直流與交流訊號 物理實驗（三）
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Vp-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。
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。
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直流與交流訊號 物理實驗（三）
＜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10Ω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？
圖（一）
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
！開始這部分實驗時，請先將示波器的電源浮接地(使用三轉二接頭)！
1. 接成如圖（二）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？
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直流與交流訊號 物理實驗（三）
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。
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。
圖（二）
＜二＞隔離直流電壓的交流訊號分壓器
1. 接誠如圖（三）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？
圖（三）
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直流與交流訊號 物理實驗（三）
＜三＞直流電壓和交流訊號的混合器
把上面的電路改一下(如圖四)，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V
DC
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？圖（四）
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.請說明電阻與阻抗有何不同？
3.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。
4.47μF 的電容，在10kHz 頻率的阻抗為何？在100Hz 呢？
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47μF？描述你的方法和步驟，並說明你可以量多準。
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