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3 第 1 章 基本工具的認識與使用 基本工具的認識與使用 正確地使用基本工具, 才能在電子電路的裝配與機電元件的組裝過程中, 能以確實 快速 美觀 安全, 且不易造成元件的毀損, 進而完成電子成品的製作 要能正確地使用基本工具, 就必須先認識及瞭解基本工具的特質與功能 本章實習時數 : 6小時 1-1 基本工具的認識與使用 瞭解基本工具的種類與功能 能正確的使用基本工具 瞭解焊接的規則與要領 能熟練焊接的技術 1-2 焊接規則與練習 技能活動學後評量 1

4 基礎電子實習 1-1 基本工具的認識與使用 尖嘴鉗 尖嘴鉗的外形如圖 1-1 所示, 具有一對狹長而尖的夾口, 尖端附有細齒用以增加夾持電子元件的能力, 有的尖嘴鉗還附有剪口, 可方便剪切導線 尖嘴鉗的功能是用以夾持小型電子元件進行折腳 整直 焊接及裸銅線的拉直 彎線等工作 尖嘴鉗在使用時, 應注意不可夾持過大物品, 避免承受太大的作用力, 造成鉗夾彎曲, 鉗夾無法密合或折斷 圖 1-1 尖嘴鉗圖 1-2 斜口鉗 斜口鉗 斜口鉗的外形如圖 1-2 所示, 又稱為剪線鉗, 是由兩片剪鋒組成具有剪斷電線能力 斜口鉗的功能是用以剪掉在裝配過程中, 電子元件多餘過長的接腳或剝除導線上的絕緣層 ( 剝線 ) 斜口鉗在使用時, 應注意不能用以剪較粗的電線或硬質材料, 避免剪鋒承受太大的作用力而受損 2 使用斜口鉗剝線時, 應與尖嘴鉗配合使用, 先以尖嘴鉗前端夾住距離線端 1 公分的位置 ( 所要剝除的絕緣層的長度 ), 再以斜口鉗剪鋒的前端, 置於相同的位置, 施以適當的作用力並旋轉切開導線表面的絕緣層 (PVC), 應注意不可傷及導線的金屬芯線, 利用槓桿原理向尖嘴鉗方向

5 第 1 章 基本工具的認識與使用 施力剝離絕緣層, 如圖 1-3(a) 所示 若導線為多芯導線時, 絕緣層不用完 全剝離, 以手用旋轉的方式將絕緣層剝離, 可達到將多芯導線絞合的目 的, 如圖 1-3(b) 所示 (a) 圖 1-3 使用斜口鉗剝線 (b) 平口鉗 平口鉗的外形如圖 1-4 所示, 又稱為鋼絲鉗或電工鉗, 鉗口的前端有細齒可增加夾持的能力, 用以扭接較粗的電線 鉗口後端有兩片剪鋒, 具有剪斷較粗電線能力 平口鉗的功能是在電工配線的裝配過程中, 用以剪斷較粗的電線或硬質材料 扭接兩條導線及剝線 圖 1-4 平口鉗圖 1-5 剝線鉗 剝線鉗 剝線鉗的外形如圖 1-5 所示, 且有快速剝線的能力 剝線鉗的功能是 因應電子裝置在組裝時, 需要大量剝除導線上的絕緣層以供焊接連線, 為 節省剝線時間, 所發展出來的快速剝線的工具 3

6 基礎電子實習 螺絲起子 螺絲起子 ( 起子 ) 的結構可分為把手 柄 起子尖三部分, 其外形如圖 1-6(a) 所示 為配合旋緊或拆卸不同型態的螺絲, 起子尖的形狀可分為一字型起子 十字型起子 六角型起子與星孔型起子等不同的型態, 如圖 1-6(b) 所示 (a) (b) 圖 1-6 螺絲起子 螺絲起子在使用上, 必須配合螺絲槽口寬度與深度, 使用相同大小的起子尖, 起子在施力時應與螺絲成一直線, 與螺絲槽緊密結合, 如圖 1-7 所示, 以避免在旋緊螺絲時, 產生螺絲崩牙的情況或造成起子尖損壞 所以螺絲起子應整組購置, 於使用時才可配合不同寬度與深度的螺絲槽口, 選用最適合的螺絲起子 圖 1-7 螺絲起子的使用 4

7 第 1 章 基本工具的認識與使用 套筒起子的外形, 如圖 1-8 所示, 其功能為旋緊或拆卸不同大小的螺帽 或用以固定螺帽, 以方便使用起子旋緊或拆卸螺絲 圖 1-8 套筒起子 調整起子 調整起子的外形與結構和小型螺絲起子相同, 如圖 1-9(a) 所示, 不同的是握柄與起子尖都是由塑膠材質所製作而成, 形成一個絕緣體可防止感電 其功能是用來調整半可變電阻 半可變電容及中頻變壓器等元件, 如圖 1-9(b) 所示 調整起子的塑膠材質, 可避免因使用金屬材質的起子在進行電路調整時, 與電路中電感或電容接觸, 導致電路中的電感量或電容量產生變化, 產生調整的偏差 調整起子在使用時, 千萬不可用以旋緊或拆卸螺絲, 避免過大的作用力, 造成調整起子的損壞 (a) (b) 圖 1-9 調整起子 1-2 焊接規則與練習 銲錫 銲錫是由錫與鉛合金的焊接材料 焊接是將銲錫高溫加熱使銲錫熔化, 流進欲連接的元件金屬接腳之間冷卻後凝固, 使元件的金屬接腳之間能緊密連接固定 經由焊接的過程, 可將各種電子元件的接腳, 依據電路圖加以連接, 形成具有功能的電子裝置 銲錫中錫和鉛的最佳比例是 67% 的錫和 37% 的鉛 此種比例的銲錫其熔點與凝固點最接近, 約為 184, 最適合做為焊接的材料 5

8 基礎電子實習 市面上所買的銲錫一般都是 60% 的錫和 40% 的鉛比例的銲錫, 為了使用方便通常將其製成銲錫線, 如圖 1-10 所示, 同時在銲錫條的中心內部填充助焊劑 - 松香 使用助焊劑的目的為清除被焊接物表面的氧化薄膜, 避免接點氧化而造成焊接不良, 導致電路工作無法正常 在焊接的過程中, 請不要使用焊油做為助焊劑, 因其具有腐蝕性會造成電子元件的損害及較差絕緣效果 圖 1-10 銲錫 電烙鐵 電烙鐵是電子電路焊接最重要的工具, 其結構可分為握柄 電熱絲 烙鐵頭三部分, 其外形如圖 1-11 所示, 電烙鐵是利用電能使電熱絲產生熱能, 傳導到烙鐵頭發熱產生高溫將銲錫熔解, 進行電子元件的連接 烙鐵頭一般都以銅為材質, 使其具有較高導熱特性, 且在其表面鍍上具有耐氧化的特殊金屬材質, 以增加烙鐵頭使用壽命 不可以用砂紙 銼刀磨刮, 如此將會破壞烙鐵頭表面耐氧化的特殊金屬材質, 加速烙鐵頭的損壞 電烙鐵的規格是以電熱絲的消耗功率作為區分的依據, 一般電子電路的焊接都是使用 20~40W 的電烙鐵 烙鐵頭產生的溫度約為 250 C~400 C 之間 電烙鐵在焊接過程中, 都要一直接上電源以保持烙鐵頭溫度, 以利焊接工作的進行 當不使用時, 一定要將電烙鐵置於烙鐵架上, 如圖 1-12 所示, 以避免破壞工作桌, 防止人員燙傷 烙鐵架下方通常會放置耐熱海綿, 使用時, 浸水用以清潔烙鐵頭 6

9 第 1 章 基本工具的認識與使用 圖 1-11 電烙鐵圖 1-12 烙鐵架 拿電烙鐵的方法, 如圖 1-13 所示, 此種方式較適合焊接工作的進行 圖 1-13 拿電烙鐵的方法 吸錫器 吸錫器是利用真空原理將熔解的銲錫吸除, 如圖 1-14 所示 在電路焊接過程中, 因錯誤的焊接或元件的損壞, 必須將元件由電路板中拆除時, 可先用電烙鐵在焊接點處加熱使焊錫熔解, 同時將吸錫器的吸錫口置於焊接點將銲錫吸除 圖 1-14 吸錫器 7

10 基礎電子實習 焊接的步驟 在焊接前, 應先將元件接腳表面的氧化層清除, 元件折腳加工, 插入電路板後, 進行焊接的工作 焊接時, 應右手握電烙鐵, 左手拿銲錫線, 如圖 1-15 所示, 焊接的步驟為 : 以電烙鐵接觸元件接腳使其加熱 將銲錫線放入元件接腳的另一側, 使銲錫熔解, 熔解的銲錫會順著元件接腳流到銅箔圓點 待熔解的銲錫完全覆蓋銅箔圓點後, 將銲錫線移除 應適當的控制時間長短, 務必多加練習, 使銲錫的量適當, 如圖 1-16 所示 移除電烙鐵, 完成一個焊點的焊接工作, 應靜待銲錫凝固, 否則會造成冷焊的情形 完成整個電路的焊接工作後, 以斜口鉗將多餘的接腳剪除, 餘腳的長度不得超過 0.5 mm 圖 1-15 焊接示意圖 圖 1-16 焊錫量的情形 8

11 第 1 章 基本工具的認識與使用 萬用電路板的焊接規則 在進行萬用電路板的電路焊接前, 應先將裸銅線全部拉直備用, 其方法是用兩隻尖嘴鉗夾住裸銅線兩端 ( 約 15 公分左右 ) 以兩手手腕為支點向外撐開拉直後再再剪斷即可 萬用電路板的焊接規則為 : 銅箔面必須使用裸銅線, 裸銅線之間距不得小於萬用電路板的兩個點距 焊接可採用先焊後剪腳, 或先剪腳再焊, 但接腳餘長不得超過 0.5 mm IC 座 SVR 繼電器及端子接腳不需剪除 銲錫應佈滿銅箔面之元件接腳圓點內, 裸銅線轉折處應焊接, 且直線部份兩焊點間之空點不得超過 4 個, 如圖 1-17 所示 焊接時, 銲錫量應適中 不得有焦點 錫面不光滑 冷焊 針孔 氣泡 等現象 焊接時, 不得使銅箔圓點脫落或浮翹 圖 1-17 焊接規則 9

12 基礎電子實習 實習材料 項次品名規格數量項次品名規格數量 1 萬用電路板 mm 1 4 可變電阻器 500 k 1 2 萬用電路板 125 mm 76mm 3 5 銅線 1.0 mm 30 cm 3 電容器 50V 0.1 F 1 實習項目與步驟 1 焊接三角架練習 將 30 cm 的 1.0 mm 銅線以斜口鉗剪成 6 等分, 每根長 5cm 使用電烙鐵將 6 根銅線兩端上錫 將 6 根銅線焊接成三角架, 如圖 1-18 所示 圖 1-18 三角架圖形 2 萬用電路板的焊接練習 ( 一 ) 10 選用 85 mm 85 mm( 點距 2.54 mm) 的萬用電路板一片及 0.5 mm 的裸銅線 依據焊接規則, 在萬用電路板的銅箔面, 以裸銅線焊接完成如圖 1-19 所示的圖形

13 第 1 章 基本工具的認識與使用 圖 1-19 萬用電路板的焊接焊接練習 ( 一 ) 3 萬用電路板的焊接練習 ( 二 ) 選用 125 mm 76 mm( 點距 5.08 mm) 的萬用電路板一片及 0.5 mm 的裸銅線 依據焊接規則, 在萬用電路板的銅箔面, 以裸銅線焊接完成如圖 1-20 所示的圖形 圖 1-20 萬用電路板的焊接焊接練習 ( 二 ) 11

14 基礎電子實習 問題與討論 試簡述萬用電路板的焊接的規則為何? 說明焊接的步驟? 12

15 第 1 章 基本工具的認識與使用 選擇題 1-1 ( ) 將電子元件 導線與電子電路板作適當而正確的裝配, 應使用 (A) 電烙鐵 (B) 吸錫器 (C) 打火機 (D) 熱風槍 ( ) 電烙鐵應放置於 (A) 防熱橡膠墊上 (B) 烙鐵架內 (C) 尖嘴鉗上 (D) 桌上即可 ( ) 斜口鉗與尖嘴鉗配合使用可拿來當成 (A) 鎚 (B) 鑿子 (C) 剝線鉗 (D) 扳手使用 ( ) 尖嘴鉗夾上元件接腳而後焊接之主要目的為 (A) 防止手燙傷 (B) 防止燒傷相鄰元件 (C) 方便 (D) 防止高溫損壞元件 ( ) 斜口鉗不適合剪粗導線, 應改用 (A) 鋼絲鉗 (B) 尖嘴鉗 (C) 剪刀 (D) 鯉魚鉗 ( ) 使用起子拆裝螺絲時起子與螺絲面要成 (A)30 (B)60 (C)90 (D)120 ( ) 螺絲起子手柄直徑大者, 其轉矩 (A) 由力量決定 (B) 與直徑無關 (C) 大 (D) 小 ( ) 焊接電子元件 ( 如電晶體 ) 時, 電烙鐵通常以 (A)80W 以上 (B)50W~70W (C)30W~50W (D)20W~30W 最適當 ( ) 清除銼刀齒上之銼屑, 應用何種物質來清理?(A) 鋼刷 (B) 毛刷 (C) 牙刷 (D) 水 ( ) 多芯線使用於 PCB 板焊接時, 剝線後使用前之處理下列何者為宜? (A) 鍍錫 (B) 加散熱膏 (C) 加焊油 (D) 加防鏽膏 ( ) 用起子拆螺絲釘時若不易拆下應 (A) 用榔頭敲擊再拆 (B) 用斜口鉗夾持取下 (C) 用電動起子 (D) 先加少許潤滑油稍後再拆 ( ) 剝單芯導線時應使用何種工具最佳 (A) 剝線鉗 (B) 美工刀 (C) 牙齒 (D) 指甲 13

16 基礎電子實習 14 ( ) 烙鐵架上的海棉可清除烙鐵頭上之餘錫, 故海棉應加 (A) 酒 精 (B) 水 (C) 機油 (D) 接點復活劑 ( ) 下列何者不是手工具選用原則? (A) 選擇適合工作所須的標 準工具 (B) 選用正確的方法使用工具 (C) 選用保持良好狀態 的工具 (D) 選用價格低廉為主而不須考慮材質 ( ) 為避免損傷外殼面板, 鎖緊螺絲時應使用何種手工具 (A) 套 筒扳手 (B) 活動扳手 (C) 尖嘴鉗 (D) 鋼絲鉗 ( ) 調整有感線圈應使用 (A) 一字起子 (B) 十字起子 (C) 無感起 子 (D) 牙籤 ( ) 一般吸錫機 (Solder Cleaner) 是由幫浦 儲槽 吸錫管 吸錫 頭及加熱裝置構成, 其吸錫原理為? (A) 高壓吹力 (B) 真空 吸力 (C) 靜電吸力 (D) 虹吸管 ( ) 斜口鉗配合尖嘴鉗剝線是利用 (A) 槓桿原理 (B) 拉力 (C) 夾 持力 (D) 扯力 剝線 ( ) 手工具放置桌面上應 (A) 方便即可 (B) 排列整齊 (C) 隨意擺 置 (D) 收於抽屜以防失竊 ( ) IC 接腳不整齊或新的 IC 要使用時, 正確的整腳工具應使用 (A) 斜口鉗 (B) 尖嘴鉗 (C) 鑷子 (D)IC 整腳器 ( ) 鑽床在使用中需清除切屑時 (A) 為避免排屑割傷需戴手套 (B) 用手清除, 方便即可 (C) 立刻關機取出被鑽物, 再用刷子 清除 (D) 用刷子清除 ( ) 銲錫中的助銲劑主要功能為 (A) 幫助溫度升高 (B) 降低熔點 (C) 去除銲接表面之氧化物 (D) 加速銲點凝固 ( ) PC 板銲接作業中, 電烙鐵溫度, 下列何者為宜 (A)150 ~180 (B)180 ~200 (C)230 ~250 (D)350 ~400 ( ) 為防止螺絲振動而鬆脫, 下列何種方式較正確 (A) 用止洩帶 (B) 螺絲鎖緊後予以銲死 (C) 加裝彈簧墊圈 (D) 加裝彈簧墊圈 前, 先套上華司正確鎖緊

17 第 2 章 電子儀表的使用 電子儀表的使用 在電子電路的實驗過程中, 必須藉由電子儀表所提供的各項功能, 才能使電路正常的運作 進行電路的特性量測及故障電路的檢修 如何熟悉且正確的操作電子儀表的各項功能, 就必須要瞭解各種電子儀表所具備功能及時常動手來練習各種電子儀表的操作 本章實習時數 : 12 小時 2-1 三用電表的使用 瞭解三用電表的功能 瞭解電源供給器的功能 瞭解信號產生器的功能 瞭解示波器的功能 能熟悉且正確的操作三用電表 電源供給器 信號產生器及示波器 2-2 電源供給器的使用 2-3 信號產生器的使用 2-4 示波器的使用 技能活動學後評量 15

18 基礎電子實習 2-1 三用電表 三用電表的認識 16 三用電表簡稱 VOM, 是電子技術人員所須具備的基本儀表, 因為三用電表具備有多種測量的功能, 又稱為萬用電表或複用電表 (Multi-Tester), 其主要功能為 : 測量電壓 (Volt) 直流電壓測量 DCV 交流電壓測量 ACV 測量電阻 (Ohm) 測量電流 (milli-ampere)dcma 三用電表的附屬功能 : 判定二極體的好壞與接腳極性 (P N) 判定電晶體的好壞 接腳極性 (B E C) 及電晶體電流增益 (h fe ) 測量分貝值 (db) 測量負載電壓及負載電流 (LV LI) 電解電容好壞的判定判定變壓器 喇叭等元件的好壞三用電表的面板如圖 2-1 所示, 其面板開關與旋鈕的功能敘述如下 : 表頭面板刻度 : 用以判讀電壓 電流或電阻等各種量測的值 範圍選擇開關 : 用以選擇進行電壓 電流或電阻等各種量測的功能 正測試棒插孔 : 直流電壓正端及直流電流流入的測試端點 負測試棒插孔 : 直流電壓負端及直流電流流出的測試端點 電阻零點調整旋鈕 : 電表用以測量電阻時的歸零調整旋鈕 機械零點調整 : 調整內部游絲將電表指針機械歸零

19 第 2 章 電子儀表的使用 串聯電容插孔 : 電表用以測量交流電壓時, 可以隔離直流電壓 電表指針 : 依偏轉角度用以指示電壓 電流或電阻等各種量測的大小 圖 2-1 三用電表的面板 三用電表可藉由範圍選擇開關以設定不同測量功能, 如圖 2-2 所示, 三用電表的範圍選擇開關的功能敘述如下 : 直流電壓測量檔 DCV(direct current volt) 共有七檔分別為 1000V 250V 50V 10V 2.5V 0.5V 0.25V 每檔的數值為該檔所能測量的最大電壓值交流電壓測量檔 ACV(alternate current volt) 共有五檔分別為 1000V 500V 250V 50V 10V 每檔的數值為該檔所能測量的最大電壓值 測量增益分貝值時亦使用此 ACV 檔測量, 配合分貝刻度判讀, 應注意下列事項 : 以 ACV 10V 檔為基準, 不同檔時應加調整差數 負載電阻以 600 為基準, 若阻值不同應加負載調整差數 17

20 基礎電子實習 圖 2-2 三用電表選擇範圍開關 18 電阻值測量檔 (ohms) 共有 4 檔分別為 10K 1K 10 1 配合指針指示的歐姆刻度的數值與檔數的乘積即為待測電阻的阻值 換檔時需作零歐姆調整 ( 歸零調整 ) 直流電流測量檔 DCmA(direct current milli-ampere) 共有四檔分別為 250mA 25mA 2.5mA 0.05mA 每檔的數值為該檔所能測量的最大電流值 測量時應與待測電路形成串聯型態, 以免損壞電表 三用電表刻度面板, 如圖 2-3 所示, 提供 7 條不同量測的刻度線, 使用時必須配合範圍選擇開關所選定的量測型態與檔位, 才能正確的判讀出測量值 觀測指針讀數時, 眼睛必須在刻度盤的正上方, 利用反射鏡使鏡中的指針與實際的指針重疊在一起, 用以消除觀測誤差的產生 三用電表在使用前, 必須觀測指針是否停留在電壓刻度為零的位置, 以避免測量的誤差產生 若指針不是停留在電壓刻度為零的位置時, 三用電表就必須做機械零點調整, 如圖 2-4 所示, 其調整步驟為 : 將三用電表平放於桌面上 將選擇範圍開關置於電壓 ( 流 ) 檔, 若置於電阻檔時測棒不可碰觸 使用一字起子旋轉機械零點調整螺絲, 使指針位於電壓刻度為零的位置 ( 電阻刻度為無限大的位置 )

21 第 2 章 電子儀表的使用 圖 2-3 三用電表刻度面板 圖 2-4 機械零點調整圖 2-5 歸零調整 三用電表在測量電阻時, 必須做電阻零點調整又稱為歸零調整, 以確 保電阻測量的準確, 只要換檔 ( 歐姆檔 ) 就必須進行歸零調整的程序 如 圖 2-5 所示, 其歸零調整步驟為 : 19

22 基礎電子實習 將三用電表平放於桌面上 將範圍選擇開關置於電阻檔預估電阻值的檔位, 將兩測棒碰觸短路 旋轉電阻零點調整旋鈕使指針歸零 ( 電阻刻度為零 ) 三用電表的使用 測量電壓的標示在電子電路的電壓量測中, 如圖 2-6 電路圖所示, 若測量電壓的標示為 V AB, 其所代表的意義為 : 以 B 點為參考點去測量 A 點的電壓值 在交流電壓的測量中, 沒有正 負電壓的區分僅有電壓值的大小 使用三用電表交流電壓檔測量時, 不需注意紅色測棒與黑色測棒的關係, 但一般都以紅色測棒置於 A 點, 黑色測棒置於 B 點, 用以測量交流的電壓值 在直流電壓的測量中, 就必須考慮電壓的正 負極性與電壓值的大小, 若 A 點電位較 B 點電位高時稱為正電壓, 使用三用電表直流電壓檔測量時, 紅色測棒應置於 A 點, 而黑色測棒應置於 B 點 ; 若 A 點電位較 B 點電位低時稱為負電壓, 在測量時, 紅色測棒應置於 B 點, 而黑色測棒應置於 A 點, 在記錄電壓值時應標示為負電壓 換言之, 三用電表只能測量直流的正電壓, 測量直流電壓時, 要特別注意電壓的極性, 避免因錯誤的測量而造成電表的損壞 若標示為 V C, 則其所代表的意義為 : 以共同地點為參考點去測量 C 點的電壓, 即 C 點對地的電壓, 其測量的方式與前述相同 圖 2-6 測量電壓的標示 20

23 第 2 章 電子儀表的使用 交流電壓的量測依據電路圖的測量電壓標示, 使用三用電表直接測量交流電壓步驟為 : 將三用電表置於適當的 ACV 檔 : 一般三用電表的交流電壓檔數可分為五檔, 每檔的數字代表該檔所能測量交流電壓的最大值 如測量未知電壓時, 由最高檔往下調整檔數, 務必使指針的偏轉最大以減少測量的誤差 如測量已知估計交流電壓時, 則調整的檔數為所能含蓋該估計值的最低檔數 使測棒與測量點呈並聯的連接情況 : 測量交流電壓時, 不需要考慮三用電表測棒的正 負極性, 測量的情形可以區分為單一支路與兩支路間的測量, 如圖 2-7 所示 單一支路測量的連接情況 : 測量交流電壓 V BC, 將三用電表的測棒直接並接於所要測量的 B C 兩點上 兩支路間測量的連接情況, 測量交流電壓 V EC, 將三用電表的測棒直接並接於所要測量的 E C 兩點上 圖 2-7 交流電壓測量連接圖 21

24 基礎電子實習 判讀測量的交流電壓值 : 判讀交流電壓時, 以三用電表刻度盤上第二條刻度為基準 ( 第三條刻度為 AC 10V 專用刻度 ) 觀測指針讀數時, 眼睛必須在刻度盤的正上方, 利用反射鏡使鏡中的指針與實際的指針重疊在一起, 以消除觀測誤差的產生 判讀刻度盤上指針偏轉位置的數值時, 須配合三用電表 ACV 檔數, 如圖 2-8 所示當指針偏轉於圖中 A 所示位置且檔數置於 ACV 250V 時, 依據第二條刻度 0~250 的數字判讀, 數值為 165, 即為測量之交流電壓值 165V 當指針偏轉於圖中 B 所示位置且檔數置於 ACV 50V 時, 依據第二條刻度 0~50 的數字判讀, 數值為 42, 即為測量之交流電壓值 42V 當指針偏轉於圖中 C 所示位置且檔數置於 ACV10V 時, 依據第三條專用刻度 0~10 的數字判讀, 數值為 2.6, 即為測量之交流電壓值 2.6V 圖 2-8 交流電壓的判讀 22 直流電壓的量測直流電壓的測量與交流電壓的測量方法幾乎相同, 其差別為直流電壓須注意正負極性, 判讀刻度僅使用第二條刻度並無專用刻度, 基本直流電壓的測量步驟為 : 將三用電表置於適當的 DCV 檔 : 一般三用電表的直流電壓檔數可分為七檔, 每檔的數字代表該檔所能測量直流電壓的最大值 如測量未知電壓時, 由最高檔往下調整檔數, 務必使指針的偏轉最大

