直流與交流訊號
物理實驗（三）
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直流與交流訊號
目 的
瞭解如何直流與交流訊號產生及測量的儀器以及電表的使用方法。
儀 器
信號產生器、示波器、數位電錶 麵包板、接線及香蕉插座零件盒各一 電阻、電容若干
實 驗 步 驟
第 一 部 份 瞭 解 基 本 儀 器
請同學詳閱相關參考資料，特別是有關示波器與訊號產生器的使用方法。
＜ 一 ＞ 麵 包 板
先確定你了解各種電子零件的舞台──麵包板──的結構。它長得顯然不像麵 包，上面有一排排的方孔，用三用電錶量量看那些是相通的，那些是不通的（用 歐姆檔）？這很重要，不小心的話以後可能會把電源的輸出短路，不是灰煙與火 光齊飛，就是漆黑一片──總電源保險絲燒了。請注意！電錶所附的探針太粗，
不可硬塞入板孔，先用粗細適當的導線插入再做測量。
可以將各儀器的電源接上了。Wait！打開電源開關前請先檢查直流電源供應器及信號產生器的 輸出，確定沒有短路，保險起見，可先除去接在他們輸出孔上的電纜線。
＜ 二 ＞ 示 波 器 與 信 號 產 生 器
示波器看來最昂貴，就從它玩起。(有問題記得參閱示波器的使用手冊，網路上 有)
1.
不接輸入, 在銀幕上調出一條水平直線軌跡，並上下左右移動此軌跡。Very simple!?你可不可以調出兩條水平直線？Try it!2.
讓信號產生器輸出100Hz的弦波信號，直接接到示波器上觀察，調整你的示波 器直到你看到靜止不動的弦波信號，再將信號產生器的輸出V
p- p（峰對峰值）調 為2V（即最大振幅為1V），DC offset調為0（調整信號產生器的DC offset鈕）。注 意！示波器的探針上有個x1或x10的選擇開關，撥在x1的地方。3.
將信號產生器訊號頻率調為1000Hz，調整示波器使得軌跡與上面100Hz之訊 號相同。再改變訊號之DC offset為+1V。直流與交流訊號
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訊號產生器
4.7µF
1kΩ
A C B
假如你能完成程序<二>的各步驟，表示你對示波器和信號產生器已經有初步的認識。
＜ 三 ＞ 電 表 的 電 壓 檔
這裏我們想了解一下電錶對不同頻率及不同直流成份信號的效應。
1.
將信號產生器的輸出調為100Hz，Vp-p=2V，DC offset = 0（用示波器檢查），用電錶（包括數位及指針式錶）的DCV檔及ACV檔測量此信號。
2.
將信號的DC offset調為+1V，重複上面測量。3.
將信號頻率調為100KHz及1MHz，各重複步驟1、2。＜ 四 ＞ 歐 姆 檔
下面是要了解電錶歐姆檔的特性。同學或許會問歐姆檔就是量電阻的嘛，有什麼 新鮮的事？Well, let's see!
1. 先將數位電錶調在
Ω
檔，端子不接任 何元件，對不同的電阻範圍按鍵，用 示波器測其兩端輸入端點之電壓 V∞，記錄下來。2. 然後用電錶量一個10
Ω
的電阻R，這 時再測其兩輸入端之電壓V10Ω，對不 同的電阻範圍按鍵都做。V∞和V10Ω有何不同，Why？將R改用1k代換，結果有何不同？
第 二 部 分 交 流 訊 號
這一部份我們是要瞭解一下交流訊號的特性及測量方法。同學應事先閱讀參考資 料有關 AC 訊號的部分。
＜ 一 ＞ 交 流 訊 號 的 相 子 表 示 1. 接成如右圖的 RC 電路
訊號產生器輸出一頻率為 100Hz 之弦 波訊號，振幅調為 1V（用示波器檢 查）。先利用數位電表 AC 電壓檔測量 VAC、VBC及 VAB，他們合乎
VCA=VBC+VBA嗎？為什麼？
2. 利用示波器同時觀察 CA 和 BA 之電
位差，記錄二者之振幅與相位差，注意相位是誰領先？誰落後？同樣的觀察 AC 和 BC 的電位訊號的振幅與相位差。這裡要小心示波器的兩個輸入接地點必須是 電路上的同一點。根據你的測量結果，畫出 VAC、VBC及 VAB的相子表示圖。是 否合乎 KVL？電容和電阻兩端的電壓訊號相差是多少？和理論值比較一下。
歐姆檔
V∞
VR
R
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3. 訊號產生器的輸出訊號頻率換為 1kHz 及 10kHz，重複步驟 1 和 2。
＜ 二 ＞ 隔 離 直 流 電 壓 的 交 流 訊 號 分 壓 器 1. 接誠如右圖之電路，注意電解
質電容的極性，接反了他有爆 炸的可能！
2. Vin由訊號產生器提供一振幅 1V 的 10kHz 的 AC 訊號，用示 波器（用 DCV 檔）同時觀察 Vout及 Vin，Vout的振幅是否恰 為 Vin之半？相位是否相同？
調整訊號產生器的 OFFSET
鈕，改變輸入訊號之直流偏壓，輸出訊號有改變嗎？
3. 頻率改為 100Hz，重複步驟 2，結果如何？
＜ 三 ＞ 直 流 電 壓 和 交 流 訊 號 的 混 合 器 把上面的電路改一下，即可改
成一個交直流訊號的加法 器，注意電解質電容的極性，
和前一個電路反方向。
Vin由訊號產生器提供一振幅 1V 的 10kHz 的 AC 訊號，用 示波器同時觀察 Vout及 Vin， 調整直流電源供應器，使得
VDC由 0V 到 5V，每隔 1V 觀察一次，記錄 Vout的直流與交流部分的變化。他是 不是可以當做交直流訊號的加法器？
預 習 問 題
1. 閱讀示波器使用手冊，確定你瞭解他使用的方法。回答下列問題：
(a)何謂”觸發”(trigger)?
(b)如何觀察兩個輸入頻道的訊號相加的結果？
(c)如何確定當輸入訊號為零（接地）時掃瞄線的位置？
(d)如何設定使 ch1 的訊號做 X 軸，ch2 的訊號做 Y 軸在示波器上顯示？
2. 在複數空間畫出實驗第二部分步驟<一>電路各訊號的相子表示，對 3 種頻率 都做，在圖中標出各訊號間的相角，在實驗時可供對照。
3. 47µF 的電容，在 10kHz 頻率的阻抗為何？在 100Hz 呢？
47µF
訊號產生器
Vout
Vin
1k
Ω
1kΩ
47µF
訊號產生器 Vin Vout
1kΩ 1kΩ VDC
直流電源供應器
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數 據 分 析 與 思 考 問 題
1.整理每一步驟的數據結果，並和理論值比較。回答步驟中的問題。
2.給你一個 47µF 電容，利用這個實驗中用到的儀器零件，你如何驗證這個電容 確實是 47
