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國立中山大學機械與機電工程學系 電子電路實驗手冊 指導老師程啟正 教授 中華民國九十六年二月 目 錄 第一章 實驗一、歐姆定律Ohm＇s Law、分壓與分流電路．．．1 實驗二、戴維寧定理與重疊原理．．．．．．．．．．．3 第二章 實驗三、二極體特性與應用．．．．．．．．．．．．．6 實驗四、濾波器電容濾波、LC 型濾波、π型濾波器．．8 第三章 實驗五、電晶體之電氣特性．．．．．．．．．．．．．10 實驗六、電晶體放大器基本電路．．．．．．．．．．．14 實驗七、電晶體串級放大電路．．．．．．．．．．．．19 第四章 實驗八、電壓隨耦器、同相放大器與反相放大器．．．．22 實驗九、加法器、減法器、積分器與微分器．．．．．．23 第五章 實驗十、NE555 無穩態多諧振盪電路．．．．．．．．．28 第一章 基本電路原理 實驗一、歐姆定律Ohm’s Law、分壓與分流電路 工作項目 工作一、歐姆定律 1. 按照下圖接好零件，電源以 DC3V 供應之。 2. 將電阻與電源之間的接線拆開，串接己撥至電流檔的三用電錶，此 時所測得之電流值為_____mA。 3. 用另外一個色碼標示為 470 歐姆之電阻取代目前用的這一個，再次 以電流錶測得電流為_____mA。 4. 步驟 2 與 3 所測得之電流值是否相同_____ 工作二、分壓電路 1. 按下圖接好各零件，電源以 DC12V 供應。 2. 將三用電表測量 R1 的電壓 V1______V、R2 的電壓 V2______V、 1 R3 的電壓 V3________V。 3. 將各電阻以同樣色碼另一批電阻代換，再量測一次 V1______V、 V2______V、V3________V。 4. 以三用電錶測得 R4 兩端之電壓是否等於 12V-V1-V2-V3______。 5. 步驟 2 與 3 所測得之電壓值是否相同_____。 工作三、分流電路 1. 按下圖接好各零件，電源以 DC12V 供應。 2. 以三用電錶測量流過 R1 之電流 I1_____mA、流過 R2 的電流 I2_____mA、R3 之 I3_____mA 及 R4 之 I4_____mA。 問題討論 1. 請說明為何在本節實驗中，即使更換的是相同色碼的電阻也會對分 壓器之電壓產生影響 2. 試計算出工作三中 R1（或 R2 或 R3）兩端之電壓為多少 3. 試計算工作二中 R2 電阻所承受之瓦數為多少 2 第一章 基本電路原理 實驗二、戴維寧定理與重疊原理 工作項目 工作一、戴維寧定理 1. 按下圖接好各元件，電源以 DV12V 供應。 2. 以三用電錶測量 R5 兩端接腳之電壓為_____V、以電流錶測得流經 R5 之電流為______mA。 3. 取下 R5，用三用電錶測試原 R5 接腳處之電壓為______V。 4. 取下電源接線，將原線路圖上電源部分直接用電線短路，取下 R5，用 電阻錶量測原 R5 接腳位置之電阻值為_______Ω。 5. 試計算電路中 R5 的戴維寧等效電壓為_____V，等效電阻為_____Ω。 6. 計算出之等效電阻值與步驟 4 所測得之值是否相等______。 7. 計算出之等效電壓值與步驟 3 所測得之值是否相等______。 3 工作二、重疊原理 1. 按下圖接好各零件，電源以直流 12V 供應。 B A 2. V2 交流電源以訊號產生器代替，調整至輸出訊號為 1KHz 之弦波，Vp-p 3V。 3. 先關閉訊號產生器，測量 A 點電壓為_____V；B 點電壓為____V。 4. 接上訊號產生器，以示波器觀察 A 點及 B 點之波形，並將其繪於下面 的方格圖中。 5. 步驟 4 中所測得之波形是否與重疊原理分析所述相同______ 4 問題討論 1. 試舉一例說明戴維寧定理的解題過程。 2. 工作二中若 R4 斷路，則在 R3 與 R4 之間所測得之波形與 B 點所測有 何不同試簡單說明其原因。 