25 第 2 章 電子儀表的使用 以減少測量的誤差 如測量已知估計直流電壓時, 則調整的檔數為所能含蓋該估計值的最低檔數 使測棒與測量點呈並聯的連接情況 : 測量直流電壓時, 需要考慮測量電壓的正負極性, 三用電表紅色測棒接正電壓, 黑色測棒接負電壓 三用電表無法直接測量負電壓, 仍以正電壓的測量方式測量, 僅於記錄時將電壓值標示為負值即可 直流電壓測量的情形亦可以區分為單一支路與兩支路間的測量 單一支路測量的連接情況, 如圖 2-9 所示, 測量 I J 兩點間的直流電壓 V IJ, 此時將三用電表的紅色測棒接於 I 點, 黑色測棒接於 J 點, 呈並聯狀態 若要求測 V JI 電壓時, 因 I 點電壓較 J 點電壓為高, 此時電表連接方式與上述相同, 僅於記錄時標示負號, 表示所測得電壓值為負電壓即可 圖 2-9 直流電壓測量連接圖 兩支路間測量的連接情況, 如圖 2-9 所示, 測量 J K 兩點間的直流電 壓 V JK, 如果不知電壓極性時, 可先將檔數調置最高檔, 碰觸 J K 兩 點, 視指針偏轉方向判定極性後, 將三用電表的紅色測棒接於正電 23

26 基礎電子實習 壓, 黑色測棒接於負電壓, 呈並聯狀態測量電壓值 此時若黑色測棒接於 K 點, 則 V JK 為正電壓 反之則為負電壓, 記錄時應注意標示負號加以區別 若已知 K 點電壓高於 J 點電壓, 此時將三用電表的紅色測棒接於 K 點, 黑色測棒接於 J 點, 呈並聯狀態 於記錄時標示 V JK 為負電壓即可 判讀測量電壓值加以記錄 : 判讀直流電壓時, 以三用電表刻度盤上第二條刻度為基準 觀測指針讀數時, 眼睛必須在刻度盤的正上方, 利用反射鏡使鏡中的指針與實際的指針重疊在一起, 以消除觀測誤差的產生 判讀刻度盤上指針偏轉位置的數值時, 須配合三用電表 DCV 檔數, 如圖 2-10 所示 當指針偏轉於圖中 A 所示位置且檔數置於 DCV 250V 時, 依據第二條刻度 0~250 的數字判讀, 數值為 57, 即為測量之直流電壓值 57V 當指針偏轉於圖中 B 所示位置且檔數置於 DCV 50V 時, 依據第二條刻度 0~50 的數字判讀, 數值為 28, 即為測量之直流電壓值 28V 當指針偏轉於圖中 C 所示位置且檔數置於 DCV 10V 時, 依據第二條刻度 0~10 的數字判讀, 數值為 8.4, 即為測量之直流電壓值 8.4V 圖 2-10 直流電壓的判讀 24

27 第 2 章 電子儀表的使用 直流電流的量測直流電流的測量只有支路電流, 不會牽涉到兩個支路, 較電壓測量單純, 但是應特別注意三用電表做直流電流測量時, 內阻很小, 電流過大時很容易將電表表頭或內部保險絲燒毀, 尤其是置於電流檔時, 不小心未換檔便測量電壓, 會形成過大電流而燒毀電表 請務必小心 測完電流後馬上將開關置於電壓檔或關掉電表 ( 置於 OFF 的位置 ) 直流電流的測量步驟為 : 將三用電表置於適當的 DCmA 檔 : 一般三用電表的直流電流檔數可分為四檔, 每檔的數字代表該檔所能測量直流電流的最大值 如測量未知電流時, 由最高檔往下調整檔數, 務必使指針的偏轉最大以減少測量的誤差 如測量已知估計直流電流時, 則調整的檔數為所能含蓋該估計值的最低檔數 使測棒與測量支路呈串聯的連接情況 : 測量直流電流時, 需要考慮測量電流的方向, 紅色測棒電流流入, 黑色測棒電流流出 注意三用電表測棒的正 負極性, 如圖 2-11 所示, 測量 I 1 的直流電流, 此時將支路電阻上端開路, 將三用電表的紅色測棒接於上端, 黑色測棒接拿開的電阻端點上, 形成串接的連接情形 判讀測量直流電流值加以記錄 : 判讀直流電流時, 以三用電表刻度盤上第二條刻度為基準 觀測指針讀數時, 眼睛必須在刻度盤的正上方, 利用反射鏡使鏡中的指針與實際的指針重疊在一起, 以消除觀測誤差的產生 判讀刻度盤上指針偏轉位置的數值時, 須配合三用電表 DCmA 檔數, 如圖 2-12 示 當指針偏轉於圖中 A 所示位置且檔數置於 DCmA 25 ma 時, 測量之電流值 5.8 ma 當指針偏轉於圖中 B 所示位置且檔數置於 DCmA 2.5 ma 時, 測量之電流值 1.65 ma 25

28 基礎電子實習 圖 2-11 直流電流測量連接圖 圖 2-12 直流電流的判讀 電阻的量測三用電表置於電阻檔時, 內部為一電池串聯一個電阻再與待測電阻形成串聯型態 歐姆檔內部的等效電路, 如圖 2-13 示, 內部電阻阻值為中央刻度電阻 置於 1 檔時, 內部電阻為 20 ; 置於 10 檔時, 內部電阻為 200 ; 置於 1K 檔時, 內部電阻為 20 k ; 置於 10 K 檔時, 內部電阻為 200 k 三用電表只有在測量電阻時, 才會使用內部電池, 若無電池時仍可測電壓及電流 黑色測試棒為內部電池正電壓端, 紅色測試棒為內部 26

29 第 2 章 電子儀表的使用 電池負電壓端 同時可直接由負載電流刻度直接判讀出流經待測電阻的電 流值, 及由負載電壓刻度直接判讀出待測電阻兩端的電壓降 圖 2-13 歐姆檔內部等效電路 電阻的測量步驟為 : 三用電表置於適當的檔 : 檔數可分為四檔, 分別為 10K 1K 10 1 換檔時需作零歐姆調整( 歸零調整 ) 注意: 應使指針偏轉在刻度的中間左右兩側以提高測量準度 指針偏轉過大 ( 待測電阻阻值較小 ) 時, 應降低檔數 ; 指針偏轉過小時 ( 待測電阻阻值較大 ), 應增加檔數 使測棒與待測電阻呈並聯的連接情況 : 測量電阻時, 手不可接觸金屬探針及電阻引線兩端, 以避免人體電阻與待測電阻形成並聯, 使得測量值較實際值小的測量誤差 正確測量方法, 如圖 2-14 所示 27

30 基礎電子實習 圖 2-14 正確測量電阻的方法 判讀測量電阻值加以記錄 : 以刻度盤上第一條刻度為基準 ( 非線性刻度 ) 刻度左邊標示無限大( ), 右邊標示零 (0), 與電壓電流刻度相反 量測時應使指針偏轉在刻度的中間左右兩側以提高測量準度 判讀刻度盤上指針偏轉位置的數值與三用電表歐姆檔數的乘積, 即為待測電阻的阻值, 如圖 2-15 所示 圖 2-15 電阻的阻值的判讀 28

31 第 2 章 電子儀表的使用 當指針偏轉於圖中 A 所示位置且檔數置於 36.2 當指針偏轉於圖中 B 所示位置且檔數置於為 650 當指針偏轉於圖中 C 所示位置且檔數置於為 16 k 1 時, 測量之電阻值為 10 時, 測量之電阻值 1K 時, 測量之電阻值 如何正確使用及維護三用電表 使用時注意事項應正確換到測量的檔位 ( 以歐姆檔或電流檔測量電壓時, 會導致電表燒毀 ) 未知電壓量測時, 應由最高檔位開始測量逐漸降低檔位到適當讀數 ( 使指針接近滿刻度指示, 以提高測量準確度 ) 電表測棒應避免接觸高壓 電路工作時, 不能做電阻測量 測量電流時, 應與電路形成串聯型態 三用電表的維護避免放置於高溫 潮濕 受日光直接照射的地方 避免放置於強磁場地區及靠近發電機 馬達等處所 放置時, 應平放 直立或斜放, 不可倒置或橫放 使用後, 應將切換開關置於 OFF 位置或直流電壓最高檔的位置 2-2 電源供給器 電源供給器的認識 電源供給器的主要功能為提供一個穩定直流電壓源, 提供給各種電子 實習電路使用, 同時為防止因電路裝配錯誤, 導致電源供給器輸出電流過 大而毀損, 內部具備限流裝置以保護電源供給器的安全 實驗室使用的電 29

32 基礎電子實習 源供給器一般都提供 2~3 組的電源, 以供電路實習使用 電源供給器的 面板如圖 2-16 所示, 其旋鈕及按鍵開關功能敘述如下 : 圖 2-16 電源供給器的面板圖 電源開關 : 控制電源供給器交流電源 (ACV 110V) 電壓輸出控制開關 : 直流電壓輸出控制開關 OFF 時 : 輸出端並無直流電壓輸出, 電壓表及電流表會顯示所設定的輸出電壓值及設定的最大限制輸出電流值 指示燈不亮 ON 時 : 輸出端會輸出所設定的直流電壓使電路工作, 電壓表及電流表會顯示輸出端的直流電壓及實驗電路工作時的輸出電流大小 指示燈點亮 30

33 第 2 章 電子儀表的使用 CH 1 電壓表 : 顯示主控 (MASTER) 電源的輸出電壓值 CH 1 電流表 : 顯示主控電源輸出, 提供實驗電路工作的電流大小 CH 1 電壓輸出調整旋鈕 : 調整設定主控電源的輸出電壓值 當操作在串聯或並聯追蹤模式時, 同時控制隨從電源的輸出電壓 CH 1 電流限制調整旋鈕 : 設定主控電源的最大限制輸出電流值 當操作在串聯或並聯追蹤模式時, 同時控制隨從電源的最大限制輸出電流 CH 1 CV/CC 指示 : 主控電源的輸出, 工作在定電壓 (CONSTANT VOL- TAGE) 狀態時, 指示燈亮綠燈 ; 主控電源的輸出, 工作在定電流 (CON- STANT CURRENT) 狀態時, 指示燈亮紅燈 CH 1 電壓輸出端 : 主控電源的電壓輸出端 CH 2 電壓表 : 顯示隨從 (SLAVE) 電源的輸出電壓值 CH 2 電流表 : 顯示隨從電源輸出, 提供實驗電路工作的電流大小 CH 2 電壓輸出調整旋鈕 : 當操作在獨立模式時, 調整設定隨從電源的輸出電壓值 CH 2 電流限制調整旋鈕 : 當操作在獨立模式時, 設定隨從電源的最大限制輸出電流值 CH 2 CV/CC 指示 / 並聯指示 : 隨從電源的輸出, 工作在定電壓 (CONSTANT VOLTAGE) 狀態時, 指示燈亮綠燈 ; 隨從電源的輸出, 工作在定電流 (CONSTANT CURRENT) 狀態時, 指示燈亮紅燈 當操作在並聯模式時, 指示燈亮紅燈 CH 2 電壓輸出端 : 隨從電源的電壓輸出端 CH 3 固定電壓輸出端 : 提供最大輸出電流為 3A,5V 固定的電壓 CH 3 電流過載指示 : 固定電壓輸出端的輸出電流超過 3A 時, 指示燈亮紅燈 獨立 / 追蹤按鍵開關及串聯 / 並聯按鍵開關 : 其操作模式有三種模式獨立模式 : 兩按鍵皆不按下, 則主控電源及隨從電源分別為兩組獨立電源, 可分別調整設定電壓及設定限定電流大小 串聯追蹤模式 : 獨立 / 追蹤按鍵開關按下, 而串聯 / 並聯按鍵開關不 31

34 基礎電子實習 按下 則兩組電源的輸出電壓值相同, 完全由主控電壓輸出調整旋鈕控制電壓大小 同時 CH1 電壓輸出端的負電壓端與 CH2 電壓輸出端的正電壓端, 在內部連接形成串聯的狀態 並聯追蹤模式 : 獨立 / 追蹤按鍵開關與串聯 / 並聯按鍵開關同時按下 則兩組電源的輸出端在內部連接形成並聯的狀態, 輸出電壓值與最大限制電流完全由 CH1( 主控 ) 電壓及電流調整旋鈕控制 機殼接地端 : 大地及機殼接地 電源供給器的操作 1. 單電源供給 ( 較低電壓 ): 如圖 2-17 所示, 提供實驗電路所需 9V 直流電壓的操作程序 : 圖 2-17 單電源供給 ( 較低電壓 ) 的操作程序 電源開關 :ON 獨立 / 追蹤按鍵開關及串聯 / 並聯按鍵開關 : 設為獨立模式 旋轉電壓輸出調整旋鈕 : 設定主控電源的輸出電壓值 (9V) 旋轉電流限制調整旋鈕 : 限制主控輸出電流大小 (1.6A) 連接實驗電路 : 注意正負極性 電壓輸出控制開關 :ON CH 1 電壓表 : 顯示主控電源的輸出電壓值 CH 1 電流表 : 顯示主控電源輸出提供實驗電路工作的電流大小 2. 單電源供給 ( 較高電壓 ): 如圖 2-18 所示, 提供實驗電路所需 50V 直流電壓的操作程序 : 電源開關 :ON 32

35 第 2 章 電子儀表的使用 獨立 / 追蹤按鍵開關及串聯 / 並聯按鍵開關 : 設為串聯追蹤模式 旋轉電壓輸出調整旋鈕 : 設定主控電源的輸出電壓值 (25V) 旋轉電流限制調整旋鈕 : 限制主控輸出電流大小 (2.0A) 連接實驗電路 : 注意正負極性 電壓輸出控制開關 :ON CH 1 電壓表 : 顯示主控電源的輸出電壓值 CH 1 電流表 : 顯示主控電源輸出提供實驗電路工作的電流大小 圖 2-18 單電源供給 ( 較高電壓 ) 的操作程序 雙電源供給 ( 正 負電壓可分別調整 ): 如圖 2-19 所示, 提供實驗電路 所需 +15V 及 10V 直流電壓的操作程序 : 圖 2-19 雙電源供給 ( 正 負電源可分別調整 ) 的操作程序 電源開關 :ON 獨立 / 追蹤按鍵開關及串聯 / 並聯按鍵開關 : 設為獨立模式 旋轉 CH1 電壓輸出調整旋鈕 : 設定主控電源的輸出電壓值 (15V) 旋轉 CH1 電流限制調整旋鈕 : 限制主控輸出電流大小 (1.5A) 旋轉 CH2 電壓輸出調整旋鈕 : 設定隨從電源的輸出電壓值 (10V) 33

36 基礎電子實習 旋轉 CH2 電流限制調整旋鈕 : 限制隨從輸出電流大小 (2.0A) 使用導線連接 CH1 電壓輸出端的負電壓端與 CH2 電壓輸出端的正電壓端 連接實驗電路 : 注意正負極性 電壓輸出控制開關 :ON CH 1 電壓表 : 顯示主控電源的輸出電壓值 CH 1 電流表 : 顯示主控電源輸出提供實驗電路工作的電流大小 CH 2 電壓表 : 顯示隨從電源的輸出電壓值 CH 2 電流表 : 顯示隨從電源輸出提供實驗電路工作的電流大小 雙電源供給 ( 正 負電壓大小相同 ): 如圖 2-20 所示, 提供實驗電路所需 25V 25V 直流電壓的操作程序 : 電源開關 :ON 獨立 / 追蹤按鍵開關及串聯 / 並聯按鍵開關 : 設為串聯追蹤模式 旋轉 CH1 電壓輸出調整旋鈕 : 設定電源的輸出電壓值 (25V) 旋轉 CH1 電流限制調整旋鈕 : 限制輸出電流大小 (2.0A) 連接實驗電路 : 注意正負極性 電壓輸出控制開關 :ON CH 1 電壓表 : 顯示主控電源的輸出電壓值 CH 1 電流表 : 顯示主控電源輸出提供實驗電路工作的電流大小 CH 2 電壓表 : 顯示隨從電源的輸出電壓值 CH 2 電流表 : 顯示隨從電源輸出提供實驗電路工作的電流大小 圖 2-20 雙電源供給 ( 正負電壓大小相同 ) 的操作程序 34

37 第 2 章 電子儀表的使用 2-3 函數波信號產生器的使用 函數波信號產生器的認識 函數波信號產生器的功能是能產生測試電子電路特性或功能所需之各種信號 信號的基本要素為 : 信號波形 ( 正弦波 方波 脈波 鋸齒波 ) 振幅大小 ( 伏特 ) 及頻率高低 ( 赫芝 ), 如圖 2-21 所示, 為常用的信號波形 : 正弦波 : 電壓的大小與極性隨時間以正弦函數, 作週期變化的形波 鋸齒波 : 電壓的大小隨時間成正比增加及減少, 作週期變化的形波 方波 : 週期性出現之方形波 脈波 : 極短時間內, 由一位準變成另一位準變後回復原狀的形波 函數波信號產生器的面板, 如圖 2-22 所示, 其旋鈕及按鍵開關功能說明如下 : 圖 2-21 常用的電子信號波形 35

38 基礎電子實習 圖 2-22 函數波信號產生器的面板圖 36 電源開關 - PWR: 控制信號產生器的交流電源 (ACV 110V) 波形輸出選擇按鍵 -FUNCTION: 選擇所要輸出信號的波形 ( 正弦波 方波 三角波 ) 振幅大小調整旋鈕 - AMPLITUDE: 控制輸出信號的振幅大小 數位脈波振幅調整旋鈕 - PULL CMOS ADJ: 控制輸出數位脈波信號的振幅大小 直流準位調整旋鈕 - DC OFF SET: 改變輸出信號所含的直流成分 波形斜率調整旋鈕 DUTY: 控制脈波的工作週期 頻率範圍選擇開關 - RANG: 設定頻率範圍 0.2Hz~2MHz 共 7 檔切換 頻率粗調調整旋鈕 -FREQ.: 配合設定的頻率範圍, 粗略控制輸出信號頻率的高低 頻率微調調整旋鈕 - FIND: 配合設定的頻率範圍, 精細控制輸出信號頻率的高低

39 第 2 章 電子儀表的使用 掃描頻率寬度調整旋鈕 - WIDTH: 設定輸出信號頻率變化的範圍 ( 寬度 ) 掃描頻率速率調整旋鈕 - RATE: 設定輸出信號頻率變化的速率 振幅輸出衰減開關 - ATTEN: 控制輸出信號振幅的衰減倍數 外部頻率輸入衰減按鍵 - 20dB: 將外部待測的輸入信號的振幅衰減 10 倍 外部頻率輸入選擇按鍵 -EXT: 使顯示器顯示外部待測的輸入信號的頻率 信號輸出端 - OUTPUT: 信號的輸出端 (BNC 接頭 ), 輸出阻抗 50 脈波信號輸出端 - TTL/CMOS: 數位脈波信號的輸出端 電壓控制頻率輸入端 - VCF IN: 輸入外部電壓可改變輸出信號的頻率 外部信號輸入端 - CONTER IN: 外部待測信號的輸入端 頻率顯示 : 顯示信號產生器輸出信號或外部待測信號的頻率 函數波信號產生器的基本操作 函數波信號產生器的操作程序, 可依循信號的三要素 : 信號波形 頻率高低 振幅大小, 依步驟設定, 就可以由函數波信號產生器的輸出端得到所需的信號, 函數波信號產生器的操作基本步驟如下 : 設定輸出信號的波形設定輸出信號的頻率設定輸出信號的振幅波形的設定 : 控制波形輸出選擇按鍵, 選擇正弦波 方波或三角波, 如圖 2-23 所示 將波形斜率調整旋鈕置於校正位置, 可得對稱波形 拉起波形斜率調整旋鈕, 可使輸出波形反相 180 度 頻率的設定 : 設定頻率範圍選擇開關, 選擇頻率範圍 0.2Hz~2MHz, 如圖 2-24 所示 控制頻率粗調及微調旋鈕, 觀察顯示器所顯示頻率值, 調整到所需的頻率 檢查掃描頻率寬度調整旋鈕是否壓下, 使其失去作用 37

40 基礎電子實習 圖 2-23 波形的設定 圖 2-24 頻率的設定 38

41 第 2 章 電子儀表的使用 圖 2-25 振幅的設定 振幅的設定 : 設定振幅輸出衰減開關, 選擇輸出電壓範圍為 2mV~20V, 如圖 2-25 所示 20dB 及 40dB 鍵皆不按下時, 電壓輸出範圍約為 0~20V 按下 20dB 鍵, 會使輸出電壓衰減 10 倍, 電壓調整範圍約為 0~2V 按下 40dB 鍵, 會使輸出電壓衰減 100 倍, 電壓調整範圍約為 0~200 mv 同時按下 20dB 及 40dB 鍵, 會使輸出電壓衰減 1000 倍, 電壓調整範圍約為 0~20mV 控制振幅大小調整旋鈕配合示波器觀察輸出信號大小, 調整到所需的信號電壓 由信號輸出端將信號送出, 可得正負半週對稱的波形 函數波信號產生器附屬功能的操作 信號斜率調整 : 控制波形斜率調整旋鈕, 能將三角波調整成鋸齒波, 方波調整成脈波, 如圖 2-26 所示 39

42 基礎電子實習 圖 2-26 輸出斜率調整 若將波形斜率調整旋鈕置於校正位置, 可得對稱波形 若拉起波形斜率調整旋鈕, 可使輸出波形反相 180 直流準位調整 : 直流準位調整旋鈕壓下時, 直流準位設定為 0V, 旋轉直流準位調整旋鈕沒有作用 拉起旋鈕並旋轉直流準位調整旋鈕, 可改變輸出信號所含的直流成分, 如圖 2-27 所示 數位脈波振幅調整 : 必須由脈波信號輸出端送出, 此時波形設定無效, 輸出為單極性脈波 旋鈕壓下時, 脈波振幅設定為 5V, 提供 TTL IC 所需的數位信號, 旋轉直流準位調整旋鈕沒有作用 拉起旋鈕並旋轉調整旋鈕, 可改變輸出信號振幅, 提供 CMOS IC 所需的數位信號 (0~18V), 如圖 2-28 所示 40

43 第 2 章 電子儀表的使用 圖 2-27 直流準位調整 圖 2-28 數位脈波振幅調整 41

44 基礎電子實習 頻率掃描設定的步驟 : 設定頻率範圍選擇開關, 選擇掃描頻率範圍 控制頻率粗調及微調旋鈕, 觀察顯示器所顯示頻率值, 調整到所需的頻率 拉起掃描頻率寬度調整旋鈕並調整其頻率變化範圍, 如圖 2-29 所示 圖 2-29 頻率掃描調整 控制速率調整旋鈕調整其每秒頻率變化次數 外部信號輸入頻率量測的步驟 : 由外部信號輸入端加入待測信號 ( 如三角波 正弦波 脈波等 ), 如圖 2-30 所示 壓下外部頻率輸入選擇按鍵 如外部信號振幅過大時, 壓下外部頻率輸入衰減按鍵, 將外部信號衰減 10 倍 設定取樣時間 ( 頻率範圍 ) 適當選擇取樣時間, 避免溢位情形發生, 有效數字愈多, 則測量的頻率愈精準 顯示器將顯示待測信號頻率值 頻率顯示器判讀說明 : 溢位指示燈亮 - 表示計數頻率值超過所能計算範圍, 如圖 2-31 所示 頻率單位指示燈亮 - 表示計數的單位為 Hz 或 khz 42

45 第 2 章 電子儀表的使用 圖 2-30 外部信號輸入頻率量測程序 圖 2-31 頻率顯示器判讀說明 取樣時間指示燈 ( 閃爍 ), 計算頻率值的基準時間 2-4 示波器示波器的認識 示波器的原文為 oscillo-scope, 簡稱 scope oscillo 是振盪的縮寫,scope 則為觀察之意, 所以 oscillo-scope 可直譯為觀察振盪的儀器 示波器是電子實驗中用途最廣 功能最強的電子儀器, 其主要功能是能觀察及測量任何電氣信號的振幅或波形的變化 市面上的示波器機種非常的多, 功能也不一樣, 但是只要瞭解其基本旋鈕及開關的名稱與功能, 多加練習就可以熟悉的操作各種示波器 示波器的面板, 如圖 2-32 所示, 其旋鈕及按鍵開 43

46 基礎電子實習 關功能說明如下 : 圖 2-32 示波器的面板圖 電源控制開關 - POWER: 控制示波器的交流電源 (ACV 110V) 亮度控制旋鈕 -INTEN: 控制螢幕上光跡的亮度, 亮度不足則無法觀測波形, 亮度過亮會刺眼且降低陰極射線管壽命 低頻測量時光跡亮度會較亮, 應適當減少光跡亮度, 高頻測量與展開放大操作時掃描速度增快, 會降低光跡亮度, 應適當增加光跡亮度 適當的亮度控制, 如圖 2-33 所示 44

47 第 2 章 電子儀表的使用 (a) 亮度太低 (b) 亮度適當 (c) 亮度過大圖 2-33 亮度控制 聚焦控制旋鈕 -FOCUS: 控制螢幕內電子光束的集中度, 以提高光跡的亮度, 不要有散焦的情形, 適當的聚焦控制, 如圖 2-34 所示 (a) 適當的聚焦 圖 2-34 聚焦控制 (b) 不當的聚焦 光跡水平調整 - TRACE ROTATION: 水平的光跡受地磁影響發生傾斜情 形時, 可利用小起子調整, 如圖 2-35 所示 (a) 光跡向右傾斜 (b) 正常的光跡 (c) 光跡向左傾斜 圖 2-35 光跡水平調整 校正信號輸出端 -CAL: 可輸出一個頻率為 1kHz, 電壓振幅為 2Vp-p 的方波信號, 提供示波器電壓校正及測試棒的校準調整 CH1(CH2) 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 設定示波器垂直每格所代表的電壓大小 ( 內層微調旋鈕應置於校正位置 ), 可藉此改變待測信號波 45

48 基礎電子實習 形在螢幕上顯示的高度, 例如 : 電壓振幅為 6Vp-p 的正弦波信號, 若設定在 0.5V 檔的位置, 則螢幕顯示的波形高度應為 12 格, 會超出螢幕所能顯示的高度 (8 格 ) 範圍 ; 若設定在 1V 檔的位置, 則螢幕顯示的波形高度為 6 格 ( 最適當 ); 若設定在 2V 檔的位置, 則螢幕顯示的波形高度為 3 格 ; 若設定在 5V 檔的位置, 則螢幕顯示的波形高度為 1.2 格, 如圖 2-36 所示 在測量電壓時, 應適當選擇檔位, 儘可能使波形顯示能愈大愈好, 以提高測量的準確度 旋轉內層微調電壓旋鈕可以使波形的大小作連續的變化, 此時垂直每格所代表的電壓大小就會失去意義 圖 Vp-p 的正弦波信號在不同檔位時螢幕顯示的波形大小 CH1(CH2) 垂直位置控制旋鈕 - POSITION: 控制顯示波形的上下移動, 改變波形在螢光幕的垂直位置, 如圖 2-37 所示 (a) 波形向上偏移 (b) 波形在正中央 (c) 波形向下偏移 圖 2-37 垂直位置控制 46

