基本仪器及直流电路

1、 實驗一 基本儀器及直流電路日期：2000/7/25目的：工欲善其事，必先利其器。要做好電子實驗，首先必須熟悉各種儀器的操作及簡單的電阻電路。步驟一 麵包板 經由電表歐姆檔的量測可知有相通的方孔才有電阻值，故我們知道麵包板上橫排為五格五格相通，上下彼此不通；直排為25格相通（上五排相通，下五排相通），而左右兩排互不相通。 二 示波器與信號產生器經過一段時間的摸索，總算把示波器及信號產生器給搞懂了，YA！三 電表的電壓檔 經由幾個步驟操作下來，大致上也沒什麼問題了，check！四 歐姆檔.用一數位電表量指針式三用電表，兩端之輸入端點電壓.用指針示電表量一個10的電阻R，這時再測其兩輸入端 之電壓

2、10為。.兩者所量電壓不一樣是因為電錶有一內電阻將壓降給分壓了。.將R改用1K代替，所以由此可知r最好遠大於電錶的內電阻，或者是量電壓時內電阻越小越好。五 分壓器if1=2，則out=1/2in，由電源供應器提供5v，用電錶量出即為。示波器探針上×和×檔的差別在於×檔縮小10分之1，示波器上的讀值需×10才為原大小。 問題與討論. 經由電表歐姆檔的量測可知有相通的方孔才有電阻值，故我們知道麵包板上橫排為五格五格相通，上下彼此不通；直排為25格相通（上五排相通，下五排相通），而左右兩排互不相通。這樣的設計可以讓麵包板的使用性達到最大。.經由步驟五之2的結果

3、計算加上示波器的輸入阻抗所造成的分壓效果可求出示波器之輸入阻抗約為1。實驗二 被動式微分與積分器日期：2000726目的：認識RC電路的一些特性並且測試微分器與積分器的使用一 微分器用信號產生器提供信號，100KHz的方波，振福1V，DC offset為0用示波器讀in和out的圖(A)(B)(C)微分器 輸入輸出波形(A) (B) (C)（二）積分器 輸入振幅為10V，頻率為100KHz的方波，記錄其Vout(1) 當輸入波形Vin之 offset變化時，offset往上移Vout也上移，DC offset往下移Vout也往下移。(2) 當輸入頻率變化時，積分效果也跟著改變；而頻率下降後其積

4、分效果愈來愈差，從100K、10K到100Hz，此時100Hz積分出來的幾乎與原輸入圖形類似，也就是已不具積分器的效果。輸入輸出波形問題討論1. 程式二的電路的輸入在何種條件下，這電路才是一個好的積分器？ANS：頻率較大者較佳2. 示波器的探針的×10檔有何好處？ANS：因為圖形縮小10倍所以可觀測到的範圍可增加10倍。實驗三 運算放大器電路（）日期：2000727目的：瞭解並測試運算放大器的簡單應用電路，認識反相及非反相放大器和電壓和差放大器。步驟一 反相放大器反相放大器 1.Vin用1KHz，DC offset=0，振幅0.1volt之弦波輸入，得到Vout=1.0，所以電壓增益

5、Av=1.0/0.1=10，且為反相放大10倍。2.將Vin之振幅加大Vout之最大振幅可到13volt而不被削減。3. 經由利用不同的Rtest來推算此放大器的輸入阻抗大約在0.88K1.11K之間。輸入阻抗測試電路計算公式test=0 Vout/Vin=Av=Rout/RinRout=AvRin Vout=AvVinRtest0 Vout/Vs=Av=Rout/Rtest+Rin3.將1式中的Rout=AvRin代入2中，得到Av=AvRin/Rtest+Rin我們已知v=10，所以只要代入不同的test即可算出此放大器的輸入阻抗。二 非反相放大器接線圖如右程序如一1. 得到正相放大10倍