5 第二章 整流與穩壓電路 實驗三、二極體特性與應用 工作項目 工作二、二極體應用－半波整流 請將輸入的交流信號與電阻兩端電壓波型繪製在下表 工作三、全波整流（配合變壓器） 請將變壓器輸出的交流電壓與電阻兩端電壓波型繪製在下表 6 橋式整流 請將變壓器輸出的交流電壓與電阻兩端電壓波型繪製在下表 問題討論 1. 一般正弦波形交流電之峰值電壓為 VP Vrms 2，試問本節實驗中 全波及半波整流電路中，二極所受到的最大逆向偏壓為多少（不考慮 障壁電壓時） 2. 試列舉出三項中間抽頭式全波整流與橋式全波整流電路的不同處 7 第二章 整流與穩壓電路 實驗四、濾波器電容濾波、LC 型濾波、π型濾波器 工作一、電容濾波器 工作二、LC濾波器 8 工作三、π型濾波器 問題討論 1. 若電容濾波器中的電容量增大，則輸出波形有何變化請解釋為什麼會 有這種影響 2.試說明 LC 濾波器當中的電感值會如何影響輸出波形原因為何 ； 當輸 入訊號的頻率改變時，輸出波形產生什麼變化試說明原因。 3. 在工作三的π型濾波器中，若把 C2 改為較大容量之電容時，對輸出波 形有何影響 試說明這種現像發生之原因為 4. 請參考電子學課本中所提到的 RC 時間常數，說明為何電容量會影響輸 出波形的漣波因數又，L 濾波器與π型濾波器中電感的直流電阻對輸 出波形的漣波因數有何影響為什麼 5. 綜合第二章實習之相關知識，試設計一固定輸出電壓之直流電源供應 器，輸出電壓自行選擇，如 3、6、12 伏特等，需詳細列出計算各電路 元件所承受電壓及電流的過程。 9 第三章 電晶體電路 實驗五、電晶體之電氣特性 工作一、電晶體工作一、電晶體VCE-ICE特性曲線繪製特性曲線繪製 1.按下圖接線，電源 VCC使用 DC710V 皆可。 47K 1 零件列表 可變電阻 1K 1 10K 1 電 阻 100Ω 1 2. 調節 VR1使 IB 0μA。 3. 調節 VR2使 VCE依次為 0.1V→0.2V→0.3V→0.5V→1.0V→2.0V→3.0V→4.0V →5.0V→6.0V（電源 VCC為 7V 時，若 VCE無法到 6V 則只作到 VCE 5.0V 即 可） ※注意調整 VR2時，IB可能會變動，此時應調整 VR1使 IB為指定之值。 4.依次調整不同之 IB值，完成下列各表格。 IB 0μA VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA IB 10μA VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA IB 20μA 10 VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA IB 30μA VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA IB 40μA VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA IB 50μA VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA IB 60μA VCEV0.1 0.2 0.30.51.02.03.04.0 5.0 6.0 ICmA 5. 利用下面的空表格，將各表格數值繪製成 VCE-ICE特性曲線圖。 11 工作二、觀測 I工作二、觀測 IE E、I、IB B、I、IC C之關係 之關係 1.視電晶體為 NPN 或 PNP 之不同，裝置下面電路。 2.VCC DC 6 9V 皆可。 3.調整 10KΩ的可變電阻使集極電流為 2mA。 4.記下此時之電流值。 IB_____μA、IC_____μA、IE______mA。 5.用下式計算α值 C E I I α _______。 此即本電晶體在 Ic 2mA 時之α值。 6.用下式計算β值 B I Ic β _______。 