49 第 2 章 電子儀表的使用 CH1(CH2) 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於交流耦合 (AC): 會將輸入待測信號的直流成份隔離, 只讓交流信號通過, 即只測量輸入待測信號的交流成份 置於直接耦合 (DC): 會同時測量輸入待測信號的直流成份與交流成份 置於接地 (GND): 會將輸入待測信號接地, 信號無法進入示波器進行測量, 此時可以調整垂直位置控制旋鈕, 改變時基線的位置, 設定 0V 在螢光幕的垂直位置, 作為測量時的基準線 一般都將 0V 設定於垂直軸的中間的位置 CH1 信號輸入端 - CH1/X: 示波器的第一個信號輸入端, 最大輸入電壓 400V( 須配合 10:1 的測試棒 ), 若使用 1:1 的測試棒則最大測量電壓為 40V 當示波器在 X-Y 操作模式時, 為 X 軸的輸入端 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1: 示波器螢光幕僅顯示 CH1 輸入端的待測信號波形 置於 CH2: 示波器螢光幕僅顯示 CH2 輸入端的待測信號波形 置於 DUAL: 示波器螢光幕同時顯示 CH1 與 CH2 兩個輸入端的待測信號波形 雙跡示波器能同時顯示兩個待測波形, 是利用人類的視覺暫留的原理, 快速交替顯示兩個量測波形, 使我們在視覺上感覺是同時看到兩個量測波形, 其實內部在一個時間只顯示一個波形 置於 ADD: 示波器螢光幕顯示 CH1 與 CH2 兩個輸入待測信號相加後的波形 配合 CH2 反相鍵, 可顯示 CH1 與 CH2 兩個輸入待測信號相減後的波形 交替 / 切割掃描切換鍵 - ALT/CHOP: 配合雙跡顯示模式 (DUAL) 置於 ALT: 示波器操作於交替掃描模式, 適合測量較高頻率的輸入待測信號 示波器先顯示第一個輸入的波形後, 接著顯示第二個輸入的波形後, 再回到顯示第一個輸入的波形, 如此交替循環, 如圖 2-38(a) 所示 若測量較低頻率信號時, 因交替時間過長, 觀測信號時會產生爍動 置於 CHOP: 示波器操作於切割掃描模式, 適合測量較低頻率的輸入待測信號 示波器的內部切換開關快速交替顯示兩個輸入的波形的一部 47

50 基礎電子實習 分, 如圖 2-38(b) 所示, 兩個輸入的波形被分割成許多小點, 頻率愈低的波形被分割的點數愈多, 螢光幕上並不會察覺到波形被切割的情形 若測量較高頻率信號時, 被分割的點數較少, 就會察覺到波形被切割的情形, 且細微的波形變化無法被觀測到 (a) 交替掃描 圖 2-38 交替 / 切割掃描原理 (b) 切割掃描 CH 2 信號反相鍵 - CH2 INV: 按下按鍵會使 CH2 的輸入待測信號反相 180 CH2 信號輸入端 - CH2/Y: 示波器的第二個信號輸入端, 當示波器在 X-Y 操作模式時, 為 Y 軸的輸入端 水平位置控制旋鈕 - POSITION: 控制顯示波形的左右移動, 改變波形在螢光幕的水平位置, 如圖 2-39 所示 (a) 波形向左偏移 (b) 波形在水平中央 (c) 波形向右偏移 圖 2-39 水平位置控制 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 設定示波器水平每格所代表的時間大小 ( 水平時間微調旋鈕應置於校正位置 ), 可藉此改變待測信號波形每一個週期在螢光幕上顯示的寬度, 例如 : 頻率為 1kHz 的正弦波信號, 若設定在 0.1ms 檔的位置, 則螢光幕顯示的波形每一個週期寬度為 10 格 ; 若設定在 0.2ms 檔的位置, 則螢光幕顯示的波形每一個週期寬度為 5 格 48

51 第 2 章 電子儀表的使用 ( 最適當 ); 若設定在 0.5ms 檔的位置, 則螢光幕顯示的波形每一個週期寬度為 2 格 ; 若設定在 1ms 檔的位置, 則螢光幕顯示的波形每一個週期寬度應為 1 格, 如圖 2-40 所示 在測量週期 ( 頻率 ) 時, 儘可能使波形顯示能愈寬愈好, 但至少要一個以上的完整週期, 以提高測量的準確度 (a) 0.1 ms 檔 (b) 0.2 ms 檔 (c) 0.5 ms 檔 圖 kHz 的正弦波信號在不同檔位時螢光幕顯示的波形寬度 當水平時間選擇開關置於 X-Y 模式時, 示波器的第一個信號輸入端, 為 X 軸的輸入端 示波器的第二個信號輸入端, 為 Y 軸的輸入端 此種顯示的操作模式, 大都用於元件特性量測及其他特殊的測量 水平時間微調旋鈕 - SWP VAR: 旋轉水平時間微調旋鈕可以使波形的寬度作連續的變化, 此時水平每格所代表的時間大小就會失去意義 放大十倍按鍵 10 MAG: 按下此按鍵會使信號波形的寬度放大十倍, 配合水平位置控制旋鈕, 可觀察信號波形的細微變化 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1: 以 CH1 輸入端的待測信號波形為觸發信號, 示波器會使 CH1 的輸入波形穩定的顯示於螢光幕上 (CH1 顯示模式 ) 操作在雙跡顯示模式時, 若 CH2 與 CH1 輸入端的待測信號的頻率不為整數倍的關係時, 則 CH2 的輸入波形無法穩定的顯示於螢光幕上 置於 CH2: 以 CH2 輸入端的待測信號波形為觸發信號, 示波器會使 CH2 的輸入波形穩定的顯示於螢光幕上 (CH2 顯示模式 ) 操作在雙跡顯示模式時, 若 CH1 與 CH2 輸入端的待測信號的頻率不為整數倍的關係時, 則 CH1 的輸入波形無法穩定的顯示於螢光幕上 49

52 基礎電子實習 置於 LINE: 以示波器內部電源頻率 (60Hz) 為觸發信號 置於 EXT: 以外部觸發輸入端的輸入信號為觸發信號 較少使用 觸發模式選擇開關 - AUTO/NORM/TV-H/TV-V: 置於 AUTO: 當 CH1 及 CH2 輸入端沒有待測信號時, 示波器會自動產生掃描信號 ( 鋸齒波 ), 使螢光幕上出現時基線 ( 光跡 ) 當 CH1 及 CH2 輸入端有待測信號輸入時, 會以輸入的待測信號為觸發信號, 使待測信號波形穩定的顯示於螢光幕上 置於 NORM: 當 CH1 及 CH2 輸入端沒有待測信號時, 示波器不會自動產生掃描信號 ( 鋸齒波 ), 此時螢光幕上沒有時基線 ( 光跡 ) 當 CH1 及 CH2 輸入端有待測信號輸入時, 會以輸入的待測信號為觸發信號, 使待測信號波形穩定的顯示於螢光幕上 置於 TV-H: 用以觀察電視機水平的視頻信號 置於 TV-V: 用以觀察電視機垂直的視頻信號 觸發斜率選擇按鍵 - SLOPE +/ : 設定顯示在螢光幕上待測信號波形起始點的斜率 置於 + 時, 波形的起始點為正斜率, 如圖 2-41(a) 所示 置於 時, 波形的起始點為負斜率, 如圖 2-41(b) 所示 (a) (b) 圖 2-41 觸發斜率選擇 觸發準位控制旋鈕 - LEVEL: 控制波形的起始點的電壓位準, 如圖 2-42 所示 可配合觸發斜率選擇按鍵使用 50

53 第 2 章 電子儀表的使用 圖 2-42 觸發準位控制 觸發來源交替按鍵 - TRIG. ALT: 示波器在雙跡顯示模式時, 若 CH1 與 CH2 輸入端的待測信號的頻率不為整數倍的關係時, 則其中有一個輸入波形無法穩定的顯示於螢光幕上 按下此鍵, 使觸發信號配合 CH1 與 CH2 輸入端的待測信號交替互換, 可使用兩個輸入波形都可以穩定的顯示於螢光幕上 外部觸發輸入端 -TRIG. IN: 觸發來源選擇置於 EXT 時, 外部觸發信號輸入才能起作用 示波器的測試棒 示波器的測試棒, 如圖 2-43 所示, 當測試棒置於 10 的位置, 測試棒內部的電路 ( 適當調整校正電容值 ) 與示波器的輸入端連接形成一個分壓網路, 對任何頻率的待測信號電壓都衰減 10 倍, 用以提升示波器電壓的測量範圍, 同時可降低示波器輸入端的電容對高頻待測信號電壓的影響 使用時, 應注意測試棒開關切換的位置, 當測試棒置於 10 的位置時, 應將電壓的讀數乘以 10 才是真正的測量電壓 圖 2-43 示波器的測試棒 51

54 基礎電子實習 示波器的操作 測量前的準備示波器在測量前, 應使螢光幕出現時基線, 設定時基線的垂直位置, 決定 0V 電壓的基準點, 以作為測量電壓的參考, 時基線調整的步驟說明如下 : 亮度控制旋鈕 - INTEN: 置於中央偏右 聚焦控制旋鈕 - FOCUS: 置於中央 垂直位置控制旋鈕 - POSITION: 置於中央 水平位置控制旋鈕 - POSITION: 置於中央 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 GND 觸發模式選擇開關 - AUTO/NORM/TV-H/TV-V: 置於 AUTO 垂直電壓選擇開關內層微調旋鈕 : 置於校正位置 水平時間微調旋鈕 - SWP VAR: 置於校正位置 交替 / 切割掃描切換鍵 - ALT/CHOP: 置於 ALT 放大十倍按鍵 - 10 MAG: 不作用 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 觸發斜率選擇按鍵 - SLOPE +/ : 置於 CH1 + 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於 5V/DIV 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於 2ms/DIV 交流信號的測量步驟 ( 單跡測量 ), 如圖 2-44 所示 : CH1 信號輸入端 - CH1/X: 連接待測輸入信號 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 AC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於適當檔位 (0.2 ms/div), 使螢光幕出現 2~3 個週期的信號波形, 選擇的時間檔位可由小到大遞增控制 52

55 第 2 章 電子儀表的使用 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於適當檔位 (0.5V/DIV), 使螢光幕出現的信號波形愈大愈好, 選擇的電壓檔位可由大到小遞減控制 ( 注意 : 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 觀察螢光幕的波形大小 ( 垂直格數 ) 及一個週期寬度 ( 水平格數 ) ( 注意 : 水平時間微調旋鈕置於校正位置 ) 計算交流信號的峰對峰電壓值 (Vp-p) 示波器測試棒置於 1: 峰對峰電壓值 (Vp-p)= 檔位 (VOLTS/DIV) 波形高度的格數示波器測試棒置於 10: 峰對峰電壓值 (Vp-p)= 檔位 (VOLTS/DIV) 波形高度的格數 10 圖 2-44 所示, 螢光幕顯示正弦波峰對峰電壓值 (Vp-p) 的計算如下 : 電壓值 (Vp-p)= 0.5 V 5 = 2.5 V 圖 2-44 交流電壓的測量步驟 53

56 基礎電子實習 計算交流信號的週期並換算成頻率 週期 (T)= 檔位 (TIME/DIV) 一個週期波形寬度的格數頻率 (f) 為週期的倒數, 單位為赫芝 (Hz) f =1/T 圖 2-44 所示, 螢光幕顯示正弦波週期的計算如下 : 週期 (T)= 0.2 ms 4 = 0.8 ms 頻率 (f)= 1/0.8 ms = 1.25 khz 直流電壓的測量步驟 ( 單跡測量 ), 如圖 2-45 所示 : 圖 2-45 直流電壓的測量步驟 54 CH1 信號輸入端 - CH1/X: 連接待測輸入信號 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 DC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於適當檔位 (0.1 ms/div) 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於適當檔位 (2V/DIV) ( 注意 : 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 觀察螢光幕的時基線上升的格數 ( 正電壓 ), 上升 3 格 若時基線下降, 則表示直流電壓的電壓值為負電壓

57 第 2 章 電子儀表的使用 計算直流電壓的電壓值 (V) 示波器測試棒置於 1: 電壓值 (V)= 檔位 (VOLTS/DIV) 時基線上升格數示波器測試棒置於 10: 電壓值 (V)= 檔位 (VOLTS/DIV) 時基線上升格數 10 圖 2-45 所示, 螢光幕顯示直流電壓值 (V) 的計算如下 : 電壓值 (V)=2V 3=6V 含有直流電壓的交流信號測量步驟 ( 單跡測量 ), 如圖 2-46 所示 : 圖 2-46 含有直流電壓的交流信號測量步驟 CH1 信號輸入端 - CH1/X: 連接待測輸入信號 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 DC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於適當檔位 (20 S/DIV), 使螢光幕出現 1~3 個週期的信號波形, 選擇的時間檔位可由小到大遞增控制 55

58 基礎電子實習 56 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於適當檔位 (0.1V/DIV), 使螢光幕出現的信號波形愈大愈好, 選擇的電壓檔位可由大到小遞減控制 ( 注意 : 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 觀察螢光幕的波形大小 ( 垂直格數 ) 及一個週期寬度 ( 水平格數 ) ( 注意 : 水平時間微調旋鈕置於校正位置 ) 計算交流電壓的峰對峰電壓值 (Vp-p) 螢光幕顯示正弦波峰對峰電壓值 (Vp-p) 的計算如下 : 峰對峰電壓值 (Vp-p)= 0.1 V = 3.2 V 計算直流電壓的電壓值 螢光幕顯示含直流電壓的計算如下 : 直流電壓值 = 0.1 V 4 10 = 4V 計算交流電壓的週期並換算成頻率 螢光幕顯示正弦波週期的計算如下 : 週期 (T)=20 s 5 = 100 s 頻率 (f)= 1/100 s = 10 khz 相位差的測量步驟 ( 雙跡測量 ), 如圖 2-47 所示 : CH1 及 CH2 信號輸入端 : 分別連接兩個待測輸入信號 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 DUAL CH1 及 CH2 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 AC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於適當檔位 (0.2 ms/div), 使螢光幕出現 2~3 個週期的信號波形, 選擇的時間檔位可由小到大遞增控制 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於適當檔位 (0.5V/DIV), 使螢光幕出現的信號波形愈大愈好, 選擇的電壓檔位可由大到小遞減控制 ( 注意 : 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 觀察螢光幕的 V 1 或 V 2 波形一個週期的水平格數 (4 格 ) 計算兩波形相差的格數 (1 格 )( 水平時間微調旋鈕置於校正位置 )

59 第 2 章 電子儀表的使用 計算兩波形的相位差 相位差 ( )= 360 1/4 = 90 圖 2-47 相位差的測量步驟 57

60 基礎電子實習 實習材料 項次品名規格數量項次品名規格數量 1 電阻器 1/4W 1 k 1 3 電容器 50V 0.1 F 1 2 電阻器 1/4W 10 k 1 實習項目與步驟 1 電源供給器 5V,1A 的操作 單電源供給, 提供 5V 直流電壓, 限制電流為 1A, 的操作程序 : 電源開關 :ON 獨立 / 追蹤按鍵開關及串聯 / 並聯按鍵開關 : 設為獨立模式 旋轉 CH 1 電壓輸出調整旋鈕 : 設定主控電源的輸出電壓 5V, 使 CH 1 電壓表顯示 5.0 旋轉 CH 1 電流限制調整旋鈕 : 限制主控輸出電流大小為 1A 使 CH 1 電流表顯示 1.0 使用三用電表置於 DCV 10V 檔, 測量 CH 1 輸出端的電壓為 V ( 尚未連接到輸出端, 所以三用電表應指示 0V) 電壓輸出控制開關 :ON 使用三用電表置於 DCV 10V 檔, 測量 CH 1 輸出端的電壓為 V CH 1 電壓表 : 顯示值為 CH 1 電流表 : 顯示值為 ( 此時電源工作於定電壓模式, 因為沒有接負載, 所以電流表顯示值為 0A) 將測量 CH 1 輸出端短路,CH 1 電壓表 : 顯示值為 CH 1 電流表 : 顯示值為 ( 此時電源工作於定電流模式, 電壓表顯示值為 0V, 電流表顯示值為 1A) 58

61 第 2 章 電子儀表的使用 2 觀測頻率為 400 Hz, 峰對峰值電壓為 0.5 V 的方波信號 操作函數波信號產生器使輸出端的輸出信號為 :400 Hz,0.5 V, 方波 函數波信號產生器的操作步驟 : 信號輸出端 - OUTPUT: 使用 BNC 接頭與示波器 CH1 輸入端連接 波形輸出選擇按鍵 : 設定為方波 頻率範圍選擇開關 : 設定為 1kHz 旋轉頻率粗調旋鈕 : 使顯示器顯示數值約為 400 Hz 值 旋轉頻率微調旋鈕 : 使顯示器顯示數值為 400 Hz 值 配合示波器觀察 其週其為 2.5 ms 振幅衰減選擇開關 : 按下 20 db 鍵 旋轉振幅調整鈕 : 配合示波器操作, 觀察示波器螢光幕, 使信號輸出 的振幅為 0.5 V 操作示波器, 使函數波信號產生器的輸出信號波形顯示於示波器的螢光 幕上, 並將波形記錄於 2-48 圖中 示波器操的作步驟 : 圖 Hz,0.5V( 峰值電壓 ) 的方波 CH1 信號輸入端 - CH1/X: 連接到函數波信號產生器的輸出端 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 DC 59

62 基礎電子實習 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於 0.5 ms/div 檔位, 使螢光幕出 現方波的週期為 5 格 ( 水平 ) ( 水平時間微調旋鈕置於校正位置 ) 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於 0.1V/DIV 檔位, 使螢光幕出 現方波的高度為 5 格 ( 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 觀測頻率為 5kHz, 峰對峰值電壓為 60 mv 的正弦波信號 操作函數波信號產生器使輸出端的輸出信號為 :5kHz,60 mv, 正弦 波 函數波信號產生器的操作步驟 : 信號輸出端 - OUTPUT: 使用 BNC 接頭與示波器 CH1 輸入端連接 波形輸出選擇按鍵 : 設定為正弦波 頻率範圍選擇開關 : 設定為 10 khz 旋轉頻率粗調旋鈕 : 使顯示器顯示數值約為 5kHz 值 旋轉頻率微調旋鈕 : 使顯示器顯示數值為 5.00 khz 值 配合示波器觀 察其週其為 0.2 ms 振幅衰減選擇開關 : 按下 40 db 鍵 旋轉振幅調整鈕 : 配合示波器操作, 觀察示波器螢光幕, 使信號輸出 的振幅為 60mV 操作示波器, 使函數波信號產生器的輸出信號波形顯示於示波器的螢光 幕上, 並將波形記錄於 2-49 圖中 示波器操的作步驟 : CH1 信號輸入端 - CH1/X: 連接到函數波信號產生器的輸出端 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 DC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於 50 s/div 檔位, 使螢光幕出現 正弦波的週期為 4 格 ( 水平 ) ( 水平時間微調旋鈕置於校正位置 ) 垂直電壓選擇開關 -VOLTS/DIV: 置於 10 mv/div 檔位, 使螢光幕出 60

63 第 2 章 電子儀表的使用 現正弦波的高度為 6 格 ( 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 圖 kHz,6V( 峰對峰值電壓 ) 的正弦波 4 觀測具直流電壓 2V, 頻率為 1kHz, 峰對峰值電壓為 3V 的三角波信號 操作函數波信號產生器使輸出端的輸出信號為 :1 khz,3 V, 三角波 函數波信號產生器的操作步驟 : 信號輸出端 - OUTPUT: 使用 BNC 接頭與示波器 CH1 輸入端連接 波形輸出選擇按鍵 : 設定為三角波 頻率範圍選擇開關 : 設定為 1kHz 旋轉頻率粗調旋鈕 : 使顯示器顯示數值約為 1kHz 值 旋轉頻率微調旋鈕 : 使顯示器顯示數值為 1.00 khz 值 配合示波器觀 察其週其為 1ms 振幅衰減選擇開關 : 20 db 及 40 db 鍵皆不按下 旋轉振幅調整鈕 : 配合示波器操作, 觀察示波器螢光幕, 使信號輸出 的振幅為 3V 拉起直流準位調整旋鈕並調整, 觀察示波器螢光幕, 使信號輸出的直 流準位為 2V 操作示波器, 使函數波信號產生器的輸出信號波形顯示於示波器的螢光 幕上, 並記錄於 2-50 圖中 示波器操的作步驟 : 61

64 基礎電子實習 圖 2-50 具直流電壓 2V,1kHz,3V( 峰對峰值電壓 ) 的三角波 CH1 信號輸入端 - CH1/X: 連接到函數波信號產生器的輸出端 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 DC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於 0.2 ms/div 檔位, 使螢光幕出 現三角波的週期為 5 格 ( 水平 ) ( 水平時間微調旋鈕置於校正位置 ) 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於 1V/DIV 檔位, 使螢光幕出現 三角波的高度為 3 格 ( 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 4 觀測頻率為 500 Hz, 峰值電壓為 5V 的 TTL 數位脈波信號 操作函數波信號產生器, 使脈波輸出端的輸出信號為 :500 Hz,5 V, TTL 數位脈波信號 函數波信號產生器的操作步驟 : 數位脈波信號輸出端 - TTL/CMOS: 使用 BNC 接頭與示波器 CH1 輸 入端連接 參考圖 2-28 數位脈波振幅調整步驟 波形輸出選擇按鍵 : 不需要設定 頻率範圍選擇開關 : 設定為 1kHz 旋轉頻率粗調旋鈕 : 使顯示器顯示數值約為 500 Hz 值 旋轉頻率微調旋鈕 : 使顯示器顯示數值為 500 Hz 值 配合示波器觀察 62

65 第 2 章 電子儀表的使用 其週其為 2ms 振幅衰減選擇開關 : 不需要設定 旋轉振幅調整鈕 : 不需要設定 操作示波器, 使函數波信號產生器的輸出信號波形顯示於示波器的螢光幕上, 並記錄於 2-51 圖中 示波器操的作步驟 : 圖 Hz,5 V( 峰值電壓 ) 的 TTL 數位脈波信號 CH1 信號輸入端 -CH1/X: 連接到函數波信號產生器的脈波輸出端 顯示模式選擇開關 - CH1/CH2/DUAL/ADD: 置於 CH1 輸入耦合選擇開關 - AC/GND/DC: 置於 DC 觸發來源選擇按鍵 - CH1/CH2/LINE/EXT: 置於 CH1 水平時間選擇開關 - TIME/DIV: 置於 0.5 ms/div 檔位, 使螢光幕出現脈波的週期為 4 格 ( 水平 ) ( 水平時間微調旋鈕置於校正位置 ) 垂直電壓選擇開關 - VOLTS/DIV: 置於 1V/DIV 檔位, 使螢光幕出現脈波的高度為 5 格 ( 內層微調旋鈕置於校正位置 ) 6 相位差的測量 使用麵包板將 0.1 F 電容與電阻 1k 串聯, 形成 RC 相移電路, 同時在輸入端連接函數波信號產生器, 如圖 2-52 所示 操作函數波信號產生器, 使信號產生器輸出端的輸出信號為 :1 khz, 5Vp-p, 正弦波信號 63

66 基礎電子實習 圖 2-52 相位差測量連接示意圖 操作示波器 ( 雙跡測量 ), 同時觀測 RC 相移電路的輸入端與輸出端信 號 將示波器螢光幕上顯示的波形, 記錄於 2-53 圖中 計算 RC 相移電路的輸入與輸出信號的相位差 CH1:VOLTS/DIV = CH2:VOLTS/DIV = TIME/DIV = 輸入信號週期 = ms 輸入信號頻率 = Hz 輸入信號的峰對峰值電壓 = V 輸出信號的峰對峰值電壓 = V 圖 2-53 RC 相移電路的輸入與輸出信號 64

67 第 2 章 電子儀表的使用 將 RC 相移電路的 1k 電阻的阻值改為 10 k, 依上述步驟, 重新測量 RC 相移電路的輸入與輸出信號的相位差 問題與討論 請說明三用電表的功能? 三用電表的歸零調整的時機為何? 如何正確的使用及維護三用電表? 請說明電源供給器的主要功能為何? 試說明電源供給器追蹤模式的功能及其操作的步驟? 請說明函數波信號產生器的主要功能為何? 請說明函數波信號產生器的基本操作為何? 請說明示波器的主要功能為何? 試說明示波器交替掃描與切割掃描的原理? 65

68 基礎電子實習 選擇題 2-1 ( ) 三用電表之直流電壓檔若有 3 V,12 V,30 V,120 V, 則那一檔 之輸入阻抗最高 (A)3 V (B)12V (C)30V (D)120 V ( ) 以三用電表歐姆檔測量電容器時, 若電容量愈大則電表指針在 測試棒接觸瞬間的偏轉量 (A) 愈小 (B) 愈大 (C) 不動 (D) 固定 ( ) 電表上如註明 CLASS 1.5, 係指該電表 (A) 於 1.5 sec 內可 指出滿刻度 (B) 準確度為滿刻度之 ±1.5% (C) 精密度為 1.5 刻 度內 (D) 壽命為 1.5 年 ( ) 某三用電表 DCV 的靈敏度為 20 k /V, 其範圍選擇開關置於 DCV1000V 位置, 則電表的總內阻為 (A)1 k (B)20 k (C)20 M (D)21 M ( ) 三用電表內部電池沒電時, 不可以測量 (A) 電阻值 (B) 電壓 值 (C) 電流值 (D)dB 值 ( ) 儀器使用時若電壓衰減 20 db 代表衰減 (A)10 倍 (C)20 倍 (C)40 倍 (D)100 倍 ( ) 示波器 TRIG. Level 控制鈕是控制其 (A) 頻率 (B) 焦距 (C) 振幅 (D) 觸發準位 ( ) 示波器之靈敏度由那一電路決定? (A) 同步 (B) 水平放大 (C) 垂直放大 (D) 觸發電路 ( ) 以示波器之 X-Y mode 來觀察兩訊號的相位差, 所得圖形為圓 形, 則兩訊號之相位差為 : (A)30 (B)60 (C)90 (D)180 ( ) 在示波器中, 若垂直偏向板加正弦波訊號, 水平偏向板不加訊 號, 則螢光幕出現之圖形應為 (A) 一水平線 (B) 一點 (C) 正 弦波 (D) 垂直線 66

