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電流、功率與元件限制

區分電荷流與能量流,並檢查電阻耗散。

電流需要閉合路徑

電流是電荷通過截面的速率:I=ΔQ/ΔtI=\Delta Q/\Delta t。一安培等於每秒一庫侖。傳統電流方向為正電荷會移動的方向。金屬中的電子移動方向相反;電路方程式一致採用傳統電流。

電源只連接電阻的一端,並不能建立持續流過電阻的直流電流。必須有完整回流路徑。沒有分支分流時,串聯路徑各元件流過相同電流。電壓跨元件量測;電流則量測流過支路的值。電流表必須串聯接入。將電流輸入端的電表直接跨接電源,會形成非預期的低電阻支路。

能量預算

電流流入電壓正端時,吸收功率為 P=VIP=VI。電阻耗散 I2R=V2/RI^2R=V^2/R。假設 1 kΩ 電阻兩端加上 5 V。電流為 5 mA,功率為 25 mW。假設的 0.125 W 額定值高於此計算耗散,但實際允許功率取決於溫度與製造商的降額曲線。僅有標示並不構成熱設計。

現在將電阻降至 100 Ω。電流變為 50 mA,功率為 250 mW。電壓相同,耗散卻增加十倍。較低電阻可能改善負載效應,卻增加電流、熱與電池消耗。依相同符號慣例,提供功率的電源有負的吸收功率;因此總功率和可用來檢查結果。

實務紀錄

建立表格,包含電壓、電阻、電流、計算耗散與明確功率限制。註明哪些數字是假設。3.3 V 電源軌配 330 Ω 時,理想電流為 10 mA,電阻功率為 33 mW。量測電流明顯高於此預測,可能表示電阻值不同、存在額外並聯路徑,或電源設定錯誤。不要為了讓數字看起來合理而改變單位,掩蓋不符。

自己試試看

2.2 kΩ 電阻跨接 3.3 V。求電流與功率。

查看解說

I = 1.5 mA。P = 3.3 × 0.0015 = 0.00495 W = 4.95 mW。元件溫度與降額仍須查閱實際資料表。

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