此即本電晶體在 Ic 2mA 時之β值。 零件列表 電 阻1k 1 可變電阻10k 1 電晶體NPN 或 PNP 12 問題討論 1、工作一中之電晶體若更換為 PNP 電晶體時，則線路應該作何修改 試繪出。 2、當你在測繪 VCE-ICE特性曲線時，即使在 IB 0mA 下，將 VCE調高 是否會對 ICE有所影響試說明為何會有這種現象出現。 3、在實驗過程中，用相同零件號碼電晶體取代原來之使用的那一個 時，實驗數據是否有所以變化若有，請說明這是什麼原因造成的。 4、試簡單描述工作二中之α、β的定義。 13 第三章 電晶體電路 實驗六、電晶體放大器基本電路 工作一、共射組態放大器（工作一、共射組態放大器（CE）） 1. 按照下圖將各零件以麵包板接線，電源 CC V以 DC6V 供應。 可變電阻10K 1 電 容 10uF 1 電晶體 2N3904 1 零件列表 電 阻 10K 1 47K 1 2.2K 1 2. 調整可變電阻，使三用電錶量測出電晶體 C-E 腳間的電壓 1/2。 CC V 3. 以三用電錶測得電晶體 B-E 腳之電壓 VBE ____V、 C-E 腳之電壓 VCE ____V。 4. 使用訊號產生器輸入一 1KHz 之正弦波於 Vi，同時觀察輸出端之波形，在使 輸出訊號不失真的情形下，△VoVo 之 Vp-p為 _____V。 5. 輸出端與輸入端的波形為同相或反相_____，試將您觀察到波形繪於下方空 白格。 c o c R VΔ ΔΙ6. 輸出訊號之電流可以由_______mA 求得。 14 7. 以示波器測量 A 點對地端之電壓△VA為_____Vp-p、 B 點對地壓△VB為____Vp-p。 8. 輸入訊號電流 Δ−Δ Δ B BA B R VV I____uA（此即，為何要在 47K 電阻後再串接 RB之目地，如此就不用在原線路中串接一電流表量測 IB，因為 IB為波動之訊 號，以三電錶量測時會出現不正確的結果） 9. 電流增益為______ Δ Δ B C I I Ai。 10.電壓增益為______ Δ Δ B V O V Av。 11.功率增益為。 ______AvAiAp Ω12.輸入阻抗為 Δ Δ VB 工作二、共集極放大電路（工作二、共集極放大電路（CC）） 1.按下圖接好各元件及示波器和訊號產生器，以 DC6V 供應。 k I Rin B ______。 CC V 2.調整可變電阻，使電晶體射極輸出腳對地電壓為 1/2 。 .示波器調至 AC 檔位，訊號產生器輸出為 1KHz 正弦波。 Vo _____Vp-p。 6.以示波器測量 A 點對地端之電壓 VA為_____Vp-p、 B 點對地壓 VB為____Vp-p。 7.輸入電流為 CC V 3 4.調整訊號產生器之輸出電壓，使輸出端不產生失真之最大正弦波 5.輸出電流 Ie Vo/RE _____mA。 uA R VV I B BA B _____ − 。 15 _____ B O V V V A8.電壓增益為。 9.電流增益為_____ B e i I I A。 10.功率增益為。 11.由電晶體基極看進去之輸入阻抗 ______AvAiAp Ωk I V Rin B B _____。 12.輸出波形與輸入波形為同相或反相______。 13.在不改變輸入訊號的前提下，調整可變電阻，觀察輸出波形有何變化。 16 工作三、共基極放大電路（CB） 工作三、共基極放大電路（CB） 1. 按下圖接好各零件， CC V以 DC6V 供應。 零件列表 電 阻R1470Ω R2220Ω R3100Ω R422KΩ RC3.3KΩ 可變電阻10K 電 容C110uF C2100uF 電晶體2N3904 2. 以三用電錶測量集極對基極電壓，並調可變電阻使 BC V1/2 CC V。 3. 集極對地端的電壓 VC____V。 4. 集極電流 C CCC C R VV I − _____mA。 5. A 點對地端的電壓 A V____V。 6. 