69 第 2 章 電子儀表的使用 ( ) 函數波產生器之 VCF 輸入, 可以控制輸出成為 (A)AM (B)FM (C) 脈波 (D) 三角波 波形 ( ) 若在示波器上, 垂直偏向加正弦波, 水平偏向加鋸齒波, 且鋸 齒波的頻率為正弦波的兩倍時, 可顯示 (A) 半週的正弦波 (B) 單週的正弦波 (C) 雙週的正弦波 (D) 雙週的鋸齒波 ( ) 將示波器用 10:1 測試棒接示波器之校準信號, 顯 示如下波形則表示 (A) 過度補償 (B) 補償不足 (C) 正確的補償 (D) 無補償 ( ) 函數波產生器之輸出阻抗為 50, 若其輸出衰減網路選擇衰減 20 db, 則其衰減後之輸出阻抗為 (A)5 (B)50 (C)500 (D)1000 ( ) 若示波器測棒為 1:1, 電壓檔撥在 1V/DIV 位置, 其信號之峰 對峰共 4DIV, 則其 Vp-p 值為 (A)1 V (B)4 V (C)10 V (D)40 V ( ) 儀表連續使用一段時間後產生很小之偏移, 則此儀表 (A) 靈 敏度高 (B) 準確度高 (C) 解析度高 (D) 穩定度高 ( ) 有一穩壓直流電源供應器, 其輸出電壓為 0~30 V( 可調 ), 輸出電流為 0~3 A( 可調 ), 並具有 C.C.( 限電流 ),C.V.( 定電壓 ) 之功能 另有一電路需使用 15 V 電源, 工作電流約為 150 ma 若以此電源供應器供給該電路電源, 則其 C.C.( 限電 流 ) 應設定為多少較為理想 (A)160 ma (B)1 A (C)1.6 A (D)3 A ( ) 若將同步示波器之觸發耦合開關 (trigger coupling) 撥至 HF REJ 之位置其作用是 (A) 只讓高頻通過 (B) 只讓低頻通過 (C) 只 讓直流信號通過 (D) 只讓交流信號通過 ( ) 一般音頻信號產生器內之振盪器, 通常為 (A) 哈特萊振盪器 (B) 韋恩電橋振盪器 (C)RC 相移振盪器 (D) 考畢子振盪器 67

70 基礎電子實習 ( ) 以示波器量測 60 Hz 以下之輸入信號, 輸入模式宜採用 (A)AC 耦合 (B)DC 耦合 (C)LF-REJ (D)HF-REJ ( ) 發現儀器之保險絲燒燬時應更換 (A) 較高容量之保險絲 (B) 較低容量之保險絲 (C) 相同容量之保險絲 (D) 銅絲 ( ) 以指針式三用電表量測 2pF 的電容器, 則電表偏轉量 (A) 很大 (B) 不動 (C) 很小 (D) 一半 ( ) 指針式三用電表中, 零歐姆調整鈕可用於補償 (A) 溫度變化 (B) 電池老化 (C) 指針硬化 (D) 濕度變化 ( ) 以指針式三用電表量測電壓時指針偏轉愈大, 誤差愈 (A) 小 (B) 大 (C) 不變 (D) 不一定 ( ) 電表上反射鏡是用來 (A) 增加美觀 (B) 增加刻度的清晰 (C) 夜晚也能看得見 (D) 防止視覺誤差 ( ) 若示波器所顯示波形要外加信號使其同步時, 則示波器同步選擇開關應置於 (A) +INT (B) INT (C)EXT (D)LINE ( ) 要增加示波器上波形之寬度, 應調整那一個鈕 (A)FOCUS (B)TRIGGER (C)VOLT/DIV (D)TIME/DIV ( ) 常用之函數波產生器無法輸出下列何種波形 (A) 正弦波 (B) 三角波 (C) 方波 (D) 非週期性之數位信號波形 ( ) 示波器上之校準電壓其輸出波形通常為 (A) 正弦波 (B) 三角波 (C) 方波 (D) 鋸齒波 68

71 第 3 章 電子元件認識與使用 電子元件認識與使用 隨著電子科技不斷的發展, 新的電子元件也不斷的被開發出現, 現今電子元件的種類非常的多, 正確的選擇適當的電子元件, 才能在電子產品的開發過程中, 能快速研發新的功能 降低生產成本 提高產品的品質 認識電子元件的種類 結構與特性, 才能正確的選擇與使用元件, 使元件發揮功能且不會造成電子元件的損壞, 是電子從業人員的重要課題 本章實習時數 : 12 小時 3-1 被動元件的認識與使用 瞭解各種被動元件的種類與特性 瞭解各種主動元件的種類與特性 瞭解各種機電元件的種類與特性 瞭解電子零件的色碼識別 能正確的使用各種基本電子元件 3-2 主動元件的認識與使用 3-3 機電元件的認識與使用 技能活動學後評量 69

72 基礎電子實習 3-1 被動元件的認識 電阻器 ( : ) 電阻器在電路中常以 R 來表示, 其特性為具有阻止電流通過的電子元件, 電阻值愈大表示對電的阻力愈大, 電阻值的單位以歐姆 ( ) 表示 在使用上會以 k (10 3 ) 或 M (10 6 ) 來表示較大的電阻值 電阻器的功能為限制電路中電流的大小及產生各種不同的電壓, 提供電路中主動元件所需的偏壓 由於電阻器具有阻止電流通過的特性, 會導致功率的消耗, 使用時應注意電阻器的額定功率, 避免因過高的功率消耗, 致使電阻器損壞 電阻器的種類如表 3-1 所示, 電阻器依據用途可分為固定電阻器及可變電阻器二大類, 依據製造所使用的材質大略可分為碳粉類及金屬類兩種 表 3-1 電阻器的種類 固定電阻器固定電阻器的符號, 如圖 3-1(a) 所示, 是具有兩個端子的電子元件, 其兩端的電阻值為定值 依據製程及使用材質的不同, 可分為碳膜電阻器 碳質電阻器 金屬膜電阻器及線繞電阻器, 如圖 3-1(b) 所示, 其特性有極大的差異 在使用上要選擇適當規格的電阻器 70

73 第 3 章 電子元件認識與使用 (a) (b) 圖 3-1 固定電阻器的符號與種類 碳膜電阻器 : 製程簡單, 額定功率低, 適合大量生產, 成本較低, 被廣泛使用 碳質電阻器 : 誤差較大, 額定功率低, 溫度係數高, 但分佈電容及電感小, 適合高頻電路使用 金屬膜電阻器 : 誤差小, 額定功率較碳膜電阻器高, 溫度特性良好, 穩定性高 線繞電阻器 : 誤差小, 溫度特性良好, 穩定性高, 額定功率高可達數十瓦以上, 電阻值較低 將繞線電阻器以特殊不燃耐熱水泥封裝, 就形成水泥電阻器 可變電阻器可變電阻器 (variable resistor) 在電路中常以 VR 來表示, 可變電阻器的符號, 如圖 3-2(a) 所示, 是具有三個端子的電子元件, 其外圍兩端的電阻值為定值 中間端點係利用轉動或滑動的方式, 改變碳膜或金屬線的長度, 藉以改變外圍兩端點與中間接點的電阻值 其電阻值 ( 外圍兩端的阻值 ) 在一定的範圍內可以任意調整 可變電阻器的用途為 : 用以供使用者控制電子裝置中音量 音質 電壓 功率 等的功能 依據製程及使用材質的不同, 可分類為碳膜可變電阻器及繞線可變電阻器 ( 功率型 ), 如圖 3-2(b) 所示 (b) 71

74 基礎電子實習 (a) 圖 3-2 可變電阻器的符號與種類 (b) 依據可變電阻器的電阻值變化與旋轉角度的關係, 如圖 3-3 所示 可分為 A 型 ( 對數型 ), 其電阻值變化與旋轉角度成對數曲線變化, 適用於音量控制 ;B 型 ( 線性型 ), 其電阻值變化與旋轉角度成線性變化, 適用於音質控制與一般調整 ;C 型 ( 反對數型 ), 其電阻值變化與旋轉角度成反對數曲線變化 圖 3-3 可變電阻器的電阻值變化與旋轉角度的關係 在電路中, 部分可變電阻器在調整完成後, 就固定不變, 此類可變電阻器稱為半可變電阻器, 在電路中常以 SVR 來表示, 其符號如圖 3-4 (a) 所示 由於半可變電阻器消耗功率小且都裝配於電路板上, 所以體積較小 又不需要時常調整, 一般在調整過程中需使用調整棒 ( 小起子 ) 為之, 有時需要做精密調整, 半可變電阻器被設計成多旋轉型, 稱為精密半可變電阻器 半可變電阻器外觀如圖 3-4(b) 所示 (a) (b) 圖 3-4 半可變電阻器的符號與種類 72

75 第 3 章 電子元件認識與使用 電阻色碼的識別固定電阻器電阻值的標示採直接標示法和色碼標示法兩種, 在大型電阻器上 ( 線繞電阻器 ), 一般都採用直接標示法, 如圖 3-5 所示, 可直接判讀電阻值, 標示中最後的一個英文字母代表電阻器的容許誤差, 英文代 圖 3-5 直接標示法 號所代表的容許誤差, 如表 3-2 所示 在電路裝配的過程中, 應將電阻值的標示朝上以方便檢修 表 3-2 英文代號所代表的容許誤差 英文代號 F G J K M 容許誤差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±20% 如果在體積很小的電阻器上 ( 碳膜電阻器 ), 用直接標示法標示電阻值則標示的字體會太小, 不易判讀容易發生錯誤 一般都採用色碼標示法 色碼的標準及顏色所代表的數字, 是根據美國電子工業協會 (EIA) 所訂定的, 如表 3-3 所示 標準色碼標示法可分為四個色環與五個色環的標示法, 分別說明如下 : 四個色碼的識別電阻器四個色環的標示, 如圖 3-6 所示, 第一個色環表示十位數字, 第二個色環表示個位數字, 第三個色環表示乘數 (10 的羃次 ), 第四個色環表示容許誤差 則此電阻器的電阻值為 47 乘以 10 3 等於 47k (47000 ), 容許誤差為 ±5% 五個色碼的識別電阻器五個色環的標示, 如圖 3-7 所示, 第一個色環表示百位數字, 第二個色環表示十位數字, 第三個色環表示個位數字, 第四個色環表示乘數 (10 的羃次 ), 第五個色環表示容許誤差 則此電阻器的電阻值為 224 乘以 10 1 等於 2.24 k (2240 ), 容許誤差為 ±1% 73

76 基礎電子實習 表 3-3 色碼的識別 圖 3-6 電阻器四個色環的標示 圖 3-7 電阻器五個色環的標示 74

77 第 3 章 電子元件認識與使用 電阻器的測量固定電阻器電阻值的測量, 應先判讀出電阻的標示值, 使用三用電表測量其阻值是否與標示值相同, 注意電阻器的容許誤差 電阻值測量的步驟, 可參閱第二章 可變電阻器的測量, 如圖 3-8 所示, 其測量的步驟說明如下 : 圖 3-8 可變電阻器的測量 將三用電表置於歐姆檔 10K 位置 將測試棒分別連接於可變電阻器 1 3 兩端點, 電表指針應指示於 10 的位置, 旋轉旋鈕指針不會改變 將測試棒分別連接於可變電阻器 1 2 兩端點, 逆時針旋轉旋鈕阻值會逐漸變小, 電表指針應由指示 10 的位置向左偏轉到 0 的位置, 順時針旋轉旋鈕則情形相反 將測試棒分別連接於可變電阻器 2 3 兩端點, 順時針旋轉旋鈕阻值會逐漸變小, 電表指針應由指示 10 的位置向左偏轉到 0 的位置, 逆時針旋轉旋鈕則情形相反 75

78 基礎電子實習 電容器 ( : ) 電容器在電路中常以 C 表示, 電容器的基本結構為兩片金屬板, 中間以絕緣物質隔離而做成的電子元件, 具有儲存電荷的特性 在使用上具有使交流信號通過 隔離直流電源的功能 電容值愈大表示對電荷的儲存能力愈強, 電容值的單位以法拉 (F) 表示 在使用上常會以 F(10 6 F) 及 pf(10 12 F) 來表示較小的電容值 電容器的用途由於具有儲存電荷的能力, 可用於諧振 濾波 振盪等電路中 ; 由於具有使交流信號通過, 隔離直流電源的功能, 在放大電路中常做為耦合電容或旁路電容 電容器具有儲存電荷的特性, 在理論上不會導致功率的損耗, 使用時應注意電容器的額定電壓, 避免端電壓過高, 致使電容器損壞 電容器的種類, 如表 3-4 所示, 電容器依據用途可分為固定電容器及可變電容器二大類, 依據製造所使用的電介質 電極與構造可分為 7 種 表 3-4 電容器的種類 76

79 第 3 章 電子元件認識與使用 固定電容器固定電容器的符號, 如圖 3-9(a) 所示, 是具有兩個端子的電子元件, 其兩端的電容值為定值 目前較常使用的電容器, 如圖 3-9(b) 所示, 有鋁質電解電容 鉭質電解電容 塑膠薄膜電容及陶瓷電容, 其特性有極大的差異 在使用上要選擇適當規格的電容器 電容器的特性分別說明如下 : (a) 圖 3-9 (b) 固定電容器的符號與種類 鋁質電解電容 : 簡稱為電解電容, 是以兩層鋁箔夾著電解質捲繞而成, 再通以直流電進行極化, 使其中一片 ( 陽極 ) 鋁箔表面產生氧化鋁薄膜, 以做為電容器的絕緣介質, 使用時必須依照標示的正 負極性接到電路中, 否則, 將導致氧化鋁薄膜損壞, 電容器發熱 膨脹而爆裂 電解電容的特點為 : 電容量最大的電容器 (0.47 F~4700 F) 具正 負極性, 使用時不可反接 漏電電流較大 具有高的分佈電感量, 不適合高頻電路使用 鉭質電解電容 : 簡稱為鉭質電容, 以鉭做為陽極金屬, 結構與鋁質電解電容相似 其各種特性較鋁質電解電容優異, 體積較小, 可靠度佳, 但價格較高 77

80 基礎電子實習 塑膠薄膜電容 : 簡稱為塑膠電容, 是以塑膠材料為介質, 在塑膠薄膜兩面鍍層金屬薄膜為電極, 將其重疊捲繞而製成的無極性電容 塑膠電容的特點為 : 電容量 56pF(0.001 F~0.47 F) 高頻特性良好 體積小, 容量誤差少 陶瓷電容 : 是以陶瓷材料為介質, 在陶瓷圓片兩面鍍層金屬 ( 銀 ) 薄膜為電極, 連接引線, 封裝製成的無極性電容 陶瓷電容的特點為 : 電容量最小 (1pF~0.1 F) 高頻特性優良 體積小 可變電容器可變電容器 (variable capacitors) 的符號, 如圖 3-10(a) 所示, 其電容量是可以改變的電容器 依據使用絕緣介質的不同, 可分類為空氣式可變電容器 陶瓷式可變電容器及雲母式可變電容器, 如圖 3-10(b) 所示 電容量改變的方式為改變兩極板間的相對面積或改變兩極板間的距離 可變電容器常使用於高頻的調諧電路中, 以改變所要接收的電台頻率 ; 使用於振盪電路中用以修正振盪的高頻信號頻率 目前大都被變容二極體所取代 (a) 圖 3-10 (b) 可變電容器的符號與種類 78

81 第 3 章 電子元件認識與使用 電容器的耐壓電容器於工作時, 因為儲存電荷, 兩極板會有電壓形成 此電壓若超過絕緣介質的耐壓時, 會導致絕緣層破壞, 造成電容毀損, 甚至爆裂的情況 使用時必須使電容兩端的電壓, 不超過電容所標示的額定電壓 ( 耐壓 ) 電容器額定電壓的標示可分為 : 工作電壓 (WV;work voltage): 表示電容器可承受在此標示電壓以下的範圍, 長時間的使用不會毀損 測試電壓 (TV;test voltage): 表示電容器在此標示電壓內, 偶而可以承受的最大瞬間高壓, 不可長時間的在此標示電壓下使用 若要長時間使用, 則應使電壓工作於測試電壓的 1/2 以下 電容器的標示電容器規格的標示可分為直接標示法和數碼標示法兩種, 電解電容和鉭質電容一般都採用直接標示法, 直接標示接腳的極性 ( 接腳較長的為正電壓端 ) 耐壓 電容量( 以 F 為單位 ) 塑膠電容和陶瓷電容的電容量 ( 以 pf 為單位 ) 一般都採用數碼標示法, 如圖 3-11(a) 所示, 第一個數字表示十位數字為 1, 第二個數字表示個位數字為 0, 第三個數字乘數為 3 表示乘以 10 3, 第四個英文代號表示容許誤差為 J 則此電容器的電容量為 10 乘以 10 3 等於 pf(0.01 F), 容許誤差為 ±5%, 耐壓為 100V 圖 3-11(b) 所示, 則此電容器的電容量為 47 乘以 10 2 等於 4700 pf( F), 容許誤差為 ±20%, 耐壓為 50V( 沒標示耐壓時 ) 圖 3-11(c) 所示, 則此電容器的電容量為 33 乘以 10 1 等於 330 pf( F), 容許誤差為 ± 10%, 耐壓的代碼為 2G, 可參考表 3-5 得到電容耐壓為 400V 塑膠電容和陶瓷電容的接腳沒有極性的區別 容許誤差的英文代號可參考表

82 基礎電子實習 (a) (b) (c) 圖 3-11 電容器數碼標示的判讀 數字 耐壓值 英文代號 表 3-5 電容器耐壓代碼表 A B C D E F G H I J 電容器的測量電容器的測量, 如圖 3-12 所示, 其測量的步驟說明如下 : 將三用電表置於歐姆檔 1K 位置, 將電容器的接腳短路放電 利用測試棒分別連接於電容器的兩接腳端點 若電容器的電容量小於 0.25 F 時 : 若指針向右偏轉到零的位置, 則表示電容器短路毀損 若指針不動則表示電容器斷路良好 80

83 第 3 章 電子元件認識與使用 電容器電容量大於 0.25 F 時 : 若指針向右偏轉後, 緩緩退回到無限大的位置, 如圖 3-12(a) 所示 將測試棒交換作第二次測量, 指針向右偏轉且偏轉比第一次大 ( 因電容器已經充電 ), 後緩緩退回到無限大, 如圖 3-12(b) 所示, 則表示電容器良好 若指針不動則表示電容器斷路故障 若指針向右偏轉到零而不會退回無限大, 則表示電容器短路故障 若指針兩次均能緩緩退回到無限大的位置, 則表示電容器良好不漏電 (a) (b) 圖 3-12 電容器的測量 電感器 ( : ) 電感器可以分為變壓器和線圈兩大類, 分別說明如下 : 變壓器 (transformer) 變壓器的符號, 如圖 3-13(a) 所示, 變壓器的功能是利用電磁感應的原理, 將交流電壓提升或降低到負載所需的適當交流電壓 其結構為兩組線圈, 彼此絕緣並繞在同一個鐵芯上, 如圖 3-13(b) 所示, 接到的交流電壓的線圈稱為一次側線圈 ( 初級線圈 ), 接到負載的線圈稱為二次側線圈 ( 次級線圈 ), 交流電壓連接到一次側線圈時, 會產生磁通的變化, 藉由鐵芯傳遞到二次側線圈, 變化的磁通使得二次側線圈產生交流電壓 二次側線圈產生的交流電壓大小與變壓器的圈數成正比的關係, 81

84 基礎電子實習 即 V 1 /V 2 = N 1 /N 2 可藉由改變變壓器圈數的比例來得到負載所需的交流電壓 變壓器的種類可分為電源變壓器 輸出變壓器 輸入變壓器 脈波變壓器等, 其中以電源變壓器為最常被使用, 如圖 3-14 所示, 電源變壓器的原理與用途請參閱第六章 (a) (b) 圖 3-13 變壓器的符號與結構 使用三用電表量測電源變壓器的的好壞 可分為靜態測量和動態測量兩種方式, 其測量步驟說明如下 : 靜態測量步驟 : 將三用電表置於歐姆檔 10 的位置, 如圖 3-15 所示, 利用測試棒分別測量變壓器初級與次級線圈的兩端點, 測量電阻值 若電阻值很小則表示線圈正常 若指針不動則表示線圈開路變壓器損壞 動態測量步驟 : 圖 3-14 電源變壓器 將變壓器初級線圈以電源線和市電連接妥當 將三用電表置於 ACV 250V 檔位 利用測試棒連接變壓器初級線圈的兩個端點, 測量電壓值是否為 AC 110V 將三用電表置於 ACV 50V 檔位 利用測試棒接觸變壓器次級線圈的兩端點, 測量電壓值是否與標示值相同 ( 為 AC 18V) 82

85 第 3 章 電子元件認識與使用 圖 3-15 電源變壓器的靜態測量 線圈 (coil) 電感器又稱為線圈, 在電路中常以 L 表示, 電感器的單位以亨利 (H) 來表示 在使用上常會以 H(10 6 H) 及 nh(10 9 H) 來表示較小的電感值 電感器的種類很多, 適用範圍也不同, 較常用的電感器符號, 如圖 3-16 所示 由於電感器具有儲存磁能的特性, 在高頻電路中常用於諧振 濾波 振盪等電路中, 所使用的電感器型態有高頻線圈和中週變壓器兩種, 如圖 3-17 所示, 高頻線圈是電感量固定的電感器, 中週變壓器是電感量可以改變的電感器 ( 藉由改變線圈內部鐵芯的位置, 調整電感量的大小 ) 在低頻的電源電路中, 採用具有使直流電通過, 隔離交流漣波電壓的抗流圈做為電源濾波之用, 如圖 3-18 所示 圖 3-16 電感器的符號 83

86 基礎電子實習 圖 3-17 高頻線圈和中週變壓器 圖 3-18 抗流圈 3-2 主動元件的認識 具有整流 放大及開關等功能的電子元件稱為主動元件 目前主動元件的製作材料大都以半導體材質為主, 此類主動元件具有體積小 重量輕 功率損耗低 速度快 使用壽命長的特質 且由於主動元件不斷的朝積體電路發展, 使電子產品具有功能更強 體積更小 消耗功率更少 價格更低的競爭優勢 主動元件的種類很多, 本章無法完全加以介紹, 僅就半導體中較為重要的主動元件, 分別說明如下 : 半導體 84 本質半導體導電特性介於導體和絕緣體之間的材料稱為半導體, 在原子結構中, 排列在原子最外圍的電子稱為價電子 半導體材料的原子最外圍的價電子數有四個稱之為四價元素, 這種不含任何雜質的四價元素又稱為本質半導體 本質半導體中常用的四價元素有矽 (Si) 和鍺 (Ge) 兩種, 如圖 3-19 所示, 兩者又以矽 (Si) 元素具有較佳的特性, 為目前最常被使用的半導體材料 在本質半導體中, 其原子會和相鄰的 4 個原子共用

87 第 3 章 電子元件認識與使用 價電子, 使其原子最外圍變成八個價電子, 形成穩定的狀態 這種原子 相互共用價電子的情形稱為共價鍵, 如圖 3-20 所示 圖 3-19 四價元素的原子結構 圖 3-20 半導體的晶體結構 自由電子與電洞本質半導體在絕對溫度 0 K 時, 所有價電子被共價鍵所束縛, 沒有自由電子 當溫度升高時, 共價鍵內的價電子, 獲得足夠的能量 ( 室溫下, 矽需要 1.1eV 的能量, 鍺需要 0.7eV 的能量 ) 脫離原子的束縛, 形成自由電子, 共價鍵內所遺留的空缺稱之為電洞, 如圖 3-21 所示, 本質半導體內自由電子與電洞的數量相同 溫度愈高, 自由電子與電洞的數量就越多導電性增加 換言之半導體的導電性很容受到溫度影響 85

88 基礎電子實習 圖 3-21 自由電子與電洞的形成 摻雜將少量的雜質 ( 三價元素或五價元素 ) 摻入本質半導體中, 用以改變半導體的導電特性, 此過程稱為摻雜 (Doping) 摻雜的比例約為 10 8 :1 摻入雜質後的半導體稱為雜質半導體( 外質半導體 ) 將本質半導體摻雜硼 (B) 鎵(Ga) 銦(In) 鋁(Al) 等少量的三價元素會形成 P 型半導體 將本質半導體摻雜磷 (P) 砷(As) 銻(Sb) 等少量的五價元素會形成 N 型半導體 P 型半導體加入少量的硼 (B) 鎵(Ga) 銦(In) 鋁(Al) 等三價元素到本質半導體中, 摻雜的三價原子會取代原有的矽原子, 同時與相鄰的四個矽原子形成共價鍵結合, 由於三價原子比矽原子少一個價電子, 在這個共價鍵中, 因而缺少一個價電子, 形成一個空缺, 此空缺稱為電洞, 如圖 3-22 所示 摻雜三價元素所形成的電洞, 可以吸收附近的自由電子加以束縛, 所以摻雜的三價元素又稱為受體 (accepter), 同時因為電洞具有可以吸引自由電子能力, 所以可將電洞視為帶有正電荷質點, 因此經摻雜三價元素的雜質半導體稱為 P 型半導體 (positive, 正 ) P 型半導體內部有大量因摻雜所形成的電洞, 且半導體受溫度影響會產生少量的自由電子與電洞對 使得 P 型半導體內部有大量的電洞 ( 多數載子 ) 和少量的自由電子 ( 少數載子 ) 86

