機電系統電子學 Electronics
大綱 0. 阻抗 1. 基本電子元件 2. 通用電子儀器 3. 運算放大器 4. 邏輯電路 5. 類比數位轉換器 6. 運算處理單元 7. 其他常用的電子元件 8. 實例探討
阻抗 (impedance) 輸入阻抗 I 歐姆定律電功率電阻串聯併聯 V I meter R V meter 量測原則 : 儘量不影響原受測系統故電壓計的內阻 ( 輸入阻抗 ) 要 故電流計的內阻 ( 輸入阻抗 ) 要
阻抗 (impedance) 輸出阻抗 電壓輸出裝置 : 訊號產生器電池 R 感測器 o IC 輸出腳位 V o VR 高輸入阻抗 (ex. 1MΩ) V meter 為使電壓計讀值儘量接近 V o, R o ( 輸出阻抗 ) 的值要 如何量取 R o ( 輸出阻抗 )? 此方法有何前提假設?
阻抗 (impedance) 緩衝 (buffer) 弱電壓輸出裝置 : ex. 感測器 V o 10kΩ 高輸入阻抗 1MΩ 緩衝器 低輸出阻抗 1Ω 沈重負載 : ex. 馬達 10Ω
阻抗 (impedance) 結論 以低頻類比電壓 ( 非電流 ) 為信號多級傳遞的裝置而言 1. 輸入阻抗越高越好, 表示輸入電流低, 可減低對前級裝置的影響 2. 輸出阻抗越低越好, 表示輸出電流高, 可忠實驅動後級裝置 3. 上述高低, 皆為相對 一般差距 10 倍以上裝置可正常工作 ; 若在精密量測或是高傳真音響用途, 差距可達 1000 倍 4. 若有違上述原則, 需要插入緩衝器 ( 功率放大器 ) 補充說明 : 1. 隨頻率升高 (>1MHz), 訊號反射逐漸嚴重 ; 2. 在數位訊號通訊場合, 可容許訊號有限度失真, 也有高頻訊號反射問題 ; 故上述原則不適用, 需改用阻抗匹配 (impedance maching) 原則
基本電子元件 電阻 (Resistor) http://www.samengstrom.com/elec/resistor/index.html
基本電子元件 電阻 (Resistor) 高功率水泥電阻 高功率金屬散熱片電阻
基本電子元件 電阻 (Resistor) 可變電阻
基本電子元件 電阻 (Resistor) 排阻 熱敏電阻 光敏電阻
基本電子元件 電容 (Capacitor) 氧化鋁電容
基本電子元件 電容 (Capacitor) 電解電容 ( 電源, 有極性 ) 陶瓷電容 ( 訊號 )
基本電子元件 電容 (Capacitor) 積層電容 雲母電容 ( 高頻 )
基本電子元件 電容 (Capacitor) 可變電容 排容
基本電子元件 電感 (Inductor)
基本電子元件 電感 (Inductor) 俗名 : 扼流圈
基本電子元件 變壓器 (Transformer) 問題 : 為什麼電力輸送要用交流高壓電?
基本電子元件 變壓器 (Transformer) 可變變壓器 110V<->220V ( 隔離變壓器 )
基本電子元件 二極體 (Diode) 一般二極體 齊納變壓器
基本電子元件 二極體 (Diode) 二極體電橋 致冷二極體
基本電子元件 二極體 (Diode) 發光二極體 七段顯示器 專題提示 : 籃球機!
基本電子元件 電晶體 (Transistor) TO-220 TO-92 TO-3
基本電子元件 電晶體 (NPN 2N2222)
基本電子元件 電晶體基本用法 Power Source?V 1mA β = 200mA load weak digital output (microcontroller) 5.0V 1mA?Ω 0.7V B C β=200 E 201mA
通用電子儀器 三用電表 ACV : 400mV ~ 1000V DCV : 400mV ~ 750V ACA / DCA : 4mA/40mA/400mA/10A 電阻 : 400/4K/40K/400K/4M/40MΩ 電容 : 4nF/40nF/400nF/4uF/30uF 頻率 : 100/1K/10K/100K/500KHz 二極體導通量測功能導通量測 : 40Ω
通用電子儀器 電源供應器 (Power Supply) 30V@3A 兩組 5V@3A 一組定電壓定電流串聯 / 並聯 / 獨立
通用電子儀器 電源供應器 (Power Supply) Switching Power Supply DC-DC Converter 輸入電壓 :DC 9~18V 輸出電壓 :DC 12V 輸出電流 :1.25A
通用電子儀器 示波器 (Oscilloscope)
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通用電子儀器 訊號產生器 (Function Generator)
通用電子儀器 功率放大器 (Power Amplifier) 命令訊號 高輸入阻抗, 低輸出阻抗低輸入電流, 高輸出電流 負載 問題 1: 何謂阻抗? 問題 2: 何謂負載效應? 問題 3: 為何插座 110V 會電死人, 補蚊拍 1000V 電不死人?
