電子工程

電子工程,粵拼:din6 zi2 gung1 cing4,係工程學嘅分支,專門研究同電子學有關嘅元件,譬如電子電路、微處理器、單晶片。
學科定位
[編輯]電子工程同電機工程一樣,都係關注電要點樣應用嘅工程學科。而二〇二五年更新嘅不列顛百科全書係噉樣描述電子工程[註 1]嘅[1]:
喺二十世紀嗰陣,啲人講親電子工程同電機工程之間有咩分別,好多時都著眼於用緊嘅電流有幾強[1]:根據呢種講法,電機工程主要係應付大功率嘅強電流,例如發電廠供電嗰時用到嘅電力工程技術,就一般都屬於電機工程;相比之下,電子工程則比較在意電腦同手機入便嗰啲電子訊號,尤其係講到點樣用呢啲訊號嚟傳達資訊,以及相關嘅應用。不過,用電流強弱嚟分嘅呢種分野,亦唔係 100% 非黑即白嘅。
喺二十一世紀初,初階電子工程,即使係一般大眾都可以接觸到,例如運用樂高積木同第啲容易取得嘅材料,配合埋 Arduino 等嘅架生,都可以喺屋企自製簡單嘅電子工程 project [2]。
理論概念
[編輯]電子工程嘅理論分析,會大量使用古典電磁學講到嘅概念。諸如係電子、電流、電壓、電路同電阻等嘅概念,都屬於電子工程嘅基本知識。呢啲理論概念,往往係用數學模型嚟描述電同磁相關嘅現象。研究者可以將呢啲數學式編做程式,用電腦模擬嘅方法,嚟得知喺唔同嘅條件下——例如唔同嘅輸入電壓、電阻等,電路嘅其他重要未知數會點樣隨之而變化。而工程界亦有埋專化嘅軟件,做電路模擬[3]。
電路定律
[編輯]要分析同設計電子電路,最基本就要搞清電路入面嘅電壓、電流以及電阻點樣互動。喺呢度,電子工程上嘅分析會將電源供應想像成係會「射出」電荷,並且考慮到兩套定律:
當中 I 係通過件導體某兩點間嘅電流,V 係兩點間嘅電壓,而 R 則係兩點間嘅電阻 R。基爾確夫電路定律則細分做兩條,用嚟分析電路中嘅 V 同 I:
- 電流定律:講緊電荷守恆,意思係話是但搵電路中嘅一個理想節點,流入嗰點嘅電流總和,實會等如流出嗰點嘅電流總和。
- 電壓定律:講緊能量守恆,意思係話喺電路中任何一個閉合嘅迴路入便[註 2]所有元件兩邊嘅電壓升降,加埋一齊嘅代數和,必須等於零。
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電抗
[編輯]電容,符號 C ,簡單噉講係指元件儲存電荷嘅能力,可以理解為電勢改變會引致幾大嘅電荷改變[5]:237–238:
當中 q 係其中一邊極板上電荷量嘅大細,而 V 則係兩端之間嘅電勢差。電感,符號寫作 L ,係導電體可以有嘅特性,指呢啲物體有種傾向會抗拒流通佢哋嘅電流改變。設而家有股電流通過某導電體,當股電流改變嘅時候,會感生電壓,而電感可以界定為感生嘅電壓同引起佢嘅電流改變嘅變率,兩者嘅比例[6]:
當中 V(t) 係特定噉指因感生效應而產生嘅電壓,而同 L 相乘嗰個項,反映電流嘅改變率[註 4]。電容器同電感器响電子工程上相當有用,譬如電源供應不穩嗰陣,電容器就可以起到舒緩嘅作用,篩走部份嘅電壓波動。電感器都可以「濾波」—減輕電壓嘅波動。兩者嘅差異大致可以理解為:電容器靠嘅係抵抗電壓快速改變,而電感器靠嘅則係抵抗電流快速改變[7]。
電子元件
[編輯]電子元件分好多種。
電源供應同電阻係幾乎係所有電子電路都會有嘅部份。電源負責提供電壓「推郁」電路內嘅電荷,而電阻則可以用嚟控制電路內嘅電流量。電阻嘅詳情可以睇返歐姆定律講嘅嘢。
唔同嘅電子元件可以令到電流有唔同嘅變化。例如二極管噉,二極管只容許電流以其中一個方向通過,因此可以用嚟做整流器[註 5],假如有個以正弦波形式存在嘅交流電,電路中有二極管就可以令個正弦波變樣:簡化噉諗,下便左圖係原先嘅交流電源嘅電壓 U 隨時間嘅變化,中圖係個電路,當中 D 係條二極管,而右圖則係最後得出嘅 U 變化[8]。透過運用唔同嘅電子元件,電子工程師可以將電流同電壓變成唔同嘅波形,每種波形做到嘅效果都唔同。