6、2. out的最大振幅為volt。3.改變Vin的頻率在高頻時此放大器工作不正常，在低頻時也不太正常。4.以三角波輸入，可觀察到此放大器非常的線性。4. 此非反相放大器的輸入阻抗很大，量不到。三 隨耦器重複上面的步驟1. Vin和Vout完全一樣，v=12. 改變Vin的頻率在高頻時此放大器工作不正常，在低頻時也不太正常。3.以三角波輸入，可觀察到此放大器非常的線性。4.此非反相放大器的輸入阻抗很大，量不到。四 電壓和放大器上面的電路將兩輸入V1和V2的和放大，即out=1+2 /2(1+f+)當f=時，Vout=V1+V2為一加法器接線完成後本人用DVM來做確認，果然映證了預期的結果，此電路

7、確實為一加法器。五 壓差放大器 上面的電路將兩輸入端V1和V2的差放大，即out=12 /2(1+f+)當f=時，Vout=V1+V2，此電路為一類比式減法器。接線完成後本人用DVM來做確認，果然映證了預期的結果，此電路確實為一減器。實驗四 運算放大器電路（）日期：2000728目的：認識有源（主動式）積分器、微分器，以及電流源和實密特觸發等運算放大器電路。一 有源（主動式）積分器1.in用一個頻率1KHz、振幅1V之方波輸入。觀察到的積分圖形如下：2. 當頻率改為500Hz後，輸出之峰值會被卡調，所以頻率較高較好。3.當改換正弦波輸入時，頻率太高或太低都會使峰值被卡調。觀察到的積分圖形如下：

8、二有源（主動式）微分器微分器線路如右：1. 用1KHz，振幅為1V之三角波輸入，觀察Vout，圖形如下：改變輸入之DC Offset對Vout沒有影響。2. 改用1KHz弦波輸入後，圖形如下：三電流源右圖為一負載可接地的電流源：1.L100K47K10K1K4701004710LL4.88*-69.94*-63.19*-54.68*-56.9*-57.45*-57*-56.38*-57*-5四實密特觸發接線圖如右：pp=20V1. 先令Vref=0 Vin用1KHz，5Vpp之正弦波，觀察Vin和Vout之波形，圖形如下：2. 令Vref=1.5V，重複上面步驟。圖形如下：3. 若把Vin頻率

9、加大，Vout變為：問題與討論1. 本實驗中所測試的主動式積分和微分器和實驗二中的被動式電路，有什麼好處？Ans：被動電路的R，C不可太大且Vin也不可太大否則無積分效果。實驗五 濾波電路日期：200084目的：瞭解及測試有源及無源濾波電路。程序：一無源RC一階低通濾波器LP濾波電路如右：1. Vin用振幅為10V正弦波輸入，頻率由100Hz掃到100KHz，量測Vout的大小及Vin之間的相位差，畫出波德圖。頻率相位 (度)100020004000700-20100020004000700010000200004000070000-90100000頻率dB100020004000700100

10、02000400070001000020000-2040000700001000002.二無源RC一階高通濾波器重複一之步驟頻率相位 (度)10020040070010007220004000700015100002000040000700005100000頻率dB1002004007001000200040000700010000200004000070000100000三有源低通濾波器頻率相位 (度)100200400700200100020004000700025510000200004000070000100000頻率dB10002004007001000200040007000100

11、0020000-204000070000100000四有源高通濾波器頻率相位 (度)100200400700110100012020004000160700010000200004000018070000180100000頻率dB100200400700100020004000700010000200004000070000100000五帶通濾波器右圖為簡單RLC共振電路所構成之BP濾波器1. Vin之頻率由400Hz掃到40KHz頻率相位 (度)400700-251000200040007000-60100002000040000頻率Vout/Vin400700100020004000700

12、01000020000400002. 如圖我們可以發現有兩個f3dB，分別記做fL3dB及fH3dB，fL3dB及fH3dB分別為和，fH3dBfL3dB為此電路的帶寬，而在fL3dB時的相位差為度，fL3dB時的相位差為度。3. 假如我們把電路中並聯之L及C改為串聯將可發現Vout與Vin的相位差很小，且Vout的值由大到小再到大，與前面恰好相反。六阻隔電容1. Vin用1KHz振幅為1V之弦波輸，Vout為0.53V，圖形如下：2. 當改變Vin之DC Offset時峰值的部份會被卡掉。3.這個電路中的電容是用來阻隔DC的。問題與討論1. 程序六中的電容有何作用？Ans：這個電路中的電容是

