電流

發光二極體（Light Emitting Diode，縮寫為LED）是你在實驗中使用的第一個電子元件之一，因為它使用簡單且由於其特性，非常適合探索我們所學概念。 有各種不同種類的LED，用於不同的應用與用途。有些非常小，適用於網格。有些是高功率的，例如用於汽車照明。 在這裡我們將討論常用於原型製作的5mm LED。 這種LED有2個引腳，一個是陽極，另一個是負極。 通常陽極比負極長： 我們將陽極連接到+正極，將負極連接到-。重要的是不要顛倒這個順序，否則LED將無法工作。 注意，負極的引腳較短，但如果引腳被剪斷，可能難以確定哪個連接是負極——對於5mm LED來說，負極的形狀會有一個小切口，不像陽極那邊的形狀是一個完美的圓形。 它的工作原理與二極體完全相同，只是它能發出光。以下是它的引腳與二極體連接的對比圖： LED就像是一個微小的燈泡，有多種顏色選擇： 當一定的電壓和電流通過引腳時，LED將發光。我不會解釋原因，只需知道這是材料在電流通過時的反應。 你已經看到如何使用電池和電阻點亮LED。 我們使用電阻限制通過LED的電流，否則LED可能會燒毀，因為LED具有極小的電阻量，因此電路中流經的電流過大。 警告：過高的電壓/電流也可能導致LED爆炸。 通過使用電阻，一切都正常工作。 根據電阻的值，LED上的電壓跌落值將不同。 這裡是一個3kΩ的電阻示例。LED的電壓跌落為1.87V（實際值會根據LED型號而有所不同）。電阻將限制電流並造成7.12V的電壓降。 如果我們使用了300Ω的電阻，LED的電壓降為2.10V，電流為22.9mA。 多大的電流算過大呢？這由LED制造商在產品規格表上確定。Elegoo電子元件套裝中的5mm LED提供了這份數據表https://www.superbrightleds.com/moreinfo/through-hole/5mm-red-led-15-degree-viewing-angle-5000-mcd/282/1209/，其中指出連續正向電流為50mA，峰值為100mA。 如果我們將2個LED串聯起來，將第二個的陽極連接到第一個的負極，我們會發現它們都會引起1.85V的電壓降（和之前的1.87V差不多），而電阻引起的電壓降比之前小，只有5.29V： 不同的LED具有不同的電壓降，這還取決於顏色，稱為額定正向電壓，可以通過直接測量獲得。它的範圍從1.7V到4V。 LED需要一定的電流才能正確發光，通常從5mA到30mA。 這裡有3個串聯的LED： 如果我們將9V應用到電路上，我們會看到它們發出相當亮的光，因為電流為13.3mA： 但如果我們添加第四個LED： 應用相同的9V將導致光亮度大大降低，因為現在電路中的電流只有5.72mA，不足以發出明亮的光：

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。

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。