前言 開始之前
這本書是給誰的
這本書是寫給想自己動手搞懂電的人。主要對象是國小五、六年級程度較好的學生與國中生，但完全沒碰過電子的大人也可以從第 1 章讀起。它假設你會四則運算、會把 a = b × c 移項、看得懂折線圖，其他都從零開始。
它的目標不是讓你背公式，而是讓你親手把電路接起來、親眼用儀器看到電在做什麼。
市面上的電學教材常常分成兩種：一種只講理論，算了一堆歐姆定律卻沒摸過電阻；另一種只教 Arduino 接線和複製程式碼，做出會動的東西卻不知道為什麼會動。這本書把兩者接在一起：每個概念都有一個「動手做」的實驗，每個實驗都盡量用示波器或邏輯分析儀把看不見的電壓與訊號畫出來。當你第一次在示波器上看到電容充電的圓弧曲線、第一次用邏輯分析儀解碼出 Arduino 傳出的 “Hello”，那個「原來如此」的瞬間就是這本書存在的理由。
給同學：怎麼讀這本書
- 一定要動手做。 只看不做，一週後就會忘光。
- 接錯了不要怕。 本書只用低電壓，最糟糕的狀況是燒掉一顆幾塊錢的零件。但請遵守下面的安全守則。
- 每章的「想一想」要真的想。 答案就在底下，但先想過再看，才會真的學到。
- 把量到的數字記下來。 書裡有很多空白表格，填上去。真正的工程師都會記錄數據。
- 卡關的時候看「常見錯誤與除錯」和附錄 E。 你遇到的問題，九成別人也遇過。
- 一週一章就好。 一章約 2–3 小時含實驗，全書大約半年。不要趕，實驗做完、數字填完再往下。
- 已經玩過 Arduino 的人可以從第 5 章開始，但請回頭補第 2、3 章的計算，後面的章節都靠它們。
給陪讀的家長
你不需要先懂電學。和孩子一起讀、一起接線、一起轉示波器的旋鈕就好。你最有用的角色是：
- 採購與整理器材：附錄 A 有完整清單與購買提示。零件用分格盒裝好、貼上數值標籤，孩子才不會把時間花在找零件上。
- 安全把關：讀一遍下面的安全守則，實驗前看一眼接線，尤其是電解電容的正負極與電池有沒有短路。
- 卡關時陪著查：先翻該章的「常見錯誤與除錯」和附錄 E，再一起拿三用電表逐段量，通常都找得到問題。不要直接給答案。
- 讓孩子自己操作儀器：示波器與邏輯分析儀是本書的特色，請讓孩子親手按按鈕、轉旋鈕，大人示範一次就好。
本書的器材都是台灣電子材料行與網購容易買到的常見零件，全書只用 12V 以下的直流電。
怎麼使用這本書
全書分成四部，共 17 章加附錄：
| 部 | 章 | 內容 | 主要工具 |
|---|---|---|---|
| 第一部 基礎電學 | 1–4 | 電流、電壓、電阻、歐姆定律、串並聯、功率、電池 | 三用電表、麵包板 |
| 第二部 電子元件與訊號 | 5–10 | 電容、示波器、電感、二極體、電晶體、交流與濾波 | 示波器 |
| 第三部 數位與微控制器 | 11–16 | 數位邏輯、Arduino、感測器、PWM、通訊協定、ESP32 | Arduino、邏輯分析儀、ESP32 |
| 第四部 專題製作 | 17 | 五個完整專題與展示方法 | 全部 |
每一章都有固定的段落：本章目標 → 開場 → 核心概念 → 動手做 → 用儀器看看 → 常見錯誤與除錯 → 想一想 → 本章小結 → 名詞表。你可以先讀目標和小結，知道這章要學什麼，再回頭仔細讀。
本書的電路圖用文字符號畫，看起來像這樣：
Arduino D9 ──[ 220Ω ]──►|── GND
LED
── 是導線，[ 220Ω ] 是電阻，►| 是 LED 或二極體（箭頭方向是電流可以流的方向），GND 是接地（電路的「零點」）。每個實驗的文字圖下面還會有一張彩色的麵包板接線圖，照著插就可以。這些符號和正式的電路符號怎麼對照，請看附錄 G。
安全守則（一定要讀）
本書只用 12V 以下的直流電，來源是電池、USB、Arduino 或 ESP32。這些電壓不會電到人。但還是有幾件事要注意：
- 絕對不碰家用插座。 牆上的 110V 交流電會致命。本書任何實驗都不需要它。
- 電池不可以短路。 用導線直接把電池正負極接在一起，電線會發燙甚至起火。9V 電池與鋰電池尤其危險。
- 電解電容有正負極，接反會爆。 長腳是正極，殼上有白色條紋那邊是負極。接電源前先檢查兩次。
- 電阻、電晶體摸起來燙就先拔掉電源。 表示有東西接錯或電流太大。
- 線圈、馬達、繼電器一定要加飛輪二極體（第 7 章會教），不然會產生高壓尖波打壞 Arduino。
- 示波器探棒的接地夾只能接電路的 GND。 接到別的地方可能燒壞示波器或你的電路。
- 接線時先拔掉電源，接完檢查再接上。 養成這個習慣可以避免九成的意外。
- LED 一定要串電阻。 沒有電阻的 LED 會在一秒內燒掉。
器材總表（簡版）
詳細的規格、數量和採購建議在附錄 A。這裡先列出你會用到的東西，讓你有個概念：
基本工具：麵包板、杜邦線、數位三用電表
被動元件：電阻包、陶瓷電容與電解電容、電感與漆包線
主動元件：LED、二極體（1N4007、1N4148）、電晶體（2N2222）、MOSFET（IRLZ44N）
輸入與輸出：按鈕、可變電阻、光敏電阻、DHT11 溫濕度感測器、蜂鳴器、小直流馬達、SG90 伺服馬達、繼電器模組、0.96 吋 OLED
電源：9V 電池、3 號電池盒、USB 線
微控制器：Arduino UNO、ESP32 DevKit V1
儀器：示波器（雙通道）、USB 邏輯分析儀
示波器與邏輯分析儀是什麼（一頁預告）
這兩台儀器是本書的主角，第 6 章和第 15 章會完整教。這裡先讓你有個印象。
三用電表只能告訴你「現在的電壓是 3.2V」，一個數字。但電路裡的電壓常常是一直在變的，例如 Arduino 讓 LED 每秒閃一次，電壓就是 5V、0V、5V、0V 一直跳。三用電表看不出來。
**示波器（Oscilloscope）**就是一台「把電壓隨時間的變化畫成圖」的機器。橫軸是時間，縱軸是電壓。你會看到方波、正弦波、電容充電的圓弧線、馬達關掉時的高壓尖波。它讓看不見的東西變成看得見。
電壓
5V ┤ ┌────┐ ┌────┐
│ │ │ │ │
0V ┼────┘ └────┘ └──── 時間
**邏輯分析儀（Logic Analyzer）**專門看數位訊號，也就是只有 0 和 1 的訊號。它一次可以看 8 條線，而且可以幫你「翻譯」：Arduino 用序列埠印出 “Hello”，邏輯分析儀能把那串 0 和 1 解碼回 H、e、l、l、o 給你看。晶片之間怎麼講話，用它一看就懂。
CH0 (TX) ─────┐ ┌─┐ ┌───┐ ┌─┐ ┌─────
└─┘ └─┘ └─┘ └─┘
起始 0 1 0 0 1 0 0 0 停止 → 'H'
準備好了嗎？翻到第 1 章，我們從一顆電池和一顆 LED 開始。