89 第 3 章 電子元件認識與使用 圖 3-22 P 型半導體 N 型半導體加入少量的磷 (P) 砷(As) 銻(Sb) 等五價元素到本質半導體中, 摻雜的五價原子會取代原有的矽原子, 同時與相鄰的四個矽原子形成共價鍵結合, 由於五價原子比矽原子多一個價電子, 在這個共價鍵中, 因而多一個價電子, 不受原子核的束縛形成自由電子, 如圖 3-23 所示 摻雜的五價元素會產生許多的自由電子, 所以摻雜的五價元素又稱為施體 (donor), 同時因為產生的自由電子帶有負電荷, 因此經摻雜五價元素的雜質半導體稱為 N 型半導體 (negative, 負 ) 圖 3-23 N 型半導體 87

90 基礎電子實習 N 型半導體內部有大量因摻雜所形成的自由電子, 且半導體受溫度影響會產生少量的自由電子與電洞對 使得 N 型半導體內部有大量的自由電子 ( 多數載子 ) 和少量的電洞 ( 少數載子 ) 二極體 ( : ) PN 接合面二極體的基本結構 電路符號與種類, 如圖 3-24 所示, 在本質半導體一側加入受體雜質使其形成 P 型半導體, 另一側加入施體雜質使其形成 N 型半導體, 兩端連接引線就形成了一個二極體元件 二極體元件在 P 型半導體與 N 型半導體之間會形成一個 PN 接合面, 接合的瞬間由於兩側載子濃度不均勻,N 型半導體內部的多數載子 ( 自由電子 ), 會向跨過接合面, 向 P 型半導體擴散, 和 P 型半導體內部的多數載子 ( 電洞 ) 結合消失, 使得接合面附近沒有自由電子與電洞, 形成了空乏區, 如圖 3-25 所示 (a) 基本結構 (b) 電路符號 (c) 二極體種類 圖 3-24 二極體的基本結構與電路符號 圖 3-25 PN 接合之瞬間 88

91 第 3 章 電子元件認識與使用 同時, 在接合面 P 型側的受體, 因接受一個自由電子變成帶負電的離子, 在接合面 N 型側的施體, 因失去一個自由電子變成帶正電的離子, 帶正 負電的離子會隨著擴散作用持續增加, 形成一個持續增加的障壁電壓, 阻止擴散作用的進行, 當此障壁電壓達到足以阻止擴散的進行時, 兩者達到平衡, 擴散作用停止 障壁電壓為一個定值, 一般而言, 矽半導體的障壁電壓約為 0.5~0.8V, 鍺半導體的障壁電壓約為 0.1~0.3V 順向偏壓 (Forward bias) 將二極體的 P 型半導體端接正電壓, 而 N 型半導體端接負電壓, 此型態的連接方式稱為順向偏壓, 如圖 3-26 所示 在順向偏壓的情形下, P 型半導體內的電洞受到正電壓的排斥, 會向接合面移動 ;N 型半導體內的自由電子受到負電壓的排斥, 也會向接合面移動, 如此會導致空乏區變窄 當外加順向偏壓大於二極體障壁電壓時, 空乏區被抵銷而消失 大量的自由電子與電洞會在接合面上產生再結合, 形成大量的電流, 所形成的電流稱為順向電流 (Forward current), 以 I F 表示其電流的大小 圖 3-26 二極體順向偏壓圖 3-27 二極體逆向偏壓 逆向偏壓 (Reverse bias) 將二極體的 P 型半導體端接負電壓, 而 N 型半導體端接正電壓, 此型態的連接方式稱為逆向偏壓, 如圖 3-27 所示 在逆向偏壓的情形下, P 型半導體內的電洞受到負電壓的吸引, 會遠離接合面 ; N 型半導體內的自由電子受到正電壓的吸引, 也會遠離接合面, 如此會導致空乏區加大, 障壁電壓增加 沒有多數載子通過接合面, 不會有電流形成 當外 89

92 基礎電子實習 加逆向偏壓時, 僅有少數載子會跨過接合面再結合, 形成微量的電流, 所形成的微量電流稱為逆向飽和電流或逆向漏電電流, 以 I S 表示其電流值 P-N 二極體的特性 P-N 二極體的特性曲線, 如圖 3-28 所示, 當二極體工作於順向偏壓且外加電壓 ( 矽為 0.7V, 鍺為 0.3V) 大於二極體內部障壁電壓, 此外加的電壓稱為切入電壓 ( 膝點電壓 ), 此時順向電流急劇增加, 二極體具有很低的順向電阻, 二極體可視為開關在導通狀態 當二極體工作於逆向偏壓時, 二極體僅有微量的電流, 二極體具有很高的逆向電阻, 二極體可視為開關在截止狀態 當逆向偏壓到達 V R 時, 半導體內原子結構的共價鍵被高壓所破壞, 形成大量的電流, 這種現象稱為崩潰 (Breakdown), 此時的外加電壓電壓稱為崩潰電壓 由此特性可知二極體具有單向導電的特性 圖 3-28 P-N 二極體的特性曲線 90 二極體的測量二極體 P-N 判別量測步驟 : 將三用電表置於歐姆檔 10 位置, 如圖 3-29 所示, 利用二極體具有單向導電的特性

93 第 3 章 電子元件認識與使用 圖 3-29 二極體 P-N 判別量測 利用測試棒交替接觸二極體的兩端接線 指針僅有一次大幅偏轉, 於偏轉時, 黑色測試棒端為二極體的 P 極 ( 陽極 ), 紅色測試棒端為二極體的 N 極 ( 陰極 ) 指針兩次都大幅偏轉, 則表示二極體短路毀損 指針兩次都不偏轉, 則表示二極體開路毀損 二極體矽 鍺判別量測步驟 : 利用矽二極體切點電壓為 0.7V, 鍺二極體膝點電壓為 0.3V 的特性加以判別 將三用電表置於歐姆檔 10 位置, 如圖 3-30 所示 將黑色測試棒置於為二極體的 P 極 ( 陽極 ), 紅色測試棒置於為二極體的 N 極 ( 陰極 ) 觀察三用電表的 LV 刻度 若 LV 指示為 0.7V 則表示此二極體為矽二極體, 如圖 3-30(a) 所示 若 LV 指示為 0.3V 則表示此二極體為鍺二極體, 如圖 3-30(b) 所示 91

94 基礎電子實習 (a) (b) 圖 3-30 二極體矽 鍺判別量測 發光二極體 (light emitting diode:led) 發光二極體的電路符號, 如圖 3-31(a) 所示, 發光二極體是由砷化鎵 或磷化鎵等半導體材料所製成, 通以順向偏壓時, 會將電能轉換成光 能, 發光的亮度與順向電流成正比, 是目前被廣泛使用的顯示元件 發 光二極體具備有體積小 重量輕 消耗工率極低 ( 約 30mW) 使用壽 命長 ( 可達 100,000 小時 ) 及多種色光 ( 紅 黃 綠 藍及白光 ) 的優 點 在使用上被製造成各種型式, 如圖 3-31(b) 所示, 有單體的發光二極 體用以做簡單的指示燈, 或是將許多發光二極體組合成一個顯示裝置用 以顯示數字 文字或圖形 發光二極體的障壁電勢為 1.6~2.5V 之間, 使用時應串接限流電阻 器, 以避免電流過大, 增加消耗功率, 甚至使元件毀損, 發光二極體的 順向電流一般約為 10mA~30mA 如圖 3-32(a) 示, 限流電阻阻值計算為 : 限流電阻 (R S )= 外加電壓 (E) 障壁電壓 (V K ) 順向電流 (I F ) 92

95 第 3 章 電子元件認識與使用 (a) (b) 圖 3-31 發光二極體的符號與種類 發光二極體的量測步驟 : 將三用電表置於歐姆檔 10 位置, 如圖 3-32(b), 利用發光二極體具有 單向導電的特性 (a) 限流電阻的計算 (b) 發光二極體的量測 圖 3-32 發光二極體的限流與量測 利用測試棒交替接觸發光二極體的兩端接線 指針僅有一次大幅偏轉, 於偏轉時, 黑色測試棒置於發光二極體的陽極 93

96 基礎電子實習 (A), 紅色測試棒置於發光二極體的陰極 (K), 發光二極體會點亮 指針兩次都不偏轉, 且發光二極體都不亮, 則表示二極體毀損 電晶體 ( ) 電晶體的結構電晶體在電路中, 常以 Tr 或 Q 來表示, 是由一個三層半導體所構成具有三個端點的電子元件 電晶體具有放大 開關及振盪等功能, 是電子實習中最重要的元件 依結構可分為 NPN 型電晶體和 PNP 型電晶體兩種型態, 電晶體的電路符號及結構, 如圖 3-33 示, 三個接腳分別為射極 (Emitter) 簡稱 E 極, 基極 (Base) 簡稱 B 極, 集極 (Collect) 簡稱 C 極, 電晶體的結構中 B 極寬度非常的窄約為電晶體整個寬度的 150 分之 1,C 極的寬度最大 ; 摻雜的濃度以 E 極濃度最高, 依序為 B 極 C 極 (a) NPN 型電晶體 圖 3-33 電晶體的電路符號與結構 (b) PNP 型電晶體 電晶體接腳的測量電晶體在使用前要先判斷電晶體的好壞,E 極 B 極 C 極的接腳, 以避免接腳錯誤, 導致工作不正常或致使電晶體毀損 電晶體接腳量測步驟說明如下 : 電晶體 B 極接腳的判別, 如圖 3-34 示 94

97 第 3 章 電子元件認識與使用 將三用電表置於歐姆檔 10 位置 利用測棒交替接觸電晶體 1 2 接腳兩端, 指針兩次都不偏轉 利用測棒交替接觸電晶體 1 3 接腳兩端, 指針僅有一次偏轉 利用測棒交替接觸電晶體 2 3 接腳兩端, 指針僅有一次偏轉 指針兩次都不偏轉時, 測棒所沒接觸的電晶體接腳, 可以判定為電晶體的 B( 基 ) 極 圖 3-34 電晶體 B 極接腳的判別 若無上述情形則表示電晶體可能毀損 電晶體型態 NPN PNP 的判別將三用電表置於歐姆檔 10 位置 將黑色測棒放置於前述所測得的 B 極接腳 (3), 將紅色測棒交替接觸電晶體的另兩接腳端 (1 2), 指針兩次都會偏轉 將紅色測棒放置於前述所測得的 B 極接腳 (3), 將黑色測棒交替接觸電晶體的另兩接腳端 (1 2), 指針兩次都不會偏轉, 如圖 3-35 示 則此電晶體為 NPN 型電晶體 將紅色測棒放置於前述所測得的 B 極接腳 (3), 將黑色測棒交替接觸電晶體的另兩接腳端 (1 2), 指針兩次都會偏轉 將黑色測棒放置於前述所測得的 B 極接腳 (3), 將紅色測棒交替接觸電晶體的另兩接腳端 (1 2), 指針兩次都不會偏轉, 如圖 3-36 示 則此電晶體為 PNP 型電晶體 95

98 基礎電子實習 圖 3-35 NPN 型電晶體的判別 圖 3-36 PNP 型電晶體的判別 NPN 型電晶體 E C 極接腳的判別將三用電表置於歐姆檔 10 位置 假設 1 接腳為 C 極,2 接腳 E 極, 如圖 3-37(a) 所示 將黑色探棒置於電晶體的 C 極 (1 接腳 ), 紅色探棒置於電晶體的 E 極 (2 接腳 ) 以手碰觸假設的 C 極 (1 接腳 ) 與已判斷的 B 極 (3 接腳 ) 指針偏轉角度較小, 為假設錯誤 假設 2 接腳為 C 極,1 接腳 E 極, 如圖 3-37(b) 所示 將黑色探棒置於電晶體的 C 極 (2 接腳 ), 紅色探棒置於電晶體的 E 極 (1 接腳 ) 以手碰觸假設的 C 極 (2 接腳 ) 與已判斷的 B 極 (3 接腳 ) 指針偏轉角度較大, 為假設正確 96

99 第 3 章 電子元件認識與使用 (a) 圖 3-37 NPN 型電晶體 E C 極接腳的判別 (b) PNP 型電晶體 E C 極接腳的判別 將三用電表置於歐姆檔 10 位置 假設 1 接腳為 C 極,2 接腳 E 極, 如圖 3-38(a) 所示 (a) 圖 3-38 PNP 型電晶體 E C 極接腳的判別 (b) 將紅色探棒置於電晶體的 C 極 (1 接腳 ), 黑色探棒置於電晶體的 E 極 (2 接腳 ) 以手碰觸假設的 C 極 (1 接腳 ) 與已判斷的 B 極 (3 接腳 ) 指針偏轉角度較小, 為假設錯誤 假設 2 接腳為 C 極,1 接腳 E 極, 如圖 3-38(b) 所示 將紅色探棒置於電晶體的 C 極 (2 接腳 ), 黑色探棒置於電晶體的 E 極 (1 接腳 ) 以手碰觸假設的 C 極 (2 接腳 ) 與已判斷的 B 極 (3 接腳 ) 指針偏轉角度較大, 為假設正確 97

100 基礎電子實習 電晶體的編號 電晶體的編號以日本的編號方式在使用中較為常見, 日本工業標準 (JIS) 電晶體的編號方式, 如圖 3-39 所示 : 第一項代表半導體裝置分類 光電晶體光二極體 二極體三極晶體四極晶體 第三類代表晶體類型 A B C D F G H J K M PNP 高頻 PNP 低頻 NPN 高頻 NPN 低頻用電晶體用電晶體用電晶體用電晶體 N 閘型 SCR P 閘型 SCR 單接面電晶體 P 通道 FET N 通道 FET TRIAC 圖 3-39 電晶體的編號方式 電晶體散熱片的裝配電晶體依據所能承受的額定功率可區分為大功率電晶體 中功率電晶體及低功率電晶體 依據工作的頻率可區分為高頻電晶體及低頻電晶體, 使用電晶體時必須查閱資料手冊, 才能知道電晶體的各種特性, 以期選用適當的電晶體, 使電路工作正常 電晶體的外型與種類, 如圖 3-40 所示 中 大型功率電晶體在工作時, 有很大的功率消耗產生熱量, 會使電晶體的接合面溫度上升, 導致所能承受的額定功率下降, 甚 98

101 第 3 章 電子元件認識與使用 至造成功率電晶體的燒毀 所以應適當的安裝散熱片, 以降低電晶體接合面的溫度 電晶體散熱片的安裝方式, 如圖 3-41 所示, 安裝時要使用雲母片 塑膠 圖 3-40 電晶體的外型與種類 墊圈隔離, 以避免電晶體的外殼與散熱片連接, 造成短路現象 ( 功率電晶體的外殼與內部的集極連接, 以利散熱 ), 並在雲母片的兩面塗上散熱膏, 填補金屬表面空隙, 以增加接觸面積, 提高散熱效果 圖 3-41 電晶體散熱片的安裝方式 積體電路 ( : ) 積體電路是將許多電晶體 電阻 電容等元件所組成的電子電路, 製作在微小的晶片上 積體電路具備有將電路小型化 簡化電路裝配 降低功率消耗 價格低廉及工作速度快等優點, 是目前最重要的電子元件, 積體電路依據用途可分為數位及類比積體電路兩種 積體電路有許多不同的包裝形式, 如圖 3-42 所示, 積體電路在設計時, 因功能不同所需的接腳數量也會不同, 接腳編號的排列是根據逆時鐘方向依序編號, 使用時, 要查閱 IC 的使用手冊, 以了解編號 IC 的功能及接腳的作用 99

102 基礎電子實習 圖 3-42 積體電路的包裝形式與接腳的排列 3-3 機電元件的認識與使用 完成後的電子電路必須配合週邊的機電元件, 將機電元件與電路板組裝於機殼上, 成為完整的電子裝置 機電元件種類很多, 組裝時有一定的裝配規則, 以避免元件長期使用後產生鬆脫現象或碰觸元件時發生觸電的情況 機電元件的種類很多, 無法完全加以介紹, 僅就較為重要的機電元件, 分別說明如下 : 喇叭 ( : ) 100 喇叭又稱為揚聲器, 喇叭的具有將電能轉換為聲能的功能, 喇叭的基本結構, 如圖 3-43(a) 所示, 聲音信號電流流經音圈感應相對磁場與內部永久磁鐵產生排斥或吸引的力量, 進而帶動紙盆振動, 壓縮空氣產生聲波的傳遞 喇叭的電路符號與外觀, 如圖 3-43(b) (c) 所示 如何辨別喇叭的好壞, 其測量步驟說明如下 : 將三用電表置於歐姆檔 1 位置, 如圖 3-44 所示 利用測試棒分別連接於喇叭兩端點測量其電阻值 若電阻值很小則表示線圈正常 若指針不動則表示聲音線圈開路, 喇叭損壞 將黑色測棒與喇叭一端固定連接, 紅色測棒與喇叭另一端點來回碰觸, 則喇叭會發出喀喀的聲音

103 第 3 章 電子元件認識與使用 (b) (c) (a) 圖 3-43 喇叭的基本結構 電路符號與外觀 圖 3-44 喇叭的測量 蜂鳴器 ( : ) 蜂鳴器的功能為當通以電流 ( 交流電或直流電 ) 時, 經由內部電磁感應, 造成蜂鳴器內部振動而發出響聲, 一般都做為提醒或警告之用 蜂鳴器的電路符號與外觀, 如圖 3-45 所示 圖 3-45 蜂鳴器的電路符號與外觀 101

104 基礎電子實習 電源開關 電源開關具有使交流電導通或截止的功能, 電路符號如圖 3-46(a) 所示, 電源開關的型態種類很多如槓桿開關 (lever switch) 又稱搖頭開關 蹺板開關 (rocker switch) 按鈕開關(push switch), 可依需要加以選用 有的同時附帶有電源指示燈, 用以指示通電或斷電狀態, 如圖 3-46(b) 所示 (a) (b) 圖 3-46 電源開關的電路符號與外觀 電源指示燈 ( ) 電源指示燈的功能為用以指示電源通電或斷電的狀態, 交流電源中大 多採用氖燈做為電源指示之用, 其電路符號與外觀, 如圖 3-47 所示 圖 3-47 電源指示燈的電路符號與外觀 旋轉開關 ( ) 旋轉開關又稱為波段開關, 旋轉開關的功能為用以同時切換多組開關 接點, 以改變電路信號的連接方式 單層的旋轉開關可依構造可分為 6 刀 102

105 第 3 章 電子元件認識與使用 雙擲 4 刀三擲 3 刀 4 擲等型態, 若需要增加接點的控制, 可選用雙層旋 轉開關 圖 3-48(a) 所示, 為 4 刀三擲旋轉開關的電路符號, 圖 3-48(b) 所 示, 為不同型式的旋轉開關 圖 3-48 旋轉開關的電路符號與外觀 保險絲與保險絲座 ( ) 保險絲的功能為預防電路過載或使用不當, 產生較大電流時, 保險絲會自動熔斷, 使電源斷路用以保護電路安全, 避免內部電路元件受損毀壞 保險絲座的目的為方便保險絲的更換 保險絲的電路符號與外觀, 如圖 3-49 所示 圖 3-49 保險絲的電路符號與外觀 繼電器 ( ) 繼電器具有以小電流控制接點的閉合, 進而控制大電流的啟閉的功能 繼電器的基本結構, 如圖 3-50(a) 所示, 線圈未通電時, 因銜鐵受到彈簧的拉力, 使得 NC( 常閉接點 ) 與 COM( 共同接點 ) 連接, 同時使 NO ( 常開接點 ) 與 COM 形成開路狀態 當線圈通以電流時, 產生磁力吸引銜鐵, 使得 NO( 常開接點 ) 與 COM( 共同接點 ) 連接, 使 NC( 常閉接點 ) 與 COM 形成開路狀態 如此就可利用電子電路控制繼電器線圈, 通以小量電流來控制開關閉合, 達到控制大電力目的 繼電器的電路符號與外觀, 如圖 3-50(b) (c) 所示 103

106 基礎電子實習 (a) 圖 3-50 (b) 繼電器的基本結構 電路符號與外觀 (c) 機電元件的組裝 電源開關的組裝 : 蹺板開關裝置於機殼時, 由外向內推入使上下兩端的卡榫與機殼密合即可, 如圖 3-51(a) 所示 搖頭開關裝置於機殼時, 其安裝程序, 如圖 3-51(b) 所示, 應使用手工具確時將螺帽鎖緊 (a) (b) 圖 3-51 電源開關的組裝 104

107 第 3 章 電子元件認識與使用 可變電阻與旋轉開關的組裝 : 可變電阻裝置於機殼時, 其安裝程序, 如圖 3-52 所示, 應使用手工 具確實將螺帽鎖緊, 接點側面應朝上以方便配線時焊接 圖 3-52 可變電阻與旋轉開關的組裝機殼 電源指示燈與按鈕開關的組裝 : 電源指示燈裝置於機殼時, 其安裝程序, 如圖 3-53 所示, 應使用手工具 確實將螺帽鎖緊 圖 3-53 電源指示燈與按鈕開關的組裝 保險絲座的組裝 : 保險絲座裝置於機殼, 其安裝程序, 如圖 3-54 所示, 應使用手工具 確實將螺帽鎖緊, 接點側面應朝上以方便配線時焊接 圖 3-54 保險絲座的組裝 105

108 基礎電子實習 實習材料 項次 品 名 規 格 數量 項次 品 名 規 格 數量 1 變壓器 110V/36V 0.3A 1 20 電阻器 2W 10 k 1 2 電晶體 2SC 電阻器 1/4W 電晶體 2SA 電阻器 1/4W 電晶體 2SC 電阻器 1/4W 電晶體 2SC 電阻器 1/4W 1 k 3 6 電晶體 2SA 電阻器 1/4W 2 k 2 7 電晶體 TIP 電阻器 1/4W 3.6 k 1 8 電晶體 TIP 電阻器 1/4W 5.1 k 4 9 二極體 1N 電阻器 1/4W 10 k 4 10 二極體 1N 電阻器 1/4W 15 k 1 11 發光二極體 紅 電阻器 1/4W 20 k 3 12 發光二極體 綠 電阻器 1/4W 33 k 2 13 發光二極體 黃 電阻器 1/4W 39 k 1 14 電解電容 220 F/63V 1 33 電阻器 1/4W 51 k 3 15 電解電容 470 F/25 V 1 34 電阻器 1/4W 82 k 3 16 莫士公座 3P1N 中間抽除 1 35 電阻器 1/4W 100 k 3 17 接線焊柱 PC 板用 電阻器 1/4W 270 k 1 18 跳線端點 單腳圓孔 6 37 電阻器 1/4W 1 M 1 19 萬用板 mm 1 38 各式電容器

109 第 3 章 電子元件認識與使用 實習項目與步驟 1 電阻識別的練習 依表 3-6 所示的色碼電阻, 判讀其電阻值及誤差 表 3-6 電阻的識別 測量電阻標示電阻值標示誤差測量電阻值測量誤差 依表取相同色碼的 1/4W 碳膜電阻, 以三用電表測量實際電阻阻值並計算實際誤差, 填入表內 2 電容識別的練習 取 10 只不同類型與規格的固定電容器將電容器的上的標示填入表 3-7 內 判讀電容器所標示的電容量 誤差 耐壓值和電容的類型填入表 3-7 內空格中 107

110 基礎電子實習 表 3-7 電容的識別 電容的標示電容量電容標示誤差電容的耐壓電容的種類 3 電容器的測量 分別取 220 F/63V 和 470 F/25V 的電解電容器 使用三用電表, 依據圖 3-12 所示, 測量電容器的漏電情形 兩只電容器在測量時, 何者會使三用電表指針偏轉速度較快? 4 二極體 P N 的測量 分別取編號為 1N4002 和 1N60 的二極體 將三用電表置於歐姆檔 10 的位置, 依據圖 3-29 所示, 分別判斷兩只 二極體的 P 極 N 極 當測量 1N4002 二極體使其在順向偏壓時, 三用電表的 LV 刻度指示的電 壓為 V, 請判定此二極體使用的半導體材料為 ( 矽或 鍺 ) 當測量 1N60 二極體使其在順向偏壓時, 三用電表的 LV 刻度指示的電壓 為 V, 請判定此二極體使用的半導體材料為 ( 矽或鍺 ) 108

111 第 3 章 電子元件認識與使用 5 發光二極體陽極 陰極的測量 分別取紅, 綠, 黃三種不同色光的發光二極體 將三用電表置於歐姆檔 10 的位置, 依據圖 3-32 所示, 分別判斷三只發光二極體的陽極 陰極 當測量紅色發光二極體使其在順向偏壓時, 三用電表的 LV 刻度指示的電壓為 V 當測量綠色發光二極體使其在順向偏壓時, 三用電表的 LV 刻度指示的電壓為 V 當測量黃色發光二極體使其在順向偏壓時, 三用電表的 LV 刻度指示的電壓為 V 6 電晶體型態與 B C E 接腳的測量 取表 3-8 所列編號的電晶體 依電晶體測量步驟, 測量表列電晶體的型態與 B C E 的接腳, 填入表內 表 3-8 電晶體型態與 B C E 接腳的測量 電晶體的編號 2SC9013 2SA9015 2SC1815 2SC1384 2SA684 TIP41 TIP42 電晶體的型態 電晶體的接腳 109

112 基礎電子實習 7 量測用電子電路 ( 丙級技術士試題 ) 圖 3-55 量測用電子電路圖 圖 3-55 虛線內所示, 為工業電子丙級檢定量測用的電子電路, 圖 3-56 所 示, 為電路的元件佈置圖 ( 元件面 ) 及佈線圖 ( 銅箔面 ), 請按圖將電 路焊接裝配於 125 mm 76 mm 點距為 5.08 mm 的萬用電路板上 圖 3-55 量測用電子電路圖, 其中的未知電阻與跳線情形, 可由教師指 定 : 未知電阻器阻值僅限於 0 1k 2k 5.1 k 10 k 20 k 33 k 51 k 82 k 及 100 k 十種 ; 跳接端可設定為短路 開路 ( 最 多一處 ), 或接上一個電阻器, 電阻器阻值與上述所列相同 R 2 = k,r 4 = k,r 8 = k, R 9 = k,r 12 = k J 1 =,J 2 =,J 3 = 將焊接好的電路板組裝在工業電子丙級技檢士的測試機台上, 或利用 0~36 V 的變壓器降壓後, 直接接於電路的交流輸入端 110

