直流電路分析:歐姆與克希荷夫定律

歐姆定律

/ OHMZ law /

想像水管裡的水。電壓就像推動水的壓力,電流是水實際流動的快慢,而電阻則代表水管有多窄、多彎曲。推得越用力(電壓越大),流量就越大;把水管弄得越窄(電阻越大),同樣的推力下流量就越小。歐姆定律就是把這個直覺寫成一條簡潔的電學方程式,它是整個電子學中最常用的關係。

歐姆定律寫成 V = I times R:電阻兩端的電壓,等於通過它的電流乘上它的電阻值。電壓單位是伏特(V),電流是安培(A),電阻是歐姆(符號是希臘大寫 omega,寫成 Ω)。你可以隨需要改寫:I = V/R 與 R = V/I。舉個例子:在一個 470 歐姆的電阻兩端加上 9 V,電流就是 I = 9/470,約 0.019 A,也就是 19 mA(千分之十九安培)。把電壓加倍到 18 V,電流也會加倍到 38 mA,因為在電阻固定時,電流與電壓會成正比一起上升。

你日後幾乎每一個計算都從這裡開始:挑電阻來設定電流、算出某處的電壓降、檢查訊號準位。但要誠實看待「定律」這個詞。歐姆定律其實是「歐姆性材料」的性質,像金屬皮膜電阻那樣 R 保持固定。許多元件刻意是非歐姆性的:二極體、燈絲或電晶體的電流會隨電壓彎曲變化,每一點的 V/I 都不同。對它們而言,歐姆定律根本不是定律,只是某個工作點上的瞬間快照而已。

一顆 LED 大約需要 10 mA,並有約 2 V 的壓降。用 5 V 供電時,串聯電阻上會分到 5 - 2 = 3 V。由歐姆定律 R = V/I = 3 / 0.010 = 300 歐姆,於是挑最接近的標準值 330 歐姆。

歐姆定律把已知電壓和想要的電流,直接換算成你需要的電阻值。

歐姆定律並非萬用。它能很好地描述電阻,但二極體、燈泡與電晶體都是非歐姆性的,別期望它們的 V/I 會是單一固定值。

又称
V = I times RV=IR