唔少電子元件都可以用嚟防範突波。喺實際應用上,施加嘅電壓不時都會出現所謂嘅突波,突然出現一股好強嘅電壓,電壓突升就好可能會引致突如其來嘅強烈電流,而呢點有可能會損壞個電路。壓敏電阻就可以用嚟防止呢種問題:壓敏電阻嘅特徵係其電阻局部取決於施加喺佢身上嘅電壓,舉個簡單例子,想像個電路分兩條並聯式,一條駁住主電路,另一條駁住壓敏電阻,壓敏電阻嘅特徵係一旦遇到電壓突升,其電阻就會下降[註 6],於是乎,當有股突然嘅強電壓出現嗰時,壓敏電阻就可以將大部份嘅強烈電流導走[9]。
電子元件亦可以用嚟做開閂代數噉嘅運算,當中邏輯門可以用嚟做與、或同異或等嘅運作,好似係與門噉,只有喺兩個輸入都有電嗰陣至會畀電過[註 7]。好似噉嘅做法,有助電子工程師控制電路嘅每部份喺咩情況下會有電咩情況下會冇。例如三個入口嘅與門,可以簡化同直觀噉[註 8]想像成[10]

即係話只有當 A B C 都係真—— A 與 B 與 C;符號作 A ∧ B ∧ C ——嘅時候,先會有電流流經呢個簡化電路中 R 嗰嚿電阻。
睇埋
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資源
[編輯]- (英文)Vodovozov, V. (2010). Introduction to Electronic Engineering, bookboon.com.
- (英文)Power Electronics,OpenCourseWare
- (英文)Lessons In Electric Circuits,由基本電磁概念開始教起嘅網上教科書。
註解
[編輯]引咗
[編輯]- 1 2 Ryder, John D., Fink, Donald G.. "electrical and electronics engineering". Encyclopedia Britannica, 9 Jul. 2025, https://www.britannica.com/technology/electrical-and-electronics-engineering. Accessed 6 July 2026.
- ↑ The 10 Best Arduino Lego Projects
- ↑ Lessons In Electric Circuits,呢本網上教科書嘅第二章節,有講 Computer simulation of electric circuits。
- ↑ Griffiths, David J. (1999), Introduction to electrodynamics (第3版), Prentice Hall, p. 289, ISBN 978-0-13-805326-0
- ↑ Harrington, Roger F. (2003). Introduction to Electromagnetic Engineering (第1版). Dover Publications. p. 43. ISBN 0-486-43241-6.
- ↑ Serway, A. Raymond; Jewett, John W.; Wilson, Jane; Wilson, Anna; Rowlands, Wayne (2017). "Inductance". Physics for global scientists and engineers (第2版). Cengage AU. p. 901. ISBN 9780170355520.
- ↑ Alexander, Charles K.; Sadiku, Matthew N. O. (2013). Fundamentals of Electric Circuits (第5版). McGraw-Hill. p. 226. ISBN 978-0-07-338057-5.
- ↑ Beginner's Guide to the Rectifier Circuit
- ↑ Varistors: Working Principle, Types and Applications
- ↑ Norman Hendrich. "AND gate (12 inputs)". Universität Hamburg. 喺2024-02-04搵到.