113 第 3 章 電子元件認識與使用 圖 3-56 元件佈置圖 ( 元件面 ) 及佈線圖 ( 銅箔面 ) 用三用電表進行教師指定之測量 : 交流電壓 :V = V V = V 直流電壓 :V = V V = V 支路電流 :I = ma I = ma 問題與討論 試說明電阻的功用 電阻的種類及電阻的單位? 試說明電容的功用 電容的種類及電容的單位? 試說明變壓器的功用及升降壓的原理? 試說明如何測量二極體的好壞? 111

114 基礎電子實習 試說明二極體的順向偏壓與逆向偏壓? 說明 N 型半導體與 P 型半導體的形成? 說明電晶體的型態 基本結構和電路符號? 說明如何判別 NPN 或 PNP 電晶體及電晶體的 E C B 接腳? 說明積體電路接腳的排列方式與其優點為何? 說明喇叭的基本原理及如何測量喇叭的好壞? 是非題 3-1 ( ) 下列何者為發光二極體的符號 (A) (B) (C) (D) ( ) 左圖 DIP IC 頂視圖, 第一支接腳位置在 (A)A 腳 (B)B 腳 (C)C 腳 (D)D 腳 ( ) 左圖符號為 (A) 電鈴 (B) 蜂鳴器 (C) 指示燈 (D) 油斷路器 ( ) 紅紅黑金紅的精密電阻值為 (A)22 ± 2% (B)22.0 ±2% (C)220 ± 2% (D)220.0 ±2% ( ) 五個色環的精密電阻器其誤差為 ± 1%, 應用何種顏色表示誤差 (A) 黑 (B) 棕 (C) 紅 (D) 橙 ( ) 下列英文何者代表光敏電阻 (A)CdS (B)LED (C)LCD (D)diode 112

115 第 3 章 電子元件認識與使用 ( ) 麥拉 (Myler) 電容器上標示 473 K 則其電容量為 (A)0.047 F (B)0.47 F (C)4.7 F (D)47 F ( ) 電容器的電容量單位為 (A) 電容 (B) 電壓 (C) 電流 (D) 法拉 ( ) 購買產品其電壓為 AC100V, 在國內使用時需裝置 (A) 抗流圈 (B) 調諧線圈 (C) 返馳變壓器 (D) 自耦變壓器 ( ) 檢波用二極體都使用何種材料製作 (A) 矽 (B) 砷 (C) 鍺 (D) 鎵 ( ) 音響裝置之音量控制用之可變電阻器一般都用 (A)A 型 (B)B 型 (C)C 型 (D)D 型 ( ) 大功率電晶體的包裝外殼大都為 (A)B 腳 (B)C 腳 (C)D 腳 (D)E 腳 ( ) 發光二極體 (LED) 導通時順向電壓降約為 (A)0.3 V (B)0.7 V (C)1.6 V (D)5 V ( ) 下列何者編號表示高頻用之 PNP 型電晶體 (A)2SA684 (B)2SB507 (C)2SC536 (D)2SD303 ( ) 繼電器有兩個輸出接點 N.C. 與 N.O. 各代表 (A) 常開與常開 (B) 常開與常閉 (C) 常閉與常閉 (D) 常閉與常開 接點 ( ) 一電阻器標示為 100 ±5%, 其電阻值最大可能為 (A)95 (B)100 (C)100.5 (D)105 ( ) 數位電器中, 常在每個 IC 的電源附近並接一個電容器作為抗 濾波干擾之用, 其數值約 (A)1 pf (B)10pF (C)0.1 F (D)1000 F ( ) 電阻值 10 k 的 k 是代表 (A)10 的 2 次方 (B)10 的 3 次方 (C)10 的 6 次方 (D)10 的 9 次方 ( ) 電容值 200 F 的 是代表 (A)10 的負 3 次方 (B)10 的負 6 次 方 (C)10 的負 9 次方 (D)10 的負 12 次方 ( ) 電感值 10 mh 的 m 是代表 (A)10 的負 3 次方 (B)10 的負 6 次 方 (C)10 的負 9 次方 (D)10 的負 12 次方 113

116 基礎電子實習 ( ) 裝置機電元件時, 何者最需使用熱縮套管 (A) 低壓用繼電器 (B) 電源變壓器 (C) 輸出測試端子 (D)LED 指示燈 ( ) 電子元件焊接時對於下列何者須考慮極性 : (A) 陶質電容器 (B) 電解電容器 (C) 薄膜電容器 (D) 雲母電容器 ( ) 安裝高功率電晶體時 (A) 需直接固定於印刷電路板上 (B) 需 以散熱器固定即可 (C) 需以散熱器鎖緊並塗以散熱油 (D) 需 與散熱器保持散熱距離 ( ) 在一般陶瓷電容器或積層電容器標示 104 K, 其電容量為 (A)1 (B)0.1 (C)0.01 (D)10.4 F ( ) 下列何種電阻器較適合使用於低雜音電路? (A) 碳質 (B) 金 屬皮膜 (C) 碳膜 (D) 線繞 ( ) 下列何者熱縮不用兩層熱縮套管 (A) 電源開關 (B) 保險絲座 (C) 電源指示燈 (D) 電源變壓器 114

117 第 4 章 麵包板的認識與使用 麵包板的認識與使用 麵包板是不需要經由焊接過程, 就可以將電路所使用的電子元件加以連接, 進而進行電路特性的量測, 以驗證電路的功能是否正常的實驗室工具 由於不需要焊接, 所以在元件裝配過程具有快速 易於更換零件的特性, 常使用於研究單位或學校教學實驗中 本章實習時數 : 6 小時 4-1 麵包板的認識與使用基本構造 瞭解麵包板的基本構造 能使用麵包板裝配實驗電路 4-2 電路的裝配規則與練習 技能活動學後評量 115

118 基礎電子實習 4-1 麵包板的基本構造 麵包板是不需要經由焊接過程, 就可以將電路中所使用的電子元件加以連接, 進而進行電路特性的量測, 以驗證電路的功能是否正常的實驗室工具 其連接電子元件的原理, 是利用特殊的夾子將所要連接的元件接腳夾著, 形成連接的狀態, 如圖 4-1 所示 麵包板就是將許多的夾子組合在一個平面上, 提供電路中各元件所需的連接 在使用上具有裝配速度快 容易更替元件的優點 但是也容易因使用不當, 造成連接點鬆脫, 產生接觸不良的缺點 麵包板的基本構造, 如圖 4-2 所示 圖中每一條線所代表的意義, 就是一個夾子所形成的連接點, 而可供元件連接的連接點, 基本上以連接 5 個電子元件接腳的連接點為主, 上下兩列每 25 個點相互連接, 可提供較多的元件接腳連接, 一般都將其規劃為電源與共同接地端的連接點使用, 因為電路中有較多的電子元 件需要連接到電源與共同接地端 圖 4-1 麵包板連接元件接腳的原理 麵包板所連接的電路, 通常為實驗性質的電路, 經驗證電路功能正常後, 可以經由印刷電路板的設計, 將電路元件焊接於印刷電路板上, 形成完整的電子成品 圖 4-2 麵包板的基本構造 116

119 第 4 章 麵包板的認識與使用 4-2 電路的裝配規則與練習 麵包板在使用上還是要依循一定的規則裝配電路, 如圖 4-3 所示, 如此可以減少裝配上的錯誤發生 當故障發生時, 容易除錯 損壞的元件容易替換, 同時為了減少破壞麵包板的機會, 造成接觸不良的情形發生 筆者建議麵包板裝配電路時, 應依循下列裝配原則, 必可減少前述的情況產生 圖 4-3 麵包板裝配規則示意圖 麵包板的裝配原則 單心線平貼於麵包板上, 與麵包板呈水平或垂直放置, 養成與使用萬用電路板焊接電路情形相同的習慣, 如此可增加日後電路佈線的能力 以紅色單心線連接電源或高電位, 黑色單心線連接地線或低電位, 如此可降低裝配錯誤, 提高電路除錯的能力 裝配使用的單心線可以互跨, 但不可以跨越元件, 如此可以較容易更換損壞的元件 元件可以跨越單心線, 但必須平貼於麵包板上, 放置時應成水平或垂直情形, 引線不可過長, 避免因引線過長相互碰觸, 導致不必要的短路情形發生 電晶體 發光二極體 功率電阻裝配時, 應距麵包板離 0.5cm 以利元件散熱 117

120 基礎電子實習 避免接腳較粗的元件直接插入麵包板, 如可變電阻 繼電器等元件, 應先以單心線焊接後, 再插入麵包板連接孔 如此可避免接腳較粗的元件強行插入, 導致麵包板內部夾子彈性疲乏鬆動, 造成連接時接觸不良的情形 裝配時, 要依據電路裝配 通常將正電源規劃於麵包板的上方較多的連接孔處 接地規劃於麵包板的下方較多的連接孔處 信號輸入端規劃於麵包板的左方 輸出端規劃於麵包板的右方 與電路圖繪製的情況一致, 較容易比對可以增加除錯的能力 麵包板上裝配完成的電路, 經測試完成後應立即拆除所有的元件及單心導線, 避免長期放置, 導致麵包板內部夾子彈性疲乏鬆動, 造成連接時接觸不良的情形 使用麵包板完成電路的裝配 如圖 4-4 所示為橋式整流濾波電路 如何將其裝配於麵包板上進行量測, 參考圖 4-5 所示裝配示意圖, 其操作過程如下 : 依據電路圖中所標示的節點 A, 將水平放置的整流二極體 D 1 的陽極 (A) 及整流二極體 D 4 的陰極 (K) 同時接於麵包板的 A 點 整流二極體 D 1 的陰極 (K) 接於麵包板的 C 點, 整流二極體的 D 4 陽極 (A) 接於麵包板的 D 點 依據電路圖中所標示的節點 B, 將整流二極體 D 2 的陽極 (A) 及整流二極體 D 3 的陰極 (K) 同時接於麵包板的 B 點 整流二極體 D 2 的陰極 (K) 接於麵包板的 C 點, 整流二極體 D 3 的陽極 (A) 接於接於麵包板的 D 點 麵包板所標示的 C 點, 以單心線 L 1 將上下兩連接點連接形成共點狀態 麵包板所標示的 D 點, 以單心線 L 2 將上下兩連接點連接形成共點狀態 將垂直放至於麵包板上的電阻 R 上端, 以單心線 L 3 連接麵包板所標示的 C 點形成共點狀 電阻 R 下端, 以單心線 L 4 連接麵包板所標示的 D 點形成共點狀 118

121 第 4 章 麵包板的認識與使用 圖 4-4 橋式整流濾波電路 圖 4-5 橋式整流濾波電路麵包板裝配示意圖 將垂直放至於麵包板上的電容 C 上端 ( 正極 ), 以單心線 L 5 連接麵包板所標示的 C 點形成共點狀 電容 C 下端, 以單心線 L 6 連接麵包板所標示的 D 點形成共點狀 ( 應注意電容的極性, 放置時不可以錯置, 否則會爆裂毀損 ) 以焊接的方式, 將變壓器次級線圈的兩個輸出端點, 分別以紅 黑兩條單心線連接後, 依圖示將紅色單心線連接於麵包板所標示的 A 點, 黑色單心線連接於麵包板所標示的 B 點 完成麵包板的電路裝配後, 再依據電路檢查是否有錯誤發生, 以確保電路能正常工作後, 連接交流電壓源 (AC 110V) 進行電路的量測工作 119

122 基礎電子實習 實習材料 項次品名規格數量項次品名規格數量 1 變壓器 110V/15V 0.5A 1 9 電容器 50V 0.1 F 1 2 積體電路 NE 可變電阻 500 k B 1 3 電晶體 28C 電阻器 1/4 W 整流二極體 1N 電阻器 1/4 W 2.2 k 1 5 發光二極體紅 電阻器 1/4 W 10 k 1 6 電容器 35V 470 F 1 14 電阻器 22 k 2 7 電容器 25V 4.7 F 1 15 電阻器 1/4 W 100 k 1 8 電容器 25V 22 F 2 16 實習項目與步驟 1 橋式整流濾波電路裝配練習 將圖 4-6 所示, 橋式整流濾波電路裝配於麵包板上 圖 4-6 橋式整流濾波電路 120 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確 ( 注意電容的極性 ), 可參閱圖 4-5 裝配示意圖, 接上 AC 110V 交流電壓 如圖 4-7 所示量測示意圖, 將三用電表置於 DCV 50V 檔, 測量橋式整流濾波電路的輸出端的直流電壓為 V

123 第 4 章 麵包板的認識與使用 圖 4-7 量測示意圖 2 NE555 無穩態多諧振盪電路 將圖 4-8 所示,NE555 無穩態多諧振盪電路裝配於麵包板上 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確 ( 注意電容的極性 ), 可參閱圖 4-9 裝配示意圖, 接上 DCV 5V 直流電壓 調整可變電阻器使發光二極體每秒鐘閃爍一次 圖 4-8 NE555 無穩態多諧振盪電路 圖 4-9 NE555 無穩態多諧振盪電路裝配示意圖 121

124 基礎電子實習 3 電子式 LED 閃爍燈 將圖 4-10 所示, 電子式 LED 閃爍燈電路裝配於麵包板上 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確 ( 注意電容的極性 ), 可參閱圖 4-11 裝配示意圖, 接上 DCV 9V 直流電壓 觀察紀錄發光二極體 (LED) 閃爍一次需要秒 圖 4-10 電子式 LED 閃爍燈 圖 4-11 電子式 LED 閃爍燈裝配示意圖 問題與討論 應如何避免在裝配電路時, 造成麵包板的損壞? 使用麵包板裝配電路時, 電源與接地應如何規劃? 122

125 第 5 章 繪圖與電路佈局 繪圖與電路佈局 繪圖與電路佈局是要訓練學生依據實驗的電子電路圖, 將電路圖轉化成元件佈置圖與佈線圖, 所須具備的基本電路佈線 (layout) 能力, 再依據元件佈置圖與佈線圖, 將電子元件裝配焊接於電路板, 完成一個電子成品 本章實習時數 : 12 小時 5-1 繪圖製規則與練習 能依據電路圖繪製元件佈置圖與佈線圖 瞭解電路佈局的要領 5-2 電路佈局規則與練習 技能活動學後評量 123

126 基礎電子實習 繪製元件佈置圖與佈線圖時, 一般都使用格距為 0.1 吋 (2.54 mm) 的半透明方格紙繪圖 ( 積體電路的單位接腳距離 ) 如圖 5-1 所示 在實習中所使用的萬用電路板其焊點之間的距離, 也是以此為基本單位, 如圖 5-2 所示 圖 5-1 繪圖用 0.1 吋方格紙 124 圖 5-2 實驗用萬用電路板

127 第 5 章 繪圖與電路佈局 5-1 圖繪製規則與練習 各種電子元件外觀的繪製 元件佈置圖是表示在電路板元件面上, 各電子元件的大小與相關位置的分佈圖 佈線圖是表示在電路板銅箔面上, 各電子元件接腳間的連接圖 所以在繪製元件佈置圖時, 都是以電子元件的頂視圖來繪製其外型圖 在繪圖過程中必須使用尺 規及電子元件模板 (1:1) 等用具繪製 同時要注意實際使用元件的尺寸大小, 且選用電子元件模板上不同的圖樣 繪圖時請使用繪圖鉛筆, 選用硬度為 B 0.3~0.5 mm 的筆芯, 且使用擦拭效果較佳的繪圖專用橡皮擦 圖 5-3 所示為常用電子元件的符號圖樣, 繪製元件佈置圖時, 應配合實際所使用的電子元件, 選用適當符號圖樣繪製元件 元件佈置圖與佈線圖繪製規則 參閱圖 5-4 所示為電晶體放大電路的元件佈置圖與佈線圖, 繪製時應遵循下列繪圖規則 : 元件佈置圖與佈線圖應分開繪製在半透明方格紙上元件佈置應平均分佈於電路板上, 其分佈面積不能小於電路板面 1/2 繪圖規則及符號表示應依 CNS 規定 繪圖應使用尺 規及元件模板 元件佈置圖所繪元件應為實際外形尺寸 ( 頂視圖 ), 誤差 ±1mm 元件佈置圖中之元件應與圖邊緣成水平或垂直, 相鄰元件間距應大於 1mm 各元件應標示元件接腳及代號 IC 除標示方向外, 必須再標示第一腳位置 ( 元件代號的標示, 請儘量標示於元件下方, 若無足夠空間可在接近元件四周標示 ) 元件佈置圖與佈線圖均須標示對準 + 字標記, 兩圖各相對之接點及焊點均應以 表示, 且均須對準 125

128 基礎電子實習 126 圖 5-3 所示為常用電子元件的符號圖樣

129 第 5 章 繪圖與電路佈局 圖 5-4 電晶體放大電路的元件佈置圖與佈線圖 127

130 基礎電子實習 佈線圖中之佈線應與圖邊緣成水平或垂直, 折角應 90 或 135 依據繪圖規則, 圖 5-5 所示的繪圖情形是在繪圖過程中, 較容易發生 錯誤的狀況, 應儘量避免發生 (a) 元件佈圖較易發生錯誤情形 (b) 佈線圖較易發生錯誤的情形 圖 5-5 繪圖容易發生錯誤的情形 元件佈置圖與佈線圖繪製練習 128 依據圖 5-6 所示為電源穩壓電路, 將其轉化成如圖 5-7 所示的元件佈置圖與佈線圖, 其繪製的步驟如下 : 準備繪圖鉛筆 橡皮擦 尺 電子元件模板 (1:1) 與繪圖板 若無繪圖板可以用一張 B4 純白光面西卡紙作墊板, 以免桌面髒污影響繪圖工作 將繪圖用半透明方格紙上下對摺, 對摺時應留意四角線條須完全重疊, 並於上半部繪元件佈置圖, 下半部繪佈線圖 依萬用電路板的尺寸大小, 在方格紙上半部 ( 元件面 ) 畫出萬用電路板外框, 並在外框內部的四個角落處, 以 + 符號標訂對準標記 注意

131 第 5 章 繪圖與電路佈局 標訂對準標記時 + 字點應落在方格線的交叉點上 並在方格紙下半 部 ( 銅箔面 ) 相對位置做相同的標示, 為佈線圖做好準備 圖 5-6 電源穩壓電路 審視上半部 ( 元件面 ) 的電路板外框圖, 初估大型元件 ( 如功率晶體含散熱片 IC 及大電容等 ) 擺設位置, 再依電路圖各元件之相關位置暨配線關係, 使用電子元件模板繪製元件圖樣 元件繪製時應留意佈線需要, 預留走線空間,IC 周邊線條較多, 其周圍應多留空位, 一般視 IC 引線之多寡至少都會預留 4 孔以上 ; 電阻及二極體下方為方便走線, 可採較長引線法標位, 例如 1/4 W 電阻採 6 孔或 7 孔, 二極體採 5 孔或 6 孔距離繪製焊點 注意元件的每一個焊點接腳處以空心圓 表示不要以 表示 焊點應落於方格線交叉點上, 每一個方格線交叉點都是電路板的銅箔圓點位置 元件應均勻分布在整個萬用電路板板上, 不可局限於一隅 依據電路圖標示, 依序標示元件面上的元件代號 (U 1 Q 1 D 1 C 1 R 1 ), 電晶體的接腳 (B C E), 積體電路的第一接腳位置, 電容的極性 (+), 發光二極體的陽極 (A), 其字體大小應要適中 一致 工整 129

132 基礎電子實習 130 圖 5-7 電源穩壓電路元件配置圖與佈線圖

133 第 5 章 繪圖與電路佈局 繪製佈線圖時應將方格紙對摺, 在對準定位孔後, 將已完成的元件面, 每一個元件焊點, 複製 ( 拷貝 ) 在銅箔面上, 每一個焊點接腳處以空心圓 表示, 焊點應落於方格線交叉點上 展開方格紙, 依電路圖各元件接線關係, 使用尺將相連接的焊點連結佈線, 完成佈線圖的繪製 將完成稿摺疊, 從元件面分別依各元件焊點之連接佈線及其極性 符號標示等順序逐一檢視, 看是否有缺漏或錯誤之情況 將圖面髒污處擦拭乾淨 5-2 電路佈局規則與練習 在電子實習的過程中, 依照電子電路圖, 將電子元件裝配及焊接於電路板上, 是非常重要的練習 在電路板上電子元件的放置, 是需要經過細密的規劃, 才能使電路在功能正常運作的前提下, 具有容易組裝 測試 調整, 排列整齊, 節省空間的機能 電路的佈局就是要詳細規劃電路中所使用的電子元件, 應如何放置在電路板上適當的位置 電路佈局規則 電路佈局前應視電路的複雜度, 使用元件數量的多少, 使用元件體積的大小, 評估所需佈局面積的大小, 選用適當大小的萬用電路板, 常用的萬用電路板有數種, 如圖 5-8 所示, 可依需要自行選用 筆者建議在電路佈局時, 若依循下列事項, 必可達到最佳化的元件佈局, 減少設計上的錯誤 依據電路圖, 將正電壓線路規劃於電路板正上方, 接地線路規劃於電路板正下方, 輸入端路規劃於電路板左側, 輸出端路規劃於電路板右側 佈局時, 先粗估大型元件及主動元件的放置位置 元件應平均且整齊分配在電路板上 相同元件其加工腳距要一致, 元件不要二次加工 131

134 基礎電子實習 消耗功率較大的元件, 要預留散熱空間或放置於電路板的外圍 可變電阻應放置於電路板的外圍, 且調整旋鈕朝外放置, 避免被其他元件阻擋 利用電阻及二極體下方走線, 減少跳線的使用 佈線時避免形成銳角, 電源與接地線不能形成封閉迴路 (a) mm 900 孔萬用電路板 點距 2.54 mm (b) mm 萬用電路板 點距 2.54 mm 圖 5-8 常用的萬用電路板 ( 續 ) 132

135 第 5 章 繪圖與電路佈局 (c) mm 萬用電路板 點距 2.54 mm 圖 5-8 常用的萬用電路板 ( 續 ) 電路佈局規則與練習 參考圖 5-6 電源穩壓電路, 將其轉化成如圖 5-9 所示為電路佈置圖, 其電路佈局的步驟如下 : 取得電路所需的電子元件, 瞭解元件的外觀與大小尺寸, 並決定使用的萬用電路板 備妥選用的萬用電路板, 比例為 1:1 元件面圓點圖作為電路佈局的草圖 判定所使用的電晶體 E C B 接腳的位置 選定電阻腳距為 6 個孔位, 二極體腳距為 5 個孔位, 以備銅箔面佈線之用 依據前述電路佈局原則, 先決定電源線 接地線及輸出 入端的位置 檢視電路圖由輸入端到輸出端元件的層數與電路板水平孔數, 約略加以平均作為元件間的水平間隔 垂直元件分佈一般以 2~4 層為主 視電路的複雜度決定 133

136 基礎電子實習 依據電路圖由輸入端開始, 在草圖上繪製元件外觀圖, 依序放置整流二極體 D 1 D 2 D 3 D 4, 電容 C 1 電阻 R 1 稽納二極體 D 5 電阻 R 2 電晶體 Q 1 電阻 R 3 R 4 電晶體 Q 2 電阻 R 5 電晶體 Q 3 Q 4 電阻 R 6 半可變電阻 SVR1 電阻 R 7 到達輸出端 完成元件面元件放置後, 應考慮元件是否均勻分配且不會互相碰觸 參考圖 5-9 所示 依據電路圖連接的方式, 將元件接腳加以連接佈線, 佈線應與電路板邊緣成水平或垂直, 折角應 90 或 135 佈線的過程中, 可以適度調整元件的擺置, 以利佈線的進行 若佈線受到阻隔時, 可以在元件面上加裝跳線來連接 ( 可適當調整元件位置, 就可以減少跳線的使用 ) 電路佈局需要經過數次的調整方可達到最佳化 圖 5-10 所示為較差的電路佈局, 必須經過調整方可達到如圖 5-9 所示的較佳化的電路佈局 依據佈局草圖以方格紙繪製元件佈置圖與佈線圖, 參考圖 5-7 所示 圖 5-9 較佳化的電路佈局 134

137 第 5 章 繪圖與電路佈局 圖 5-10 較差的電路佈局 135

138 基礎電子實習 實習材料 項次品名規格數量 1 半透明方格紙 A4 格距 2.54 mm 5 實習項目與步驟 1 繪圖練習 - 電晶體放大電路 如圖 5-11 所示為 OTL 電晶體放大電路, 圖 5-12 所示為其配置於 85 mm 85 mm( 點距 2.54 mm) 萬用電路板上的電路佈局草圖 依據圖 5-11 與圖 5-12, 以 1:1 的比例, 將元件佈置圖與佈線圖繪製在 A4 格距為 2.54 mm 的半透明方格紙上 ( 參閱圖 5-4) 圖 5-11 OTL 電晶體放大電路 136

139 第 5 章 繪圖與電路佈局 圖 5-12 電路佈局草圖 2 繪圖練習 - 電源穩壓電路 如圖 5-13 所示為電源穩壓電路, 圖 5-14 所示為其配置於 85 mm 85 mm ( 點距 2.54 mm) 萬用電路板上的電路佈局草圖 圖 5-13 電源穩壓電路 137

140 基礎電子實習 依據圖 5-13 與圖 5-14, 以 1:1 的比例, 將元件佈置圖與佈線圖繪製在 A4 格距為 2.54 mm 的半透明方格紙上 圖 5-14 電路佈局草圖 3 繪圖練習 如圖 5-15 所示為交通號誌紅綠燈電路, 圖 5-16 所示為其元件佈置圖, 圖 5-17 所示為其佈線圖 依據圖 5-15 圖 5-16 與圖 5-17, 以 1:1 的比例, 將元件佈置圖與佈線圖繪製在 A4 格距為 2.54 mm 的半透明方格紙上 138