13、用來阻隔DC的。實驗六 PN二極體之傳輸特性日期：2000/8/2目的：認識二極體之種類及基本傳導特性，並量測二極體的電壓電流關係與已知公式作比較。程序：一 二極體之順向偏壓特性曲線電路接線如右圖：f=b1Kf(mA)b (V)a (V)ab(V)112244771010接著將上面的數據在方格紙及半對數紙上畫出I-V曲線。二 二極體之逆向偏壓特性曲線1.程序如上，調整電源供應器，記錄下當二極體逆向偏壓為1、2、3、4、5、6、7V時之逆向電流值Ir=Vb/1Mr(mA)b (V)ab(V)1E-41-42-434E-44-45-46-47二極體特性曲線:三 動態二極體特性曲線之測試利用信號產生

14、器掃瞄對二極體的偏壓，同時利用示波器觀察電流對偏壓的變化。1. 利用信號產生器輸出頻率100Hz，並將示波器調到X-Y模式，觀察其特性曲線。如下圖：2. 將頻率換為1KHz、10KHz、100KHz，曲線如下：四 稽納二極體之特性曲線將前面電路中的二極體換成稽納二極體，重複步驟，其特性曲線如下圖：實驗七 二極體電路日期：200082目的：研習及測試二極體的應用電路：(a) 半波整流器(b) 全波整流器(c) 截波與箝位器(d) 主動整流器程序：一 半波整流器接線圖如右：1. Vin用振幅為10V之60Hz正弦波輸入，觀察Vout圖形二 橋式全波整流器接線圖如右：1. Vin用振幅為10V之60

15、Hz正弦波輸入，觀察Vout圖形三 全波整流器濾波電容接線圖如右：2. Vin用振幅為10V之60Hz正弦波輸入，C用22F，觀察Vout圖形如下：其ripples為1v3. 若將C換為470F，則就看不到漣波了。4. 若將電路中標記C的二極體移去，Vout的波形將變為半波整流，若將二極體c兩端短路也將變為半波整流。圖形如下：ripples為2v四 截波或箝位器接線圖如右：1. Vin用振幅為10V之1KHz正弦波輸入，觀察Vout圖形如下：，現在改用一個分壓器來提供，輸出的截波部份將變為不平整呈現弧形，如下圖：但如果接上如右圖的22F電容，截波的部份將被整平，也就是如圖3. Vin用振幅為1

16、0V之1KHz正弦波輸入，觀察Vout圖形如下：假如R換成51之電阻，Vout將變的較平整，如下：五 主動式整流器1不好的整流器：.用一個100Hz、振幅2v、DC Offset=0之弦波輸入，Vout如下：被卡掉了2. 改良的整流器：重複上面步驟，結果變反相了，如下圖：問題與討論1. 解釋你程序一和二之結果，比較兩種整流器之優劣，Ans: 一和二之差別就在全波整流器能將負的部份反相成正的使的整個波形都能呈現。2. 比較並解釋程序三步驟2和3之ripples之大小。ANS:步驟2將c改為較大所以成功將漣波消去，但在3中將c移走ripples則變為2v。實驗八 穩壓器與直流電源供應器日期：200

17、083目的：瞭解各種穩壓器的使用方法及限制。程序：一 三腳固定電壓穩壓器1. 接腳如講義圖，Vin由0V往上調到25V，記錄Vin和Vout並畫圖對照。VinVout001020345678910111213141516171819202122232425輸入到7V之後輸出就穩定了，維持在5.09左右。2. 若加上70的負載後，在輸入超過20V之後，電壓就會往下降，不再維持於5V左右。VinVout00102034567891011121314151617181920212223242526272829303.當保護電路被觸動後，用一小塊濕衛生紙包住穩壓器，Vout一直要到24V才會降下來，也就是會讓輸入的耐壓提高。二 可調式三腳穩壓器:3171. 可調直流電源：Vin012345678910Vout0Vin至少要在7V以上電壓差才會維持1.25V。當電路中的R2用可變電阻代替，Vin設在30V，調整R2使得Vout為5V、9V、15V再分別測量R2值得到723、。利用317的電流源：Vin設定為5V，調整1K可變電阻使得Vx由0慢慢增加，記錄IL、Vx、VY的值，此電流源在2.33V以後就不正常了。VxVYIL(m)0