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硬件与嵌入式系统

Arduino、RISC-V、MSP430、PLC、Linux 驱动与嵌入式系统工程。

Hardware 更新于 2026-04-30

第 0 章 1:課程介紹

當我們使用手機、電腦、汽車、家電時,背後支撐這一切的,是「電子硬體」。 即使是寫軟體的人,也需要理解硬體:

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第 0 章 2:學習路徑指南

歐姆定律 V = IR 串聯與並聯電阻 直流(DC)與交流(AC)的差別 電壓、電流、功率的單位

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第 0 章 3:基本物理概念

原子核(中央,包含質子 proton 與中子 neutron) 電子(electron,環繞原子核)

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第 1 章 1:電學基礎

單位:安培(A)= 庫侖/秒(C/s) 1 A 表示每秒有 1 庫侖(≈ 6.24 × 10¹⁸ 個電子)通過

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第 1 章 2:電阻(Resistor)

電子在金屬或電阻材料中流動時,會與晶格原子、雜質、缺陷碰撞,這些散射造成能量損耗。

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第 1 章 3:電容(Capacitor)

當兩極板施加電壓時,正電荷累積在一板,負電荷累積在另一板, 形成電場。電容「儲存了能量」。

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第 1 章 4:電感(Inductor)

電感是儲存磁場能量的元件,是電容的「對偶」。在電源、濾波、射頻電路中扮演關鍵角色。

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第 1 章 5:二極體(Diode)

二極體是最簡單的「半導體元件」,是進入主動元件世界的第一站。 理解二極體,是理解所有半導體元件的基石。

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第 1 章 6:BJT 雙極性接面電晶體

電晶體是 20 世紀最重要的發明之一,是所有現代電子的基石。 本章介紹歷史較早、概念較直觀的 BJT。

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第 1 章 7:FET / MOSFET 場效電晶體

MOSFET 是「現代電子的主角」。所有 CPU、GPU、記憶體、開關電源,都是由 MOSFET 構成。 本章帶您理解這個改變世界的元件。

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第 1 章 8:變壓器(Transformer)

1. 初級線圈通過交流電流 → 產生交變磁通 2. 磁通經磁芯傳導到次級線圈 3. 變化磁通在次級感應電壓(法拉第定律)

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第 1 章 9:繼電器與開關

Toggle(切換式):切過去就保持,再切回 Pushbutton(按鈕式):按壓動作,分常開(NO)/ 常閉(NC) 即時型(momentary):放開回復 鎖定型(latching):按一下開、再按一下關 Slide(滑動式):左右滑動切換 Rotary(旋轉式):多檔位選擇 Rocker(搖頭式):常見於電源開關 DIP Switch:印刷電路板上的微型撥碼開關 Tact Switch:觸控按鍵(最常用於 PCB)

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第 1 章 10:電池與電源

1. 過充保護(V 4.25V 切斷充電) 2. 過放保護(V < 2.5V 切斷放電) 3. 過電流保護(短路保護) 4. 溫度保護(NTC 監測) 5. 電量計(庫侖計,估算剩餘容量) 6. 平衡(多 cell 串聯時)

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第 1 章 11:基本電路定律

1×3 2×4:24 I1 18 I2 24 I1 + 40 I2 = 30 16 → 22 I2 = 14 → I2 ≈ 0.636 A

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第 2 章 1:半導體物理基礎

固體中電子能量呈「能帶」結構: 價帶(Valence Band):價電子所在 導帶(Conduction Band):自由電子所在 能隙(Band Gap, Eg):價帶頂到導帶底的能量差

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第 2 章 2:PN 接面(PN Junction)

PN 接面是半導體電子學的「基本元件」,理解它就理解了二極體、BJT、MOSFET 的關鍵物理。

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第 2 章 3:二極體深入

實際整流二極體常用「PIN」結構(P+ / Intrinsic / N+): P+ N+ 重摻雜降低 VF 中間 I 層提供高擊穿電壓

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第 2 章 4:BJT 原理深入

→ 注入到 Base 的電子量遠大於 Base 注入回 Emitter 的電洞量 → 「注入效率」γ 接近 1

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第 2 章 5:MOSFET 原理深入

MOSFET 是現代 IC 的主角,從手機 SoC 到數據中心的 CPU,都靠 MOSFET。

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第 2 章 6:IGBT 與功率元件

1. 高耐壓(VBR) 2. 大電流(Imax) 3. 低導通損耗(Ron 小) 4. 高速切換(小寄生電容) 5. 大 SOA(不易燒) 6. 低成本

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第 2 章 7:閘流體與 SCR

閘流體(Thyristor)家族是「latching(閂鎖式)」開關的代表,本章專門整理。

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第 2 章 8:光電元件

$$E{photon} = h \nu = \frac{h c}{\lambda}$$

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第 2 章 9:半導體製程概論

從一塊沙子到智慧型手機的處理器,半導體製程是現代工業最複雜的奇蹟。本章帶您看完整流程。 深入細節在 06製造篇/01IC製造流程.md。

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第 3 章 1:放大器設計

放大器是類比電路的核心。從 µV 級的感測器訊號到 W 級的喇叭驅動,都離不開放大器。

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