141 第5章 繪圖與電路佈局 圖 5-15 交通號誌紅綠燈電路 139

142 基礎電子實習 圖 5-16 交通號誌紅綠燈電路元件佈置圖 140

143 第 5 章 繪圖與電路佈局 圖 5-17 交通號誌紅綠燈電路佈線圖 141

144 基礎電子實習 4 電路佈局練習 - NE555 無穩態多諧振盪電路 如圖 5-18 所示為 NE555 無穩態多諧振盪電路, 要將其裝配於 85 mm 85 mm 點距為 2.54 mm 的萬用電路板上 電路元件接腳距離規劃為 : 電阻腳距為 7 個孔距, 可變電阻腳距為 2 個孔距, 電容腳距為 1 個孔距 將你所認為的最佳化電路佈局, 繪製於圖 5-19 圖中 ( 繪製時以藍筆繪製元件外觀圖, 以紅筆繪製跳線, 以鉛筆繪製佈線圖 ) 圖 5-18 NE555 無穩態多諧振盪電路 圖 mm 85 mm 點距 2.54 mm 萬用電路板 ( 元件面 ) 142

145 第 5 章 繪圖與電路佈局 5 電路佈局練習 - 電子式 LED 閃爍燈 如圖 5-20 所示為電子式 LED 閃爍燈電路, 要將其裝配於 125 mm 76 mm 點距為 5.08 mm 的萬用電路板上 電路元件接腳距離規劃為 : 電阻腳距為 4 個孔距, 電晶體 LED 電容腳距為 1 個孔距 將你所認為的最佳化電路佈局, 繪製於圖 5-21 圖中 ( 繪製時以藍筆繪製元件外觀圖, 以紅筆繪製跳線, 以鉛筆繪製佈線圖 ) 圖 5-20 電子式 LED 閃爍燈電路 圖 mm 76 mm 點距 5.08 mm 萬用電路板 ( 元件面 ) 143

146 基礎電子實習 問題與討論 何謂元件佈置圖與佈線圖? 試簡述繪製元件佈置圖與佈線圖所應注意的事項? 試述最佳化的電路佈局應如何規劃? 144

147 第 5 章 繪圖與電路佈局 是非題 5-1 ( ) 我國國家標準所規定的投影圖, 是以第一角投影法為主 ( ) 輔助識圖主要用於表示物體內部的形狀 ( ) 製圖用紙所謂四開是指全開的四倍 ( ) 基本手工繪圖時, 畫同心圓應先畫大圓再畫小圓 ( ) 繪線路圖時, 輸入訊號大多繪在圖的右方 ( ) 電腦輔助印刷電路板設計完成後可產生元件位置圖 焊點圖 銅箔圖及鑽孔圖 ( ) 電路圖繪製大多不需按比例尺寸繪製 ( ) 電子電路圖主要用途是說明元件與元件間的連接關係 ( ) 設計印刷電路基板圖時, 對產生熱量之元件的間距及配置位置不需考慮 ( ) 繪圖應使用尺 規及元件模板或利用電腦繪圖軟體 ( ) 元件佈置圖中 IC, 除標示方向外, 必須再標示第一腳位置 ( ) 電路設計通常可分為電路圖繪製與印刷電路佈線圖兩部份 選擇題 ( ) 下列電阻器之標註何者為正確 (A)R 5 (B)5 R (C)R 5 (D)5 R ( ) 本國國家標準的簡稱是 (A)CNS (B)JIS (C)DIN (D)ISO ( ) 在 CNS 標準中, 繪圖之元件外型尺寸常採用 (A) 英制 (B) 公制 (C) 台制 (D) 德制 ( ) 常用 CMOS 系列 IC 之雙排包裝 (DIP) 的腳距為 (A)0.1 英吋 (B)0.2 英吋 (C)0.3 英吋 (D)0.4 英吋 145

148 基礎電子實習 ( ) 下列何者為發光二極體的符號 (A) (B) (C) (D) ( ) 下列何者不是應用於電子電機方面的繪圖軟體 (A)ORCAD (B)PCAD (C)WORD (D)PROTEL ( ) 我國國家標準 CNS 規定工業用圖紙, 以下何種為公制? (A)B (B)LETTER (C)LEGAL (D)A4 ( ) PCB 佈線 (Layout) 時, 下列那一種線之銅箔最寬最粗 (A) 位址線 (B) 資料線 (C)clock 線 (D) 電源線 ( ) 電腦輔助設計之英文縮寫是 (A)CAD (B)CAI (C)CAM (D)CAE 146

149 第 6 章 直流電源電路 直流電源電路 所有的電子裝置都需具備直流電源電路, 直流電源電 路是將電力公司所提供價廉的交流電壓轉變成穩定的直流電壓, 供給電子裝置所需要的能源, 以維持電路的運作 本章實習時數 : 12 小時 6-1 直流電源電路的結構 瞭解直流電源電路的基本結構與功能 瞭解整流電路的種類 工作原理與特性 瞭解濾波電路的種類 工作原理與特性 能裝配直流電源電路與特性量測 6-2 變壓器原理 6-3 整流電路原理與量測 6-4 濾波電路原理與量測 6-5 穩壓電路原理與量測 技能活動學後評量 147

150 基礎電子實習 6-1 直流電源電路的結構 如圖 6-1 所示, 為直流電源電路的基本結構, 其每個電路所具備的功能說明如下 : 變壓器 : 將市電 AC 110V 提升或降低到適當的交流電壓 整流電路 : 將交流電壓轉變成為脈動的直流電壓 濾波電路 : 將脈動的直流電壓轉化成平穩的直流電壓 穩壓電路 : 提供一個穩定的直流電壓源, 此直流電壓源將不會受市電變動或負載電流大小的影響 圖 6-1 直流電源電路的基本結構 6-2 變壓器原理 變壓器的基本結構, 如圖 6-2(b) 所示, 變壓器提升 ( 降低 ) 交流電壓的原理為 :AC 110V 的交流電壓經由一次線圈加入後, 產生變動電流流動, 使一次線圈產生磁通的變化 ( ), 經由矽鋼片的傳導到達二次線圈, 使得二次線圈因受到磁通變化的影響, 感應出相對的交流電壓輸出 148 變壓器的電路符號, 如圖 6-2(a) 所示,V 1 為一次線圈輸入的交流電壓,V 2 為二次線圈感應的交流電壓,N 1 為一次線圈的匝數,N 2 為二次線圈的匝數 其輸出交流電壓值 V 2 與輸入交流電壓值 V 1 的關係, 如公式 6-1 所示, 改變 N 1 與 N 2 的匝數比, 就可以改變 V 2 的輸出交流電壓值, 如此就可達到降壓的目的

151 第 6 章 直流電源電路 V 2 = N 2 = V 1 t N 1 t V 2 = N 2 V 1 t N 1 t V 2 V 1 = N 2 N 1 = N 2 N 1 V 1 公式 6-1 (a) 變壓器符號 圖 6-2 變壓器的電路符號與基本結構 (b) 變壓器結構 6-3 整流電路原理與量測 二極體具有單向導電的特性, 利用此特性將交流電壓轉變成脈動直流電壓的電路稱為整流電路 所使用的二極體因具有提供較大電流及耐壓的特性所以稱為整流二極體 整流電路的型態有半波整流 中間抽頭式全波整流及橋式全波整流三種, 分述如下 : 半波整流電路 如圖 6-3 所示, 為半波整流電路, 電路結構最為簡單, 只需要使用一個整流二極體, 但是整流效率較差 圖 6-3 半波整流電路 149

152 基礎電子實習 半波整電路工作原理 : 當變壓器輸出為交流正半週時, 二極體 D 順向導通, 可視為短路, 流經負載 R L 的電流方向為由上至下流動, 如圖 6-4(a) 所示 當變壓器輸出為交流負半週時, 二極體 D 逆向截止, 可視為開路, 沒有電流流經負載 R L, 如圖 6-4(b) 所示 由此可知, 不論交流電壓在正負半週交替變化時, 流經負載的電流方向, 只有在正半週時, 維持由上至下的單方向流動, 所以在負載兩端的電壓為單向正脈動直流電壓 其輸入與輸出波形的關係, 如圖 6-4(c) 所示 (a) 正半週輸入 (b) 負半週輸入 (c) 輸入與輸出波形關係 圖 6-4 半波整電路工作原理 中間抽頭式全波整流電路 150 如圖 6-5 所示, 為中間抽頭式全波整流電路, 電路結構需要使用中間 抽頭式變壓器及兩個整流二極體, 其整流效率較佳, 但是因為使用中間抽 頭式變壓器導致體積龐大 價格較高

153 第 6 章 直流電源電路 圖 6-5 中間抽頭式全波整流電路 中間抽頭式全波整電路工作原理 : 當變壓器輸出為交流正半週時, 二極體 D 1 順向導通, 可視為短路, 二極體 D 2 逆向截止, 可視為開路, 流經負載 R L 的電流方向由上至下流動, 如圖 6-6(a) 所示 當變壓器輸出為交流負半週時, 二極體 D 1 逆向截止, 可視為開路, 二極體 D 2 順向導通, 可視為短路, 流經負載 R L 的電流方向維持由上至下流動, 如圖 6-6(b) 所示 由此可知, 不論交流電壓在正負半週交替變化時, 流經負載的電流都維持由上至下的單方向流動, 所以在負載兩端的電壓為單向正脈動直流電壓 其輸入與輸出波形的關係, 如圖 6-6 (c) 所示 (a) 正半週輸入 (b) 負半週輸入 圖 6-6 中間抽頭式全波整電路工作原理 ( 續 ) 151

154 基礎電子實習 (c) 輸入與輸出波形關係 圖 6-6 中間抽頭式全波整電路工作原理 ( 續 ) 橋式全波整流電路 如圖 6-7 所示, 為橋式全波整流電路, 其電路結構需要使用四個整流二極體, 但卻不需要使用中間抽頭式變壓器 可改善中間抽頭式全波整流電路體積龐大 價格較高的缺點, 且維持全波流整的較佳效率, 是目前使用最為廣泛的整流電路 圖 6-7 橋式全波整流電路 152 橋式全波整電路工作原理 : 當變壓器輸出為交流正半週時, 二極體 D 1 二極體 D 3 順向導通, 可視為短路, 二極體 D 2 二極體 D 4 逆向截止, 可視為開路, 流經負載 R L 的電流方向由上至下流動, 如圖 6-8(a) 所示 當變壓器輸出為交流負半週時, 二極體 D 1 二極體 D 3 逆向截止, 可視為開路, 二極體 D 2 二極體 D 4 順

155 第 6 章 直流電源電路 向導通, 可視為短路, 流經負載 R L 的電流方向維持由上至下流動, 如圖 6-8(b) 所示 由此可知, 不論交流電壓在正負半週交替變化時, 流經負載的電流都維持由上至下的單方向流動, 所以在負載兩端的電壓為單向正脈動直流電壓 其輸入與輸出波形的關係, 如圖 6-8(c) 所示 (a) 正半週輸入 (b) 負半週輸入 (c) 輸入與輸出波形關係 圖 6-8 橋式全波整電路工作原理 153

156 基礎電子實習 橋式全波整電路是目前最為廣泛使用的整流電路, 製造廠商會將四個整流二極體包裝在一起製造, 形成一個單獨的電子元件稱為橋式整流器 依據不同的電流容量及耐壓, 而有不同的包裝型式, 其外觀如圖 6-9(a) 所示 圖 6-9(b) 所示為橋式整流器的等效電路 圖 6-9(c) 所示為橋式整流器的另一種電路符號的表示方式 (a) 橋式整流器外觀圖 (b) 橋式整流器等效電路 (c) 橋式整流器另一種表示方式 圖 6-9 橋式整流器 6-4 濾波電路原理與量測 整流後的脈動直流電壓是一個不穩定的直流電壓, 分析脈動直流電壓的成份, 可將其視為由一個純直流電壓與一個交流電壓相加組合而成的電壓型態, 如圖 6-10 所示 此交流電壓稱為漣波電壓, 以 V r 來表示 若以脈動直流電壓作為電路的電源時, 漣波電壓會對大多數的電子電路產生極大不良的影響 可經由濾波電路將脈動直流電壓轉換成較平穩的直流電壓, 以提供電子電路使用 154

157 第 6 章 直流電源電路 圖 6-10 脈動直流電壓的分析 濾波電路具有將脈動直流電壓轉換成較平穩的直流電壓的功能 實際 使用上, 任何濾波電路都無法得到絕對平穩的直流電壓, 必定含有微量的 漣波電壓 漣波電壓愈小, 則電壓愈穩定, 濾波電路的性能愈佳 對於濾 波電路性能的比較, 可藉由漣波因數來加以衡量 漣波因數的定義為 : 性愈佳 r = 漣波因數 = 漣波電壓的有效值直流電壓 = V r rms V DC 漣波因數愈小, 表示濾波電路輸出的直流電壓愈平穩, 濾波電路的特 電容濾波器的原理 電容濾波器是最簡單且廣泛被使用的濾波電路, 如圖 6-11 所示, 是利 用電容器具有儲存電荷的特性, 在整流電路的輸出端並上一個電容器, 就 形成了電容濾波電路, 此電容稱為濾波電容 公式 6-2 圖 6-11 電容濾波器 155

158 基礎電子實習 當輸入交流電壓為正半週時, 電壓由 0V 上升至正峰值電壓 (V P ) 時, 二極體 D 順向導通, 順向電阻很小, 對濾波電容 (C) 很快的充電到達峰值電壓, 此時濾波電容兩端電壓 (V C ),V C = V P, 當輸入電壓由正峰值電壓往下降時, 由於濾波電容兩端電壓 (V C ) 為峰值電壓, 高於輸入電壓, 使二極體 D 形成逆向截止, 濾波電容對負載電阻 (R L ) 放電, 由於負載電阻阻值較大, 放電較緩慢, 濾波電容電壓緩慢下降 如圖 6-12 所示, 為電容濾波電路充放電的波形 當輸入交流電壓為負半週時, 二極體 D 逆向截止, 濾波電容對負載電阻 (R L ) 持續緩慢放電 若輸入電壓再回到正半週時, 當輸入電壓再由 0V 上升且未超過濾波電容電壓, 此時二極體仍呈逆向截止狀態, 濾波電容對負載電阻 (R L ) 持續緩慢放電 當輸入電壓超過濾波電容電壓時, 二極體 D 順向導通, 又對濾波電容很快的又充電到達峰值電壓 如此週而復始, 濾波電容兩端電壓會維持一相當平穩的電壓值, 如圖 6-12 中 V C 的波形, 可視為平穩的直流電壓 若使用的濾波電容, 電容量愈大則放電速度愈慢, 濾波效果愈好, 漣波電壓也愈小 所以在使用上一般使用電容量 1000 F 以上的電容器作為濾波電容器 圖 6-12 電容濾波電路充放電的波形 電容濾波器的量測 156 電容濾波器的量測步驟 : 將半波整流電路裝配於麵包板上, 接上 ACV 15V, 在輸出端接上示波器

159 第 6 章 直流電源電路 用以觀測輸出波形 如圖 6-13(a) 所示 將濾波電容取下, 即可觀測半波整流後的波形 ( 示波器輸入耦合切換開關置於 DC 位置 ), 其波形如圖 6-13(b) 所示 將濾波電容接上 即可觀測濾波後的波形 ( 示波器輸入耦合切換開關置於 DC 位置 ), 其波形如圖 6-13(c) 所示 觀測漣波電壓的大小, 將示波器輸入耦合切換開關置於 AC 位置, 用以隔離直流電壓, 並調整垂直衰減的選擇開關 ( 降檔 ) 使能看到漣波電壓, 如圖 6-13(d) 所示, 並計算其有效電壓值 V r rms 使用電壓表測量輸出端的直流電壓 V DC 將測得的漣波電壓 V r rms 除以直流電壓 V DC, 即為濾波電路的漣波因數 r (a) 量測示意圖 (b) 半波整流後的波形 (c) 濾波後的波形 (d) 漣波電壓的測量 圖 6-13 電容濾波器的量測步驟 157

160 基礎電子實習 6-5 穩壓電路原理與量測 穩壓電路的功能是為提供一個穩定的直流電壓源, 此直流電壓源將不會受市電變動或負載電流大小的影響, 同時也可降低漣波電壓的成份 稽納二極體穩壓電路原理 如圖 6-14 所示, 為稽納二極體的結構 電路符號及特性曲線, 稽納二極體的結構與一般二極體完全一樣, 只是將摻雜濃度比提升到約為 10 5 : 1 當稽納二極體兩端加上順向偏壓時, 其特性與一般二極體相同 當稽納二極體兩端加上逆向向偏壓時, 只要較低的逆向偏壓即可使稽納二極體崩潰, 此崩潰電壓稱為 V Z 此時逆向飽和電流會大量增加, 只要逆向飽和電流維持在最小值 I ZK 與最大值 I ZM 之間, 稽納二極體兩端就會維持在固定的 V Z 電壓 稽納二極體的參雜濃度愈高, 則崩潰電壓愈低 稽納二極體一般都工作於逆向偏壓中 圖 6-14 稽納二極體的電路符號及特性曲線 圖 6-15 所示為稽納穩壓電路, 當輸入電壓 V i 變動時, 只要稽納二極體兩端所加的逆向偏壓大於崩潰電壓 V Z 時, 稽納二極體就會崩潰, 使輸出電壓維持在固定的 V Z 電壓, 進而達到穩壓的功能 圖 6-15 稽納穩壓電路 158

161 第 6 章 直流電源電路 串聯式穩壓電路原理 如圖 6-16 所示, 為串聯式穩壓電路的基本結構, 其結構功能說明如下 : 圖 6-16 穩壓電路的基本結構圖 主控電晶體 : 主控電晶體與負載串聯形成分壓作用 當輸出電壓受到外界影響而降低時, 主控電晶體受誤差比較放大器控制, 使主控電晶體兩端壓降減少, 進而促使輸出電壓提升, 兩者相互平衡而使輸出穩定 ; 當輸出電壓受到外界影響而上升時, 主控電晶體受誤差比較放大器控制, 使主控電晶體兩端壓降增加, 進而促使輸出電壓降低, 兩者相互平衡而使輸出穩定 取樣分壓網路 : 取得輸出電壓的變化, 饋送到誤差比較放大器與穩定的參考電壓比較, 進而控制主控電晶體兩端壓降的大小 誤差比較放大器 : 由取樣分壓網路取得輸出電壓的變化與穩定的參考電壓進行比較, 將兩者之間微小誤差電壓放大, 進而控制主控電晶體的兩端電壓降, 將輸出電壓的變化抵消, 使輸出電壓達到穩定的目地 參考電壓 : 係利用稽納二極體於逆向偏壓時, 因其元件的特性產生崩潰效應, 使得在其元件兩端會得到一個穩定的崩潰電壓 (V Z ), 以此穩定的電壓作為參考的基準電壓 圖 6-17 所示, 為丙級技術士試題 - 音樂盒電路中的穩壓電路 在電路中電阻 R 1 與稽納二極體 D 5 組成參考電壓電路 電晶體 Q 1 Q 2 組成差動放大型態的誤差比較放大電路 電阻 R 6 半可變電阻 SVR 1 與電阻 R 7 串聯 159

162 基礎電子實習 後, 與輸出端並接, 形成取樣分壓網路, 利用分壓定則取出輸出變動的誤差信號電壓 電晶體 Q 4 為驅動電晶體, 將取樣的誤差信號放大, 提供較大的誤差信號來驅動主控電晶體 Q 3 為主控電晶體, 一般都選用可承受較大電流, 提供負載較大功率的功率晶體 圖 6-17 穩壓電路原理分析圖 如圖 6-17 所示穩壓電路, 其電路工作原理說明如下 : 當輸出電壓受到外界影響而上升時 : V O V B2 V BE2 I C2 I B4 I C4 I B3 V CE3 V O 抵消平衡當輸出電壓受到外界影響而下降時 : V O V B2 V BE2 I C2 I B4 I C4 I B3 V CE3 V O 抵消平衡 160

163 第 6 章 直流電源電路 穩壓電路靜態電壓分析 圖 6-18 所標示為穩壓電路各點靜態電壓計算值, 可做為實作電路檢修 時, 參考判斷故障的依據, 若調整 SVR 1 使輸出電壓為 12V 時, 其各點電 壓計算過程如下 : V B1 = V Z = 5.6V V E1 = V E2 = V B1 V BE1 = 5.6V 0.7V = 4.9V V B2 = V E2 + V BE2 = 4.9V + 0.7V = 5.6V I E = V E1 = 4.9V R I C1 = I C2 = I E 2 = ma = 5.21 ma V C1 = 21V I C1 R 2 = 13.3V V C2 = V B4 = V O + V BE3 = 12V + 0.7V = 12.7V V B3 = V C4 = 21V V BE3 = 21V 0.7V = 20.3V 調整 SVR 1 可變電阻時, 可改變輸出電壓的大小, 可經由計算而得其 調整範圍, 計算過程為 : 當 SVR 1 調到最低時, 即圖中所示 B 點位置, 此時穩壓電路有最大輸出 電壓值 V MAX = V B2 R 6 + SVR 1 + R 7 = 5.6V = 14.6V R 7 3.3k + 2k + 3.3k 3.3k 當 SVR 1 調到最高時, 即圖中所示 A 點位置, 此時穩壓電路有最小輸出 電壓值 V MIN = V B2 R 6 + SVR 1 + R 7 SVR 1 + R 7 3.3k + 2k + 3.3k = 5.6V 2k + 3.3k = 9.09V 本電路電壓的調整範圍為 9.09V~14.6V 之間 161

164 基礎電子實習 圖 6-18 穩壓電路各點的靜態電壓值 162

165 第 6 章 直流電源電路 實習材料 項次 品名 規格 數量 項次 品名 規格 數量 1 變壓器 110V/15 V 0.5 A 1 9 電阻器 1W 1 k 1 2 電晶體 2SA 電阻器 1/4W 電晶體 2SC 電阻器 1/4W 1 k 1 4 整流二極體 1N 電阻器 1/4W 1.5 k 2 5 稽納二極體 5.6V 1 13 電阻器 1/4W 2.7 k 1 6 電容器 35V 1000 F 1 14 電阻器 1/4W 3.3 k 2 7 電容器 35V 470 F 1 15 萬用電路板 mm 1 8 半可變電阻 2k 1 實習項目與步驟 1 半波整流電路 圖 6-19 半波整流電路 將圖 6-19 所示, 半波整流電路裝配於麵包板上 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確, 可參閱圖 6-20 裝配及量測示意 圖 接上 AV 110V 交流電壓 163

166 基礎電子實習 圖 6-20 裝配及量測示意圖 將三用電表置於 DCV 10V 檔, 測量半波整流電路輸出端直流的電壓為 V 將示波器的 CH1 接於電路的輸入端與 CH2 接於電路的輸出端 以示波器同時觀察輸入的交流電壓 CH1 與輸出的整流波形 CH2, 並記錄於右圖中 2 橋式整流電路 圖 6-21 橋式整流電路 164 將圖 6-21 所示, 橋式整流電路裝配於麵包板上 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確, 可參閱圖 6-22 裝配及量測示意 圖 接上 AV 110V 交流電壓

167 第 6 章 直流電源電路 圖 6-22 裝配及量測示意圖 將三用電表置於 DCV 50V 檔, 測量橋式整流電路的輸出端直流的電壓為 V 比較半波整流電路與橋式整流電路的輸出直流電壓值的差異 以示波器 CH1 觀察輸出的整流波形, 並記錄於右圖中 3 電容濾波電路 圖 6-23 電容濾波電路 將圖 6-23 所示, 電容濾波電路裝配於麵包板上 165

168 基礎電子實習 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確,( 注意電容的極性 ) 可參閱圖 6-24 裝配及量測示意圖 接上 AV 110V 交流電壓 圖 6-24 裝配及量測示意圖 將三用電表置於 DCV 50V 檔, 測量電容濾波電路的輸出端直流的電壓為 V 以示波器觀察輸出端漣波電壓的波形, 並記錄於下圖中 計算此電容濾波電路的漣波因數 r = 4 穩壓電路 ( 丙級技術士試題 - 音樂盒 ) 將圖 6-25 所示, 穩壓電路焊接裝配 85 mm 85 mm 萬用板上 完成裝配之後, 請檢查電路是否正確,( 注意電容的極性 ), 可參閱圖 6-26 電路佈局圖 接上 AV 110V 交流電壓 調整半可變電阻 SVR 1 觀察其輸出端電壓最大值為 V, 最小值為 V 調整半可變電阻 SVR 1 使輸出端電壓為 12 V 166

169 第 6 章 直流電源電路 圖 6-25 穩壓電路 圖 6-26 電路佈局圖 問題與討論 試述直流電源電路的基本結構? 試述整流電路的功能及電路的型態? 濾波電路的功能為何? 漣波因數的定義為何? 串聯式穩壓電路的基本原理為何? 167

170 基礎電子實習 選擇題 6-1 ( ) 中心抽頭式全波整流電路中, 每個二極體之逆向峰值電壓 (PIV), 至少應為峰值電壓的 (A)1 (B)2 (C)3 (D)4 倍 ( ) 變壓器鐵芯使用疊成薄矽鋼片, 其目的在於減少 (A) 銅損失 (B) 機械損失 (C) 磁滯損失 (D) 渦流損失 ( ) 台灣地區之電源, 其週期為 (A)60 秒 (B)1/60 秒 (C)50 秒 (D)1/50 秒 ( ) 如下圖所用之電解電容器 C 其耐壓最小要多少伏特以上? (A)6 V (B)10 V (C)16 V (D)25 V ( ) 如下圖電路為 (A) 倍壓整流電路 (B) 截波電路 (C) 檢波電路 (D) 濾波電路 ( ) 如下圖倍壓整流電路應為多少倍 (A) 二倍 (B) 三倍 (C) 四倍 (D) 六倍 168 ( ) 全波整流電路中, 每只二極體的最大電流為 10 A, 各串聯一只 0.1 電阻的目的, 依下列敘述何者錯誤 (A) 限流 (B) 平衡兩個二極體所通過的電流 (C) 平衡兩個二極體所消耗的功率 (D) 兩個二極體獲得熱平衡

