类比电路基本概念

1、真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。一一欧文土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。1. 歐姆定律和類比電路基本概念2. 電感的計算3. 類比放大器電路4. 類比RC濾波器5. 相關之NI硬體歐姆定律和類比電路基本概念電阻：電阻可以定義為媒體抗拒電流經過其上的特性。電阻的單位是歐姆，以希 臘字母？ (Omega)代表。和電阻有關的電力值可以將之量化為電阻器可以消耗成 為熱度而不致令自身過熱的電力量。經過電阻R的電流I的定義為：I = V/RV = I * R 或 R =

2、 V/I對1 Mega歐姆的電阻而言，10V所造成的電流是10微安培(micro-ampere)圖1.歐姆定律的簡單圖解歐姆定律是說明電壓、在電路中流動的電流、以及電路的電阻之間關係的基本方 程式。在負載電阻R中所抵銷的電力被定義為電流和電壓的產物。電力的其它關係都可以藉由應用歐姆定律及取代，輕易地從這個方程式導出 在R中被抵銷的電力P被定義為:P = I * VP = V/R or2P = I * R要計算在施加10V時，會在10瓦引起的電阻值，我們必須記得 p = V7r。.加以 轉置，R = b/p。電阻是100/10,或10歐姆。因此10V應用於10歐姆上，會產 生10瓦。很有趣！每當

3、參數（V, R,或P）中有二者的數值相同，第三個也會相 同。測量電阻的常用方式之一是使用數位萬用電表（DMM）。附註：功率消耗P決定可以在示波器的50歐姆輸入埠上施加多少電壓。從等式 中，我們可以看到將10V輸入50歐姆的埠，會需要數位器的輸入負載消耗2瓦 如果你使用兩個通道，就是4瓦。這麼大量的功率消耗絕對不能忽視。同時也要 注意，由於平方定律效果，如果你將輸入 示波器的電壓加倍，它必須消耗的電力 會變成四倍。分壓器的計算: 當兩個電阻器以串聯組態連接時，它們必須分享施加的電壓，而流經二者的電流 量則相同圖2.分壓器電路範例用於計算施加之電壓的公式為:E1 = I * R1 （E1 =經過R

4、1而下降的電壓）E2 = I * R2 （E2 =經過R2而下降的電壓）I = E / Req人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。3真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。一一欧文土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。而 Req = R1 + R2E = E1 + E2E = I * (R1 +R2)要計算R2的電壓：E2 = R2 * IE2 = R2 * (E/Req

5、)E2 = R2 * E/(R1 + R2)E2 = E * R2 / (R1 + R2)附註：分壓器由以上方程式描述。分流器的計算：當兩個電阻器以並聯組態連接時，二者上面的電壓是相同的。流經它們的電流量 視電阻值而定。圖3.分流器電路範例上圖為兩個採用並聯組態的電阻器。I = 11 + 12E = 11 * R1E = I2 * R2I = (E/R1) + (E/R2)I = E (1/R1) + (1/R2)因為 E = I * ReqReq = (1/R1) + (1/R2) =(R1 * R2)/(R1 + R2)附註：數位萬用電表（DMM）是自動化測試系統中最常見的測量設備。DMM

6、通常很容易使用，而且多半是低價位儀器。一般來說，DMM具備內建處理功能，提供：a）高解析度（通常以位數（digits）為測量單位）b）多種測量功能（電壓，電流，電阻等等）c）隔離和高電壓功能。電容計算電容將能量以電荷的形態儲存。電容器能夠容納的電荷量由圖中的兩塊平行電板 的面積及其間的距離來決定。平行電板面積大、其間距離小，可以容納較大量的 電荷。電容器的平行電板之間的電場會抗拒所施加之電壓的變化。電容器隨著頻 率降低其電阻。C圖4.電容電路範例讀取電容器值：人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器

7、。6真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。一一欧文土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。電容的單位是法拉(Farad，以字母F代表。計算電容的公式是:C = Q/V其中C=電容，以法拉為單位Q =累積的電荷，單位CoulombV=平板之間的電壓差串聯組態：TH卜C1 C2圖5.串聯電容器組態以上組態代表串聯的兩個電容器。由於電容器的電容與平行電板間的距離成反比，因此任意數目電容的總電容CT可以用以下算式得知：(1/CT) = (1/C1) + (1/C2) + (1/C

8、3) +若兩個電容器串聯，C1 = Q/V1C2 = Q/V2V1 = Q/C1V2 = Q/C2V = V1 + V2V = (Q/C1) + (Q/C2) = Q * (1/C1) + (1/C2)V = Q/CeqCeq = 1 / (1/C1) + (1/C2)Ceq = (C1 * C2) / (C1+C2)人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的5坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。一一欧文土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想

