看哪個給出了有意義的結果。 例如，在這裡，我選擇了20K刻度，顯示器顯示0.22。20K表示它可以測量高達20KΩ。在這種情況下，0.22表示它是1KΩ的0.22倍： 有點令人困惑，對吧？這不是最佳的解決方案，所以我建議你選一個可以自動確定刻度的多用途電表。 如何測量電流 我先向你展示如何測量電壓和電阻，因為它們的工作方式類似：將連接器並聯到我們要測量的元件上。 測量電流則不同。我們需要將多用途電表串聯起來，使電流通過它。 另外，根據你的多用途電表不同，你可能需要改變電纜的插入點。在這個例子中，我使用第4號插口測量電壓和電阻，但是測量電流需要使用第1號插口（高電流使用第2號插口）： 要測量電流，讓我們構建一個小電路。在這個例子中，我有一個可調節電阻，可以點亮一個LED： 這兩根電纜將LED的負極連接到將電路連接到接地的引腳。這很重要：你不應該通過直接連接多用途電表到電纜來測量元件上流經的電流。你需要使多用途電表成為電路的一部分。 多用途電表就像一根電線一樣。 在多用途電表上，你可以選擇電流測量的刻度。我們將它設置為“mA”，但可以切換到“uA”，以用微安代替毫安進行測量： 你得到了753uA，這相當於0.753mA。 這是使用黃色多用途電表進行的相同測量，這個例子中用於測量小電流的端口與我們用於電壓和電阻的端口相同：

在這張圖片中，您可以看到一個簡單的電路，包含電池、電阻和LED。 這些元件被放置在一個小白盒子裡，稱為麵包板： 麵包板的一側有17組5個互相連接的元件，另一側也有17組互相連接的元件： 在麵包板的底部，一組中的5個孔是互相連接的，因此我們可以輕鬆地建立電氣連接。 這是一個用於簡單原型開發的小板子。 這是一個更大的板子： 原理相同，我們在外圍有更多的元件，這些元件被包裹在紅線和藍線之間： 在這種情況下，這些元件是與內部的5元素集合相互連接的長度方向和正交方向上的連接： 它們用於將電池（或其他電源）的正極和負極連接到板子上，因此您在板子上的元件可以輕鬆接觸它們。 通常使用紅色的線表示 + 正極和黑色的線表示 - 負極： 通常使用麵包板進行電路的原型開發： 一旦您準備好繼續，可以將其焊接到一塊穿孔板上。

電流是在兩個電壓不同的點之間的電子流動。 它以安培（A）為單位進行測量。 我們有2種類型的電流：交流電流（AC）和直流電流（DC）。 有人聽 AC/DC 嗎？ 在直流電流（DC）中，電流只會在一個方向上流動，這是由電池產生的電流類型。 在交流電流（AC）中，電流會週期性地改變方向，這是我們連接到家中插座的電網所提供的電流。 這兩種不同類型的電流具有非常不同的特性，它們允許非常不同的用途和應用。 例如，直流電流不適合長距離傳輸電流，我們使用交流電流代替。 大多數電子設備都使用直流電。 這就是為什麼我們使用整流器將交流電變成直流電。 我們也可以做相反的操作，使用被稱為功率逆變器的設備，這在休閒車輛中經常使用。

在這篇文章中，我將向您展示如何使用電位計建立一個LED調光器。 你需要以下四樣東西：一個電位計，像這樣的10kΩ電位計： 一個5mm的LED，你可以選擇任何你喜歡的顏色： 一個麵包板，我們將在上面放置我們的元件： 和一個電池。我使用的是9V電池： 還有一些線。 首先在板子上放置電位計，放在你喜歡的任何位置上，使得2個輸入腳位在板子的一邊，1個輸出腳位在另一邊： 按下它以連接到麵包板上： 現在將-腳位連接到麵包板的藍線上，我們稍後將它連接到9V電池的負極，並將+腳位連接到紅線上，稍後將它連接到9V電池的正極。 對於慣例，我使用黑色線表示-（GND），紅色線表示正向+。 確保電位計完全向左旋轉，逆時針方向旋轉。 現在將一個LED連接到輸出腳位，將LED的最長的線（陽極）放在同一行上。然後將最短的線（陰極）連接到麵包板上的-藍線上： 太棒了，現在連接一個9V電池，你會看到LED仍然關閉（假設你將電位計完全向左旋轉，逆時針方向旋轉，這在示例中相當於一個10kΩ的電阻）。 注意不要將電位計完全向右旋轉，否則LED可能會被損壞，因為流經LED的電流將太大。 稍微向右旋轉它，你會看到燈光逐漸亮起，隨著你降低電阻，燈光會變得越來越強烈。