射極電流 2 R V I A E ____mA。 7. CE II≈嗎____。 8. 根據電子學課本中所推導之公式可求得輸入電阻 25 _____ T e EE VmA Rinr II ≅Ω射極。 9. 電壓增益 Rin R A C V _____。 10.將輸入端接上 1kHz 之正弦波，觀察輸出端與輸入端的波形為同相位 或反相位_____。 問題討論 1、試說明，在工作一中為何要以示波器測量基極電阻兩端的電阻方式來計 算出極電流而不直接在電路中串接一數位電錶直接量測流經之電流 量提示此部分之電壓是隨著輸入電壓而變動的 2、在上面各工作項目中，訊號產生器輸入至電路經過一 10uF 電容，試說 17 明為何要串接此一電容（提示電容器為一高通特性元件，其阻抗與 頻率的關係式如下 fc XC π2 1 ，f 為頻率，c 為電容量） 3、在本節實習項目中多使用到示波器來觀察電路的作用，但在使用示波器 時可以選擇 AC 或 DC 檔位，試說明這兩者對於您所觀察到波形有何影 響 18 第三章 電晶體電路 實驗七、電晶體串級放大電路 工作一、RC 交連放大電路 工作一、RC 交連放大電路 1. 按照下圖接好各元件，VCC 以 DC12V 供應，電晶體使用 2N3904 或其 它小訊號用 NPN 電晶體亦可。 2. 在輸入端輸入 1KHz 之正弦波，調整訊號產生器使輸出波形不失真， 以示波器測得 V4 ____Vp-p、V3 ____Vp-p、V2 ____Vp-p、V1 ____Vp-p。 3. 第一級的電壓增益____ 1 2 1 V V AV 第二級的電壓增益____ 3 4 2 V V AV 兩級的電壓總增益為 21VV AA或等於 1 4 V V _____ 4. 在 TR1 的射極電阻兩端並聯一 47uF 之電容，電容器的正端接 TR1 的 射極、負端接地，再重測一次剛才的數據 第一級的電壓增益____ 1 2 1 V V AV 第二級的電壓增益____ 3 4 2 V V AV 兩級的電壓總增益為 21VV AA或等於 1 4 V _____ V 5. 比較第 3 與第 4 步驟的結果有何不同 19 第三章 電晶體電路 實驗七、電晶體串級放大電路 工作二、直接交連放大器 工作二、直接交連放大器 1. 按照下圖接妥各元件，輸入端接上號產生器、輸出端接上示波器。 TR1使用 2N3904；TR2使用 2N3906 2. 調整輸入端訊號電壓至使輸出端不產生失真的最大值。 3. 以示波器測得 V4 ____Vp-p、V3 ____Vp-p、V2 ____Vp-p、V1 ____Vp-p。 4. 第一級的電壓增益____ 1 2 1 V V AV 第二級的電壓增益____ 2 3 2 V V AV 兩級的電壓總增益為 21VV AA或等於 1 3 V V _____ 5. 將 TR2 射極端的 47μf 電容拆除，再重測一次剛才的數值 第一級的電壓增益____ 1 2 1 V V AV 第二級的電壓增益____ 2 3 2 V V AV 兩級的電壓總增益為 21VV AA或等於 1 3 V _____ V 6. 在拆除了電容器之後，V3變大或變小_______。 7. 比較拆除電容器前後所測得的數值，結果有何不同 20 問題討論問題討論 1、在變壓器交連電路的解析中我們假設次級的輸出功率與初級的輸出 功率是一致的，即能量沒有任何損失，這樣假設合理嗎在實際使 用上否有可能發生問題試簡述您的觀點。 2、請列舉幾項 RC 交連電路與直接交連電路之特點，比較兩者不同之 處。 