9、和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。並聯組態:圖6.並聯電容器組態每個電容器都會充電至同樣的施加電壓。總電容等於電容器個別電容的總合 用於計算電容的公式如下：Q1 = C1* VQ2 = C2* VQ = Q1 + Q2Q = V * (C1 + C2)Ceq = C1 + C2電感的計算電感的定義是：當流經電感器的電流以某個速率改變時，在電感器上下降的電壓 量。電感器隨著頻率增加其電阻。電感的單位是Henry,以字母H代表。串聯的組態：L1圖7.串聯電感器的組態圖7是兩個電感器的串聯組態。當兩個電感器如上圖以串聯連接時，它們的總電 感等於個別電感的總和。L1

10、 = E (dl/dt)L2 = E (dl/dt)LT = L1 + L2其中dl/dt是電流隨時間的改變。但是，在真實世界裡，如果我們考慮到互感 (mutual in ducta nee的現象，也就是各 電感器的磁場影響彼此的線圈，那麼總電感可以用以下的公式計算：LT = L1 + L2 +/- 2M其中，M是兩個線圈之間的互感。並聯組態：人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。11真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。一一欧文土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食

11、，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。欧文圖8.並聯電感器的組態圖7是兩個電感器的並聯組態。當兩個電感器如上圖以並聯連接時，必須考慮互 感。同時，互感會加入各線圈的自身電感或予以減除，因為電流有兩個流入的途 徑。總電感可以用以下的公式計算:(1/LT) = 1 / (L1 +/- M) + 1 / (L2 +/- M)NI PXI-4072 FlexDMM及LCR Meter將數位萬用電表的功能更向上推進一步，提 供通用的測量能力，為工程師提供二十種最常用的自動化測試測量，包括電壓、 電流、電容、電感、溫度，以及電阻。阻抗(Imped

12、a nee：阻抗Z通常定義為：在指定頻率下，設備或電路對於一道交流電的電流所提供 的總抗力。它的值等於在一單位電流上的電壓和電流的比例。因此，阻抗的單位 是歐姆?。阻抗呈現為一個複數，以圖形顯示於一個向量平面上。阻抗向量包括一個實部(電 阻，R)以及一個虛部(電抗，X )。阻抗可以使用R + jX的矩形座標來表示， 或是採用極座標形態，以一個強度和相位角來表示：Z .導納(Admitta nee)導納是阻抗的倒數。它也是一個複數：實部稱為電導(conduetanee, C)虛部稱為電納(suseepta nceB)。導納的單位是Siemens (S。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻

13、微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的8坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。一一欧文土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连小草也长不出来的。人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。18Y = G + jB其中，丫是導納；G代表電導，B代表電納類比放大器電路以下的圖9是基本的運算放大器(operational amplifier)型，其

14、中包括操作放大器 的三個基本階段：SUeCJRCUfT：泗T商(t)EGAND RP, (4)OPAMP1E&UFFEDiff Amp圖9.基本的運算放大器(Op-Amp模型1) 差動放大器(Differential Amplifier)：這個放大器的輸出與輸入訊號間的差異成 正比。2) 增益/頻率反應：一個濾波器根據頻率改變訊號的強度或相位特性。過濾器的頻域行為可以用傳輸函數或網路函數，以數學加以描述。傳輸函數H(s)描述為輸出值和輸入訊號間的比率。H(s) = Vout(s) / Vin(s)其中，Vout(s)和Vin(s)是輸出及輸入電壓訊號，s是頻率複變數(complex f

15、reque ncy variable。傳輸函數的強度稱為振幅響應(amplitude respons，或在無線電應用中稱為頻率響 應。3)輸出緩衝(Output Buffer)反相放大器(Inverting Amplifier)：反相很簡單，它只是掉換輸入訊號的極性。舉例 來說，如果進入放大器的電壓為正，當它輸出時就變成負。計算反相放大器的增益：(Vs - V1)/R1 = (V - Vo)/R2 因為 V1 = V = 0 (Virtual ground) Vs/R1 = -Vo/R2Gai n = Vo/Vs=-R2/R1非反相放大器(Non-lnverting Amplifier)：放大

16、器的增益(gain)由R1和R2的比例來 決定。圖11.基本非反相放大器計算非反相放大器的增益:VoR1 = (VsR1 +VsR2) (Vo - Vs) R1 = VsR2 (Vo/Vs) - 1 = (R2/R1)Gain 1 = (R2/R1)Ga in = 1 + (R2/R1) 其中 Gain = Vo/Vs附註：National Instrument提供的所有資料擷取（DAQ）產品都有內建放大器類比RC濾波器RC低通濾波器（Low Pass Filte：在類比訊號中削弱高頻元件的常用電路是 RC低 通濾波器。檢視以下的圖表，其中 Vin是施加之電壓，經過C1的電壓Vout則是 輸出。R1outRC低通濾波器將低頻及DC訊號傳送給輸出，但是阻擋高頻訊號。這可能是想 要的效果，也可能不是。即使你並沒有料想到，仍可得到這個電路的等式。舉例來說，C可能是數位萬用電表(DMM)、示波器等設備的輸入電容。這個範例中的 R可能是受測設備(DUT) 的來源電阻。DUT必須隨著訊號改變而將C充電及放電。當變化的頻率提高時， 最後C的阻抗會變成低於R,並且開始使訊號減弱。Vout的值等於Vin的0.707 時的頻率被定義為-