電阻器的一種使用方式是建立一個電壓分壓器。 如果在電路中將兩個電阻器串聯（一個接著另一個），如下圖所示： 並且在第一個電阻器後面測量電壓降，你會觀察到如果電阻器具有相同的電阻值，例如 1kΩ，則第一個電阻器後的電壓是原始電壓的一半： 這是因為在電路中，任何封閉迴路周圍的所有電壓之和必須為零（這是柯西霍夫電壓定律）。 在第一個電阻器之前測量的電壓與第二個電阻器之後的電壓之差是 ~9V，即電池提供的電壓： 如果將第二個電阻器的電阻值加倍，則第一個電阻器後的電壓降為 3V，而第二個電阻器後的電壓降為 6V： 這意味著我們可以通過使用電阻器來調節提供給元件的電壓。 計算兩個電阻器間電壓的公式，其中 R1 是連接到正極的第一個電阻器，R2 是第二個電阻器，公式為：V * (R2 / (R1 + R2))。

介紹關於電子學的新系列 這篇文章是我想要開始關於電子學的新系列。 電子學是我非常熱衷的領域，我相信它跟程式設計非常類似。我們將輸入轉換成輸出，通過將簡單的元件結合成更複雜的結構來創建有用的系統。 這與我們在軟體程式設計中做的事情很相似，只是電子學更加實際，而且在屏幕前工作時，我們可以暫時中斷，轉而專注於讓我們能創建實際的現實世界項目的工藝中。當你加入像Arduino這樣的可編程開發板時，這就是實際的嵌入式，低層次的程式設計。 我之前有一點談論過電子學，只是不多。 特別是我在《Arduino簡介》（/arduino-introduction/）中談到了Arduino，並且我寫了一篇《Arduino程式語言簡介》（/arduino-programming-language/）的介紹。 然後，我介紹了三個熱門的開發板： Arduino Uno rev 3 Arduino Uno WiFi rev 2 Arduino MKR WiFi 1010 並且我還將Arduino與另一個非常受歡迎的設備，樹莓派進行了比較：[/arduino-vs-raspberry-pi/]。 這就是我在這個博客中關於電子學的範疇。 這些都是非常高層次的。Arduino是一個非常簡單易用的開發板，但在底層它還抽象了很多微小的細節並提供了很多內建設施。 Arduino是一個非常有趣的電子學入門點。 不過，從跟隨“點亮LED”教程到真正掌握電子學還有很長一段路要走。 這個系列的目的是，提供一個更深入的電子學探索。從一個不同角度，避免過多講解理論和數學。 抽象微小的細節，但實際應用這些概念。 為什麼要開始談論電子學？嗯，因為我喜歡談論它、閱讀它、觀看相關視頻，同時我也喜歡使用電子設備和電子元件來創造東西。 當你對電子學和電力有了基本的理解後，將會打開一個嶄新的世界。 在過去的十年裡，我們從一個將電腦安裝在桌子上的社會進化成每個人口袋中都有一台功能強大、連接到互聯網的設備。 我相信在未來，隨著5G、廉價移動網絡以及可再生能源的不斷進步，我們將完全沉浸在比今天更多的電子世界中，而理解這一切的工作原理是一種非常有價值的技能。 這是一個可以為你帶來高薪的技能，同時也是一種可以在DIY和工藝中獲得很多滿足感的技能。 自己製作設備和工具，並且看到它們在現實世界中真的工作，這讓你對自己感到非常自豪。 當然，你可能不會學會如何製作下一代iPhone，但也許你會學會如何創建一個簡化版的計算機，或者如何製作一些很酷的電路。 相比於其他更昂貴的嗜好，這是一個很廉價的選擇。 我是一個程式設計師和工程師，我在高中和大學時學過電子學，但通過這個系列，我想要重新學習電子學，從基礎知識開始，與你一同學習。 首先，我們將深入討論模擬電子學。 我們先談論一些基礎知識： 模擬與數位 電流 電壓 Vcc、接地、… 電阻 短路 你的第一個電路 使用面包板進行原型設計 使用多用表測量電壓、電流和電阻 接著，我們將深入研究電子元件： 電阻器 發光二極體（LED） 二極管 按鈕 電位計 電容器 電感器 開關 變壓器 晶體管 閘流體 七段顯示器 LED顯示器 液晶顯示器 光敏二極體 蜂鳴器和揚聲器 接下來我們將探索讓我們與外界進行接口和獲取數據的傳感器的奇妙世界，包括： 熱敏電阻 熱偶 傾斜傳感器 加速度傳感器 壓力傳感器 振動傳感器 濕度傳感器 聲音傳感器 光敏電阻 光敏閘流體 光敏晶體管 磁感應器 接近傳感器 麥克風 鍵盤 我們將學習如何使用這些傳感器以及如何使用Arduino板進行有趣的實踐：...