3、在本節實驗中有將電容器加入或移除後對電路動作影響，試說明為 何會有這種發生（提示電容抗為 fc XC π2 1 ） 21 第四章 運算放大器電路 實驗八、電壓隨耦器、同相放大器與反相放大器 工作一、電壓隨耦器工作一、電壓隨耦器 VIN -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 VO VIN/VO 工作二、同相放大器 工作二、同相放大器 1. VIN -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 VO VIN/VO 2. VIN -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 VO VIN/VO 工作三、反相放大器 工作三、反相放大器 VIN -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 VO VIN/VO 問題討論 問題討論 1. 試說明何謂運算放大器電路之虛接地現像 2. 請參考電子學相關書籍中運算放大器一節，說明 UA741 之 NULL OFFSET 接腳之功能 22 第四章 運算放大器電路 實驗九、加法器、減法器、積分器與微分器 工作項目 工作一、加法器 按下圖接好各元件，電源以 DC9V15V 供應，運算放大器為 UA741，電阻 Rf 為 10K Ω。 以三用電錶測試，調整可變電阻 VR1與 VR2使 V1及 V2等於下面表格之值，並將輸 出電壓 VO記錄於表格中相對應之位置。 V1-2.0 -2.0 -2.00.01.02.02.02.0 2.0 V22.0 1.0 0.01.01.01.00.0 -1.0 -2.0 VO 工作二、減法器 1. 按下圖接好各元件，電源以 DC9V15V 供應，運算放大器為 UA741， 電阻 Rf 為 10KΩ。 23 2. 以三用電錶測試，調整可變電阻 VR1與 VR2使 V1及 V2等於下面表格之 值，並將輸出電壓 VO記錄於表格中相對應之位置。 V1-2.0 -2.0 -2.00.01.02.02.02.0 2.0 V22.0 1.0 0.01.01.01.00.0 -1.0 -2.0 VO 工作三、微分器 1. 按下圖接好各元件，電源以 DC9V15V 供應，運算放大器為 UA741。 訊號產生器 2. 調整訊號產生器的輸出為 Vp-p2V，1000Hz 之方波。 3. 以示波器同時觀察輸作與輸出波形，其用不同顏色的筆繪於下表格 中。 24 4. 將 R 改為 10KΩ，輸入訊號仍維持 Vp-p2V，1000Hz。 5. 與步驟3比較 ， 當RC時間常數過大時微分器電路能正常工作嗎___ 6. 將輸入訊號改為 Vp-p2V 之正弦波 ， 將輸出與輸入波形繪於下表格 。 工作四、積分器 1. 按下圖接好各元件，電源為 DC915V，運算放大器使用 UA741。 訊號產生器 25 2. 調整訊號產生器的輸出為 Vp-p2V，1000Hz 之方波。 3. 以示波器同時觀察輸作與輸出波形，其用不同顏色的筆繪於下表格 4. 把 R 改 中。 為 1KΩ，將此時的波形繪於下面空白表格中。 5. 比較步驟 3 與步驟 4 的波形，當 RC 時間常數過小時積分器能正常工 作嗎________。 26 問題討論 1. 在加法器與減法器的實驗中，若我們將電阻 Rf 的值改變，對原來的 線路有何影響 2. 在積分器實驗中，若訊號產生器的輸出波形調為三角波，則積分器 的輸出波形將會變為 3. 加法器實驗中，是否 VO正好等於 V1與 V2的和若不是，請解譯可 能原因為何 27 第五章 振盪器電路 實驗十、NE555 無穩態多諧振盪電路 工作項目 工作一、NE555 無穩態振盪器 1. 按下圖接好各元件，VCC 以 DC5V9V 供應。 2. 以示波器觀察輸出波形，並記於下方空白方格圖中。 3. 調整可變電阻，觀察輸出波形有何變化______。 4. 在 VR 兩端串接一二極體，原電路圖變為下圖所示，則輸出波形的 變化為何 28 問題討論 1. 在本節實驗中，為何調整可變電阻後輸出波形會產生變化 試說明原因。 2. 試以本節所提到的方式，利用 NE555 設計一輸出波形為 120Hz 5、工作週期（Duty cycle）為 30以上的方波產生器。 29
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