運算放大器 (operational amplifier) 運算放大器基本原理 理想 OP 實際 OP 輸入阻抗 ~10MΩ 開路增益 ~1M 輸出阻抗 0 ~100Ω
運算放大器 (operational amplifier) 腳位圖與接線法 http://www.analog.com/en/other/militaryaerospace/op37/products/product.html +15V 0V -15V V i V o
運算放大器 (operational amplifier) 腳位圖與接線法 http://www.analog.com/en/other/militaryaerospace/op37/products/product.html +15V 0V -15V decoupling capacitors as close as possible
運算放大器 (operational amplifier) Datasheet 實例
運算放大器 (operational amplifier) Buffer IV converter
運算放大器 (operational amplifier) 反相放大器 非反相放大器
運算放大器 (operational amplifier) 加法器 減法器 ( 差動放大器 )
運算放大器 (operational amplifier) 積分器 微分器
運算放大器 (operational amplifier) PID 控制器 v r v e dv + K - P ve + K I vedt + K D dt e vu 受控廠 v s K P : K I : K D : 直覺正比修正改善穩態誤差改善暫態響應 問題 : 該用哪些運算放大器?
運算放大器 (operational amplifier) 主動濾波器 低通濾波器
運算放大器 (operational amplifier) 主動濾波器 高通濾波器
運算放大器 (operational amplifier) 主動濾波器 帶通濾波器
邏輯電路 基本邏輯閘 AND 7408 OR 7432
邏輯電路 基本邏輯閘 www.ti.com Buffer 7434 Inverter 7404 NAND 7400 NOR 7402 XOR 7486 Adder 7483 Latch 7475 Delay Flip-Flop Shift Register Comparator Schmitt Trigger Multiplxer Demultiplexer Data selector 3-state Bus Transceiver
邏輯電路 open collector driver 5V 7405, Hex Inverters with Open Collector Outputs R I=(V/R)~10mA H L 用途 : 推動 10mA 以下的輕負載, 例如小燈泡 LED 繼電器 揚聲器
邏輯電路 Decoder (7447, BCD-to-7-segment)
邏輯電路 counter / timer (74191)
類比數位轉換器 DA converter DAC0800 8-Bit Digital-to-Analog Converter
類比數位轉換器 AD converter DAC0804 8-Bit Analog-to-Digital Converter Vin (V) DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.04 0 0 0 0 0 0 0 1 0.08 0 0 0 0 0 0 1 0 問題 : 解析度? 16bit? 9.96 1 1 1 1 1 1 1 1
http://www.ni.com 類比數位轉換器 AD/DA card Analog I/O Digital I/O Counter Timer
運算處理單元 PC (desktop, notebook, PC104, embedded) http://www.k-team.com
運算處理單元 微處理器 (8051) 應用 : 一般小型計算與程序控制 ( 籃球機 掌上型計算機 任天堂紅白機 ) 優點 : 便宜 彈性高 學習門檻低
運算處理單元 Digital Signal Processor http://www.ti.com 應用 : 影音處理 ( 車道偵測 回音消除 語音辨識 ) GPS 通訊儀器控制系統 ( 車船武器 ) 優點 : 適合複雜演算 速度快
運算處理單元 Programmable Logic Controller http://www.seec.com.tw 功能 : digital IO analog IO 計數 計時馬達控制資料監視與記錄 應用 : 工廠自動化原型機開發
HTTP://WWW.GFEC.COM.TW 運算處理單元 CPLD, FPGA complex programmable logic device field programmable gate array 可以用軟體規劃其邏輯行為使其達成複雜功能 (GPU PID controller) 優點 : 彈性高 速度快 便宜 單一晶片可預先模擬 可重複燒錄
其他常用的電子元件 3-Terminal Regulator 1A 3A
其他常用的電子元件 555 Timer IC
其他常用的電子元件 555 Timer IC (cont.)
555 Timer IC (cont.)
其他常用的電子元件 繼電器 (Relay) 受控制端 ~10A 機械式電磁鐵優點 : 完全隔絕 受控端功率高缺點 : 火花 壽命短 控制端 ~10mA 另有非機械式 SSR
實例探討 充電燈 開關 直流電源 充電電池
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