第三章不同形式的系统.doc

電子系統 1 電子系統的優點和限制 2 2 電子系統 2 (a) 輸入子系統 2 (i) 開關掣 3 (ii) 光敏感應器 3 (iii) 溫度感應器 4 (iv) 脈動產生器 4 (b) 處理子系統 5 (i) 晶體管開關 5 (ii) 邏輯門 6 (iii) 二進制計數器 8 (iv) 觸發器 10 (v) 放大器 10 (vi) 比較器 11 (vii) 類比與數碼轉換器 11 (viii) 集成電路 13 (c) 輸出子系統 14 (i) 燈泡 14 (ii) 發光二極管 14 (iii) 電磁線圈 15 (iv) 蜂鳴器 15 (v) 揚聲器 15 (vi) 電動機 16 (vii) 繼電器 16 3 電子控制 17 (a) 基本概念 17 (b) 電路圖符號 17 (c) 設計電子控制電路 18 (i) 設計實例 18 (ii) 安全措施 21 練習……………………………………………………………………………………..…22 電子系統 1 電子系統的優點和限制 電子系統有不少優點，例如： 體積較小、重量輕巧，例如：： 圖1 (a) 傳真機 (b) 磁碟機 不過，電子系統亦有不少的限制，例如： 傳送電子信號時容易受到干擾，例如：電場、磁場等。 在惡劣環境下(例如寒冷、高溫和潮濕天氣等)，未必能正常操作。 開發成本高昂，生產線亦需要大量投資才能運作。 電子元件和電路板比較脆弱，受到碰擊時容易損毀。 功率較低，所以必須與機械系統配合才能發揮較大的驅動力。 電子元件和電路板修理困難，發生故障時多數需要更換。 2 電子系統 電子系統可以分為三個子系統：輸入子系統、處理子系統和輸出子系統。 (a) 輸入子系統 輸入子系統包括各種輸入元件和電路，例如：開關掣、光敏感應器、溫度感應器和脈動產生器等。 (i) 開關掣 開關掣的主要用途是讓電路的電流流通或切斷，它亦可以用來切換電路。開關掣的種類繁多，包括：按扭式、搖桿式、滑動式、轉動式、感應式(圖 2)等。設計電子系統時可按實際情況選擇合適的開關掣。圖3顯示一些開關掣的電路符號。 (a) 按扭開關掣 (b) 滑動式開關掣 (c) 轉動式開關掣 (d) 感應式開關掣(手提式攝影機) 圖2 不同種類的開關掣 (a) 一般符號 (b) 按鈕開關掣 圖3 開關掣的電路符號 (ii) 光敏感應器 光敏感應器是一種可變電阻，它的電阻值會根據光線的強弱程度而改變(圖4)。當光線暗淡時，電阻值增大；光線強度增加時，它的電阻值會減少。所以，它可以通過光敏感應電路來把光暗變化(光信號)轉換為電流或電壓的變化(電信號)。光敏感應器主要用在自動控制、紅外線探測等。 圖4 (a) 光敏感應器 (b) 光敏感應器電路符號 (iii) 溫度感應器 熱敏感應器利用溫度改變來影響電阻值，常用於溫度感應開關電路。常用的熱敏感應器在低溫時電阻值較大；在高溫時電阻值則減少。熱敏感應器有許多用途，例如：在火災警報器中用來探測高溫，在電子溫度計中用來測量人體溫度(圖 5)等。 圖5 (a) 電子溫度計 (b) 熱敏電阻 (c) 熱敏電阻電路符號 (iv) 脈動產生器 脈動是指電壓或電流在短暫時間內產生明顯變化的現象。假如把脈動電壓(垂直軸)隨時間(水平軸)的變化畫作波形，便可以顯示脈動電壓的高低變化。脈動波形的例子包括：方波、三角波、鋸齒波、鼓動波等(圖7)。 圖6 脈動產生器 圖7 (a) 三角波 (b) 鋸齒波 (c) 鼓動波 方波便是常用的脈動波，因為它的波形可以明確分辨高電壓和低電壓，可以用來代表數碼信號1和0(圖8a)。所以，方波常用作數碼系統的輸入和輸出信號。在理想的情況下，數碼電路的電壓只可能有高電壓與低電壓，而不存在中間的狀態。不過，實際的方波很難達到這理想的狀態，通常會如圖8b所示。 圖8 (a) 理想的方波 (b) 實際的方波 脈動產生器可以應 用在高電壓脈動的電路，並且可改變脈動的強度。脈動產生器可驅使照相機的閃光燈發光，因為它能夠瞬間提供高電壓給閃光燈的燈泡。 (b) 處理子系統 電子系統中的處理系統會把輸入的電子信號按指定的規則來改變，處理後的電子信號便是輸出信號。處理電子信號的元件和系統有許多，例如：晶體管開關、邏輯門、二進制計數器、觸發器、放大器、比較器和集成電路等。 (i) 晶體管開關 晶體管(俗稱為原子粒)是一種常用的電子元件，它有許多用途，例如：開關電路、放大電流、放大電壓等。晶體管是由三片p-型和n-型的半導體組成，可以排列成p-n-p或n-p-n的結構，分別稱為PNP型和N