171 第 6 章 直流電源電路 ( ) 橋式整流的漣波頻率為電源頻率的 (A)2 倍 (B)3 倍 (C)4 倍 (D)1 倍 ( ) 下列整流電路, 何者可得全波整流輸出 (A)A 與 B (B)B 與 C (C)C 與 D (D)A 與 D A B C D ( ) 半波整流電路, 若輸入為正弦波 120 伏特有效值, 負載為純電 阻, 則輸出 V DC 為 (A)54 伏特 (B)70 伏特 (C)108 伏特 (D)162 伏特 ( ) 橋式整流電路中的二極體 PIV 值為峰值電壓的 (A)0.5 倍 (B)1 倍 (C)2 倍 (D)4 倍 ( ) 一直流電源供應器, 無載時輸出電壓為 30 V, 滿載時輸出電壓 為 25 V, 則電壓調整率為 (A)16.6% (B)20% (C)60% (D)83.3% ( ) 把直流電力變成交流電力的裝置為 (A) 整流器 (B) 倍壓器 (C) 濾波器 (D) 變流器 ( ) 半波整流電中 ( 含一個二極體及電容 ) 二極體之最大反向電壓 約為電源峰值的 (A)1 倍 (B)1.414 倍 (C)2 倍 (D)3 倍 ( ) 有一電源電路之輸出端, 利用直流電壓表測得 25V, 利用交流電壓表串聯一電容器測得 2.5 V, 則其漣波百分比 (r %) 為 (A)1% (B)10% (C)9% (D)90% ( ) 直流電源的頻率為 (A) Hz (B)0 Hz (C)50 Hz (D)100 Hz ( ) 電度的單位為 (A) 瓩時 (B) 安培 (C) 伏特 (D) 瓦特 169

172 基礎電子實習 ( ) 若裝置一電源電路, 輸出使用穩壓 IC 編號 7815, 欲測量輸出 電壓時三用電表應置於何檔 (A)DC12V (B)AC12V (C)DC30V (D)AC30V ( ) 電源濾波用電解電容器會爆炸之原因為 (A) 電源變壓器短路 (B) 電解電容器極性接反 (C) 電源頻率不對 (D) 電解電容器耐 壓太高 ( ) 目前台灣超高壓電力系統最高電壓為多少? (A)1.1 kv (B)2.5 kv (C)161 kv (D)345 kv 170

173 第 7 章 電晶體的認識與使用 電晶體的認識與使用 電晶體的發明, 造就了今日的電子工業, 由此可見電晶體的重要性 本章除了針對電晶體的結構 符號與各項特性做說明之外, 也對於電晶體幾個常用的放大電路, 作詳細的分析 期待學完本章之後, 對電晶體能有一個完整又清晰的概念 本章實習時數 : 12 小時 7-1 電晶體的結構與符號 認識電晶體的結構與符號 瞭解電晶體的基本特性 瞭解電晶體的工作特性 能正確使用電晶體完成電路功能 培養電晶體電路測試與檢修能力 7-2 電晶體的基本特性 7-3 電晶體的工作特性 7-4 電晶體的特性資料 7-5 電晶體放大電路 7-6 電晶體開關電路 技能活動學後評量 171

174 基礎電子實習 7-1 電晶體的結構與符號 電晶體共有三端點 兩接面, 其中三端點分別為射極 (emitter, 簡稱 E) 基極(base, 簡稱 B) 與集極 (collector, 簡稱 C), 兩接面分別為基 - 射極接面 (B-E 接面 ) 和基 - 集極接面 (B-C 接面 ), 所以電晶體又稱為三極體或雙接合面電晶體 (bipolar junction transistor, 簡稱 BJT) 因組合的半導體材料不同, 共分 NPN 與 PNP 兩大類, 以 NPN 電晶體為例 : 在 E B C 三極中, 射極負責發射電子, 集極負責收集電子, 至於基極則是控制流過電流大小的端子, 其結構與符號如圖 7-1 所示, 圖中有箭頭的接腳為射極, 再以箭頭方向表示電晶體的類型, 箭頭朝外為 NPN, 箭頭朝內為 PNP (a)npn (b)pnp 圖 7-1 電晶體的結構與符號 在 NPN 電晶體中,N 代表 N 型半導體, 亦即加入五價元素 ( 銻 Sb 砷 As 磷 P) 的半導體 P 則代表 P 型半導體, 亦即加入三價元素 ( 硼 B 鎵 Ga 銦 In) 的半導體 在 NPN 電晶體中, 射極為 N 型半導體, 所以其傳送電流的多數載子為電子, 少數載子則為電洞 在 PNP 電晶體中, 射極 172

175 第 7 章 電晶體的認識與使用 為 P 型半導體, 所以其傳送電流的多數載子為電洞, 少數載子則為電子 因為電子活動力較佳, 所以 NPN 電晶體的轉換速度較 PNP 電晶體快 7-2 電晶體的基本特性 如圖 7-2 所示, 為電晶體各接腳流動電流的方向及名稱, 根據克希荷 夫電流定律, 可得電晶體各接腳電流的關係為 : I E = I B + I C 依據 I C 與 I E 的關係和 I C 與 I B 的關係, 可定義出與兩個參數如下 : 與 = I C I E ( 共基極電流增益,hfb) = I C ( 共射極電流增益 hfe 或稱順向電流增益 ) I B 互換公式 = 1+, = 1 公式 7-1 (a) NPN 圖 7-2 (b) PNP 電晶體各接腳電流的方向及名稱 7-3 電晶體的工作特性 電晶體的工作區域依兩接面所加的電壓不同, 可分為三個工作區域, 如表 7-1 所示 173

176 基礎電子實習 表 7-1 電晶體的工作特性 工作區域飽和區動作區截止區 B-E 接面順向偏壓順向偏壓逆向偏壓 B-C 接面順向偏壓逆向偏壓逆向偏壓 NPN 偏壓接線圖 PNP 偏壓接線圖 在飽和區 (saturation region) 電晶體可視為短路 (V CE = 0.2 V), 在截止區 (cutoff region) 電晶體可以視為開路 (V CE = V CC ), 這兩區域的動作類似於開關的 ON 與 OFF, 所以這兩區域的工作方式, 常應用在需要開關動作的電路中 在動作區 (active region) 電晶體可以完成小信號的線性放大, 至於放大倍數可依據實際需求設計 為了讓電晶體能完成小信號的線性放大, 必須提供電晶體接面適當的直流電壓, 這時所加的電壓稱為偏壓 (bias) 加了偏壓之後, 電晶體就可以開始工作, 而這電晶體因偏壓所得到的工作位置, 稱為工作點 ( 即 Q 點 ) 因為輸入信號變化時, 會造成電晶體工作點的位移, 連接這些位移點, 可畫出一條直線, 這條直線稱為負載線 綜上所述, 正確的偏壓, 可讓電晶體工作在正確的工作點, 而外加的輸入信號, 會透過這條負載線轉移至輸出 為完成所謂的線性放大, 一般會將電晶體的工作點, 設計在電晶體特性曲線的中心 如圖 7-3 所示, 為不同位置的工作點所造成的不同輸出情形 174

177 第 7 章 電晶體的認識與使用 (a) 正確的工作點 (b) 上移的工作點 (c) 下移的工作點 圖 7-3 電晶體特性曲線上的工作點 175

178 基礎電子實習 7-4 電晶體的特性資料 在使用電晶體之前, 查閱電晶體的特性資料是非常重要的 因為不同 編號的電晶體, 有時其各項特性會有很大的差異, 有時同一個編號的電晶 體, 因為不同的 值, 也會造成放大器不同的輸出情形, 有時不同編號的 電晶體, 是可以代用的 所以讀者在使用電晶體之前, 應先了解電晶體的 特性資料, 才不致有誤用的情形 如表 7-2 為 2SC1815 的最大額定值及電器特性資料, 圖 7-4 為 2SC1815 的輸入與輸出特性曲線 表 7-2 為 2SC1815 的最大額定值及電器特性資料最大額定值 (Maximum Ratings, T a = 25 C) 特性 Characteristics 符號 Symbol 工作電壓 Rating 單位 Unit Collector-base voltage V 60 V Collector-emitter voltage V 50 V Emitter-base voltage V 5 V Collector current I C 150 ma Base current I B 50 ma Collector power dissipation P C 400 mw Junction temperature T j 125 C Storage temperature range T 55~125 C 電氣特性 (Electrical Characteristics, T a =25 C) 符號最小值標準值最大值單位特性 Characteristics 測試條件 Test Condition symbol Min Typ. Max Uint Collector cut-off current I V CB =60V,I E = A Emitter cut-off current I V EB =5V,I C = A DC current gain h FE 1 V CE =6V,I C =2mA h FE 2 V CE =6V,I C =150mA Collector-emitter V CE sat I C =100mA,I B =10mA Saturation voltage Base-emitter VBE sat I C =100mA,I B =10mA V Transition frequency f T V CE =10V,I C =1mA MHz 176

179 第 7 章 電晶體的認識與使用 (a) 輸入特性曲線 (b) 輸出特性曲線 圖 7-4 2SC1815 的輸入與輸出特性曲線 7-5 電晶體放大電路 電晶體放大電路依電路的組合方式不同, 可分為共射極放大 共集極 放大 共基極放大三種 如表 7-3 所示, 為這三種放大電路的電路組合 特性的差異與用途 177

180 基礎電子實習 表 7-3 三種放大電路的電路組合 特性的差異與用途 電路特性 電路組態 共射極放大電路 (CE) 共集極放大電路 (CC) 共基極放大電路 (CB) NPN 電路組合 PNP 電路組合 輸入端 V i 基極 基極 射極 輸出端 V o 集極 射極 集極 共用端 COM 射極 集極 基極 輸入阻抗 R i 中 (. r e ) 高 (.R E ) 低 (r e ) 電流增益 A i 大 ( ) 大 (1 + ) 略小於 1( ) 電壓增益 A v 大 ( R C / r e ) 略小於 1(R E /(R E + r e )) 大 (R C / r e ) 輸出阻抗 R o 高 (R C ) 低 ( r e ) 高 ( R C ) 功率增益 A p 最大 大 大 輸出入信號相位關係 反相 (180 ) 同相 (0 ) 同相 (0 ) 電路用途電壓與電流放大電流放大與阻抗匹配電壓放大與阻抗匹配 備註 :r e = 26mV I E 178

181 第 7 章 電晶體的認識與使用 共射極放大電路 如圖 7-5 所示, 為常用的共射極放大電路, 該電路所採的偏壓方式為分壓式偏壓法, 此種偏壓方式所得到的工作點與的變化無關, 所以是目前應用最廣泛的偏壓電路 以下即為本電路的各項特性參數分析 : 圖 7-5 共射極放大電路 直流工作點分析 ( 求工作點 ) 速解條件判斷 :R E (1+ ) > 10 (R B1 // R B2 ) 成立 V B = V CC R B 2 =12 5.1k = 1.9 (V) R B1 + R B2 27k + 5.1k V E = V B V BE = 1.9 V 0.6 = 1.3 (V) I E = 1.3 1k = 1.3 m(a) = 1+ = = 0.99 I C = I E = m m(a) 依據克希荷夫電壓定律 (KVL) 得輸出迴路方程式 V CC = I C R C + V CE + I E R E 所以 V CE = V CC I C R C I E R E = m 4.7 k 1.3m 1k = = 4.66 (V) 179

182 基礎電子實習 工作點 :I C = ma,v CE = 4.66 V 當晶體 = 200 時, = I C = I E = m 1.29 m(a) V CE = = 4.64 (V) 比較以上的計算結果可以得知, 此種偏壓方式可使得的變化對工作點的影響很小 交流小信號特性分析步驟 1: 將電容器視為短路 ( 原因 : 電容器對於交流信號阻抗很小 ), 如圖 7-6 (a) 步驟 2: 電壓源視為短路 ( 原因 : 在做交流分析時, 可根據重疊定理可將其餘電壓源視為短路 ), 如圖 7-6 (b) 步驟 3: 畫出電晶體的交流小信號電路, 如圖 7-6(c) 所示, 注意圖中交流部分的各項參數均以小寫英文表示 (a) (b) 180 圖 7-6 (c) 共射極交流小信號電路

183 第 7 章 電晶體的認識與使用 步驟 4: 利用直流分析中所得的射極電流 I E, 可求出以下參數 射極交流電阻器 r e = 26mV I E = =20 基極交流電阻器 r b =(1+ ) r e = = 2020 步驟 5: 共射極放大電路的各項特性參數計算 輸入阻抗 R i ' = r b = 2020 電流增益 A i = i o i i R i = v i i i = R B1 // R B2 // R i ' =27k//5.1k//2.02k 1.38 k( ) = i c i b. i b i i =. R BB R BB +R i ' = 100 =68( 倍 ) 電壓增益 A v = v o v i = 或 A v = i o.r c i i.r i = = 233( 倍 ) R C R i ' / 輸出阻抗 R o = R C = 4.7 k( ) R C r e = i c.r c i b.r i ' =. R c R i ' 4.7k 20 = 235( 倍 ) = 100 若將圖 7-6 電路中的 C 3 取消, 則其交流小信號電路, 將變成圖 7-7 圖 7-7 含 R E 的交流小信號電路 利用前面所求出的射極交流電阻器 r e 和基極交流電阻器 r b, 可求得 含射極電阻器 R E 的共射極放大電路各項特性參數如下 : 輸入阻抗 R i ' =( R E + r e )(1+ )=(1k+20) k( ) R i = v i i i = 27 k // 5.1 k // 100 k = 4.1 k( ) 181

184 基礎電子實習 電流增益 A i = i o i i = i c. i b =. R BB 4.29k = 100 i b i i R BB + R i ' 4.29k + 100k 4.11( 倍 ) 電壓增益 A v = v o = i o.r c = i o.r c = v i i i.r i i b.r i ' 或 A v = = 4.7( 倍 ) R c R i ' / 輸出阻抗 R o = R c = 4.7 k( ) R c R E = R c R i ' 4.7k 1k = 4.7( 倍 ) = k 100k 比較含 R E 的共射極放大電路與不含 R E 的共射極放大電路各項參數可 知,R E 電阻器會使電壓增益降低, 但是電路中的各項特性參數, 較不受電 晶體 值的影響, 所以各項特性參數相對比較穩定 為改善增益大幅下降 的缺點, 所以實用上常在 R E 電阻器兩端並聯上電容器, 如此可以在不影 響電晶體工作偏壓的情形下, 降低 R E 電阻器兩端的阻抗, 使得電壓增益 回升, 當然這必須損失一些電路的穩定度 共集極放大電路 數分析 如圖 7-8 所示, 為的共集極放大電路 以下即為本電路的各項特性參 圖 7-8 共集極放大電路 直流工作點分析 ( 求工作點 ) V B = V CC. R B 2 =12 33k = 6.6 (V) R B1.R B2 27k + 33k 182

185 第 7 章 電晶體的認識與使用 V E = V E V BE = = 6 (V) I E = V E R E = 6 1k =6m(A) 由 KVL 得輸出迴路方程式 V CC = V CE + I E R E V CE = V CC V CE =12 I E R E 6m 1k=6(V) 工作點 :I E =6mA,V CE =6V 交流小信號特性分析 步驟 1: 將電容器視為短路, 可得如圖 7-9(a) 步驟 2: 電壓源視為短路, 可得如圖 7-9(b) 步驟 3: 畫出電晶體的交流小信號電路, 如圖 7-9(c) 所示 (a) (b) (c) 圖 7-9 共集極交流小信號電路 183

186 基礎電子實習 步驟 4: 利用直流分析中所得的射極電流 I E 可求出以下參數 射極交流電阻器 r e = 26 mv 6mA = 4.3 基極交流電阻器 r b =(1+ ) r e = 434 ( ) 步驟 5: 共集極放大電路的各項特性參數計算 輸入阻抗 R i ' =(1+ )(r e + R E ) = = k( ) 電流增益 A i = i o i i R i = v i i i = R B1 // R B2 // R i ' = 27 k // 33 k // k = 13 k( ) = i e i i = 101 電壓增益 A v = v o v i 或 A v = =13( 倍 ) = i e i b. i b =(1+ ). R BB i i R BB +R i ' 14.85k 14.85k k = i e.r E i i.r i = i e.r E i b.r i ' =(1+ ) R E R i ' R E R ' i / 1+ = R E 1k = r e + R E k 1 輸出阻抗 R o = r e // R E r e = 4.3 ( ) = 101 1k 101.4k 1 由上面的計算得知, 共集極放大電路的電壓增益接近 1, 亦即輸出等 於輸入, 所以又稱為射極隨耦器 共集極放大電路雖然不具電壓增益, 但 是高輸入阻抗與低輸出阻抗, 是此電路的重要特徵, 對於輸入電流的放大 也是電路的運用重點之一, 因此為得到大的電流增益, 常用電晶體疊接的 方式形成電流放大電路, 此種方式的電路, 稱為達令頓對 如圖 7-10 所示 為四種常見的組合方式 如圖 7-11 所示, 為達令頓電路 此電路可產生極大的電流增益, 其電 流增益約為

187 第 7 章 電晶體的認識與使用 小功率 NPN + 大功率 NPN = NPN 達令頓對 小功率 NPN + 大功率 PNP = NPN 達令頓對 小功率 PNP + 大功率 PNP = PNP 達令頓對 小功率 PNP + 大功率 NPN = PNP 達令頓對 圖 7-10 雙電晶體組成的達令頓電路 圖 7-11 達令頓電路 直流分析由 KVL 得輸入迴路方程式 V CC = I B1 R B + V BE1 + V BE2 + I E2 R E 因 I E2 =(1+ 2 ) I B2 =(1+ 2 ) I E1 =(1+ 2 )(1+ 1 ) I B1 1 2 I B1 185

188 基礎電子實習 所以 V CC = I B1 R B +2V BE I B1 R E 2V BE I B1 = V CC = R B R E k + 500k = M = 10.6 I E1 = 1.I B1 = m(A) I E2 = 2.I B2 =50 1m 50 m(a) 交流分析 (A) r e 26mV 50mA = 0.52 ( 達令頓對的整體交流射極電阻器 ) R i ' 1 2 R E = = 50 k( ) R i R B // R i ' =500k//50k=45k( ) A v = v o v i R E r e + R E A i ' = I E 2 I B A i = I E 2 = I E 2 I B 1 = A I i I B1 I i ' R B i R B +R i ' = k 500k+50k 4500 R o = r e // R E r e = 0.52 ( ) 共基極放大電路 分析 如圖 7-12 所示, 為共基極放大電路, 以下即為本電路的各項特性參數 圖 7-12 共基極放大電路 186 直流工作點分析 ( 求工作點 ) V B = V CC R B 2 =12 5.1k = 1.9 (V) R B1 + R B2 27k + 5.1k V E = V B V BE = = 1.3 (V) I E = V E R E = 1.3 1k = 1.3 m(a) I C

189 第 7 章 電晶體的認識與使用 由 KVL 得輸出迴路方程式 V CC = I C R C + V CB + V B V CB = V CC I C R C V B = m 3.9k 1.3 = 5.6 (V) 工作點 :I C = 1.3 ma,v CB = 5.6 V 交流小信號特性分析步驟 1: 將電容器視為短路, 如圖 7-13(a) 步驟 2: 電壓源視為短路, 如圖 7-13(b) 步驟 3: 畫出電晶體的交流小信號電路, 如圖 7-13(c) 所示 (a) (b) (C) 圖 7-13 共基極交流小信號電路 步驟 4: 利用直流分析中所得的射極電流 I E 可求出以下參數 射極交流電阻器 r e = 26 mv 1.3 ma =20 187

190 基礎電子實習 步驟 5: 共基極放大電路的各項特性參數計算 輸入阻抗 R i ' = r e =20 電流增益 A i = i o i i = 電壓增益 A v = v o v i R i = v i i i = R E // r e r e =20 i c i e = 0.99 = i o.r C i i.r i = = 193( 倍 ). i e i i =. R E R E + r e =. 1k 1k + 20 i C R C i e.r i ' = 或 A v R C r e 3.9k 20 = 195( 倍 ) 輸出阻抗 R o = R C =3.9k( ). R C = k r e 20 由上面的計算結果得知, 共基極放大電路雖然不具電流增益, 但是仍 具電壓增益, 且其低輸入阻抗與高輸出阻抗, 是此電路的重要特徵 7-6 電晶體開關電路 電晶體當開關使用時, 只在飽合區與截止區之間來回轉換 在飽合區時, 電晶體 CE 之間的內阻 (r CE ) 很低 ( 一般約在 50 之間 ), 在截止區時電晶體的 r CE 很高 ( 一般約在數百 k ), 所以電晶體飽合時, 可視為 ON, 而電晶體截止時, 可視為 OFF 如圖 7-14 即為電晶體開關電路 圖 7-14 電晶體開關電路 188

191 第 7 章 電晶體的認識與使用 電晶體開關電路分析如下 : 當 V i =0V 時 I B =0,I C = I B =0 V CE = V CC I C R C =5 0=5V 此時電晶體可視為截止 OFF 當 V i =5V 時 I B = V i V BE = R B 100k = 4.4 A I C = I B = = 4.4 m(a) I C sat = V CC V CE sat R C = k 0.5 ma 因 I C > I C sat 電晶體飽合,V CE 0.2 V 所以電晶體可視為導通 ON 理想的開關元件, 其轉換時間應趨近於零 以上圖為例, 當 V i 由 0 上升至 5V 時, 電晶體應隨即導通, 使得 V o =0, 而 V i 由 5V 下降至 0V 時, 電晶體亦應隨即截止, 使得 V o =5V 但是實際轉換情形, 卻會因零件特性的因素, 而產生延遲的現象 如圖 7-15 所示, 可列舉出以下 4 項可能產生延遲的狀況 : 延遲時間 (td):v i 上升開始至 V o 下降到 90% 所歷經的時間 下降時間 (tf):v o 由 90% 下降至 10% 所歷經的時間 儲存時間 (ts):v i 下降開始至 V o 上升到 10% 所歷經的時間 上升時間 (tr):v o 由 10% 上升至 90% 所歷經的時間 189

192 基礎電子實習 圖 7-15 信號的延遲狀況 190

193 第 7 章 電晶體的認識與使用 實習材料 項次 品 名 規 格 數量 項次 品 名 規 格 數量 1 小燈泡 12 V 1 9 電阻器 4.7 k 2 2 小燈泡座 1 10 電阻器 5.1 k 2 3 電晶體 2SC 電阻器 10 k 2 4 電晶體 2N 電阻器 27 k 2 5 可變電阻器 VR100KB 1 13 電阻器 33 k 2 6 電阻器 電阻器 100 k 2 7 電阻器 1k 2 15 電容器 100 F / 16V 1 8 電阻器 3.9 k 2 16 電容器 10 F / 16V 2 實習儀器與設備 數位式三用電表 電源供應器 音頻信號產生器 雙軌跡示波器 實習項目與步驟 1 共射極放大電路 接妥圖 7-5 之電路, 並完成圖 7-16 的儀器配置 備註 : 若信號產生器本身有衰減鈕, 則不必加 R S 通上電源 191

194 基礎電子實習 圖 7-16 共射極放大電路儀器配置 使用三用電表完成下列各點直流電壓量測 測試點 V B V C V E 實際測量電壓值 理論計算值 調整信號產生器, 使輸出為 1kHz,100 mvp-p 之正弦波 將信號產生器的輸出信號, 由 V i 輸入端接入 使用雙軌跡示波器同時測量 V i (CH1) 與 V o (CH2), 調整信號產生器輸出振幅, 使 V o 輸出振幅最大且不失真 ( 波形不變形 ) 紀錄 V i 與 V o 波形, 計算電路增益 A v = V o p p / V i p p = 192

195 第 7 章 電晶體的認識與使用 V i CH1 交連電路置於 AC DC VOLT/DIV: TIME/DIV: T = s f = Hz V p p = V V o CH2 交連電路置於 AC DC VOLT/DIV: TIME/DIV: T = s f = Hz V p p = V 2 射極隨耦器 接妥圖 7-17 之電路 圖 7-17 射極隨耦器儀器配置 193

196 基礎電子實習 通上電源 調整 VR 並使用三用電表完成下列直流電壓量測 V B 1V 2V 3V 4V 5V V E 3 共集極放大電路 接妥圖 7-8 之電路, 並完成圖 7-18 的儀器配置 圖 7-18 共集極放大電路儀器配置 通上電源 使用三用電表完成下列各點直流電壓量測 測試點 V B V C V E 實際測量電壓值理論計算值 調整信號產生器, 使輸出為 1kHz,5 Vp-p 之正弦波 將信號產生器的輸出信號, 由 V i 輸入端接入 使用雙軌跡示波器同時測量 V i (CH1) 與 V o (CH2), 調整信號產生器輸出振幅, 使 V o 輸出振幅最大且不失真 ( 波形不變形 ) 紀錄 V i 與 V o 波形, 計算電路增益 A v = V o p p / V i p p = 194

197 第 7 章 電晶體的認識與使用 V i CH1 交連電路置於 AC DC VOLT/DIV: TIME/DIV: T = s f = Hz V p p = V V o CH2 交連電路置於 AC DC VOLT/DIV: TIME/DIV: T = s f = Hz V p p = V 4 共基極放大電路 接妥圖 7-12 之電路, 並完成圖 7-19 的儀器配置 通上電源 使用三用電表完成下列各點直流電壓量測 測試點 V B V C V E 實際測量電壓值 理論計算值 195

198 基礎電子實習 圖 7-19 共基極放大電路儀器配置 調整信號產生器, 使輸出為 1kHz,100 mvp-p 之正弦波 將信號產生器的輸出信號, 由 V i 輸入端接入 使用雙軌跡示波器同時測量 V i (CH1) 與 V o (CH2), 調整信號產生器輸出振幅, 使 V o 輸出振幅最大且不失真 ( 波形不變形 ) 紀錄 V i 與 V o 波形, 計算電路增益 A v = V o p p / V i p p = V i CH1 交連電路置於 AC DC VOLT/DIV: TIME/DIV: T = s f = Hz V p p = V 196

199 第 7 章 電晶體的認識與使用 V o CH2 交連電路置於 AC DC VOLT/DIV: TIME/DIV: T = s f = Hz V p p = V 備註 : 本電路因 CB 放大電路 R i 很小, 所以串聯一個 R S 電阻器, 可避免波形失真 5 電晶體開關電路 接妥圖 7-14 之電路, 並完成圖 7-20 的儀器配置 圖 7-20 電晶體開關電路的儀器配置 通上電源 當 V i =0V 時 V o =, 當 V i =5V 時 V o = ( 可由電源供應器 供應 +5V) 調整信號產生器, 使輸出為 10 khz, 零準位以上 5 Vp-p 之方波 ( 可由 邏輯準位端子輸出 ) 197