輸入與輸出阻抗
物理實驗（三）
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輸入與輸出阻抗
目 的
瞭解電路和儀器輸入與輸出阻抗，以及測試方法。
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
＜ 一 ＞ 分 壓 器 的 輸 出 阻 抗
請同學詳閱有關戴維寧等效電路的參考資料。
接成如右圖之分壓電路，Vin由直流電源 供應器提供一1V之電壓，R1=
R2=10kΩ，RL分別接以470Ω、1kΩ、 4.7kΩ、10kΩ及47kΩ電阻（這些電阻請 事先用電表之歐姆檔測量並記錄其 值），測量Vout，IL可由Vout/IL求得。畫出 IL對Vout圖，是不是一條直線？斜率是多 少？和分壓電路的戴維寧等效電路比 較，是不是一樣的一條線？
＜ 二 ＞ 信 號 產 生 器 的 輸 出 阻 抗
上圖是信號產生器輸出阻抗的測試電路圖，RL先不接（開路），直接用示波器觀 察其輸出訊號，調整使其振幅為200mV，頻率1kHz，OFFSET為0之弦波訊號。
Vout
Vin
R1
R2 RL
IL
訊號產生器 VS RL Vout
RS
接示波器
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然後RL分別換成47Ω、100Ω、210Ω、470Ω電阻（這些電阻請事先用電表之歐姆 檔測量並記錄其值），記錄Vout，由負載效應求出RS。
＜ 三 ＞ 歐 姆 檔 的 輸 出 阻 抗
右圖是在實驗（直流與交流訊號）用來測 試電表歐姆檔特性的測量電路，根據你上 次所得的結果，適當的選擇R，畫出歐姆 檔（對每一個電阻範圍選擇鍵都要做）的 戴維寧等效電路。
＜ 四 ＞ 示 波 器 的 輸 入 阻 抗
這部分的實驗是要測量示波器的輸入阻抗，包括專用探針的X10檔。請同學閱讀 參考資料中X10探針相關部分。
1.一般檔（X1檔）
利用右圖之分壓器，Vin輸入100Hz，Vp-p=10V (DC OFFSET=0)之正弦函數信號，用示波器看Vout， 這裡探針調在X1檔，R1和R2用100k、1M及10M 不同值之電阻分別代替，紀錄Vout的變化。不同 電阻值的分壓器，結果有何不同？計算出示波器 的輸入電阻。
2.X10檔
重複上面實驗，但探針調在X10檔，有不同的結果嗎？訊號有無衰減？
注意：X10使用前需先調校。將示波器的探針(CH1及CH2)調在X10檔，依照參考 資料中之方法調整你的探針，使他們在最好的工作狀態。這時示波器上的讀值需 X10才是真正值。
＜ 五 ＞ 與 示 波 器 探 針X10檔有 關
上 面校正過探針的X10檔，在這一個程序 中，用一個實際的電路來瞭解一下，這樣一 個校正的實際意義。當然，真正探針中的電 阻和電容與本實驗的值不同。
1. 將探針10x檔重新校正過。
2. 將右圖的電路在麵包板上插好，其中C1用 100pF。
歐姆檔
V∞
VR
R
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3. Vin用一個振幅為5V，100kHz的方波輸入，觀察並記錄其輸出波形。
4. 將C1換成33pF、20pF、10pF及5pF重複步驟1-3。
5. 將C1換成80pF可調電容，重複步驟1-3，觀察輸出波形，調整可變電容，將輸 出波形變為最正確的方波波形，找助教利用RLC meter量測出此時可變電容 值，並記錄之。
＜ 六 ＞ 輸 出 阻 抗 含 有 電 容 成 分 的 測 量
當網路中含有電容成分時，不同頻率的訊號會看到不同的輸出阻抗值。要求輸出 阻抗時，訊號的相位必須測量出來。
1. 上圖中虛線框起來的部分是被測試電路。Vin先調在100Hz，振幅用1V，DC OFFSET為0。輸出先不接任何電阻（開路），測量Vout波形，紀錄振幅及相位
（和Vin比較）。
2. 輸出分別接100、1k、10k電阻，重複步驟1。
3. 頻率換成1kHz、10kHz重複步驟1和2。
利用上面結果分析出在不同頻率電路的輸出阻抗。
預 習 問 題
1. 閱讀示波器 X10 探針的參考資料，說明他的調整方法。
2. 我們在測試儀器或電路的輸出阻抗時，通常避免去測量短路電流，為什麼？
3. 計算在程序<五>中，C1 選擇什麼值時，Vout/Vin 的大小和頻率無關？
4. 分別計算程序<六>電路在 100、1kHz 及 10kHz 頻率的輸出阻抗。
提示：1k//(1k+1/jωC)
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. 說明示波器探針 X1 和 X10 的差別。X10 探針通常用在含有高頻分量訊號的測 試，他到底有什麼好處？
4.7µF
訊號產生器
Vout
Vin
1kΩ
1kΩ
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3. 在程序<六>中如果我們無法將 Vin 的振幅與相位接出來與 Vout 比較，我們仍 然能夠得出輸出阻抗嗎？如何測量及分析？
