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實驗 19: 基本電子元件和電學儀表 安培計、伏特計和歐姆計 ( 課本實驗 19/Expt. 19 in Textbook)

實驗 19: 基本電子元件和電學儀表 安培計、伏特計和歐姆計 ( 課本實驗 19/Expt. 19 in Textbook). 目 的 認識基本電子元件及電學儀器 瞭解 安培計、伏特計和歐姆計的基本構造 熟悉簡單電路的特性和基本測量. 電子元件電學儀器表. 電子元件電學儀器實驗， 安培計、伏特計、歐姆設計 實驗 電阻、電容、電感 可變電阻、螺線圈、麵包板 電源供應器、數位式三用電表 LCR Meter 檢流計 安培計、伏特計、歐姆計 設計. 電子元件電學儀器實驗.

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實驗 19: 基本電子元件和電學儀表 安培計、伏特計和歐姆計 ( 課本實驗 19/Expt. 19 in Textbook)

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Presentation Transcript

  1. 實驗19:基本電子元件和電學儀表安培計、伏特計和歐姆計(課本實驗19/Expt. 19 in Textbook) 目 的 認識基本電子元件及電學儀器 瞭解安培計、伏特計和歐姆計的基本構造 熟悉簡單電路的特性和基本測量

  2. 電子元件電學儀器表 • 電子元件電學儀器實驗，安培計、伏特計、歐姆設計 實驗 • 電阻、電容、電感 • 可變電阻、螺線圈、麵包板 • 電源供應器、數位式三用電表 • LCR Meter • 檢流計 • 安培計、伏特計、歐姆計設計

  3. 電子元件電學儀器實驗 • 儀器擺設：電感一個、電容一支、電阻0.3 Ωx1、1 Ωx3、18 Ωx1、200k Ω x1、50k Ωx1、39k Ωx2、150 Ωx1、300 Ωx1、390 Ωx1、390k Ωx1， 檢流計(50μA)、電源供應器、麵包板、三用電表、LCR Meter • 電感一個、電容一支、電阻0.3 Ωx1、3 Ωx3、18 Ωx1、200k Ω x1、50k Ωx1、39k Ωx1用目測法，及用三用電表， LCR Meter測量，並比較其誤差。

  4. 電子元件電學儀器實驗 • 電阻0.3 Ωx1、1 Ωx3，串並聯製出1.8 Ω，使用於電流計並聯Rp • 電阻18 Ω，使用於電流計並聯Rp • 200k Ω x1、50k Ωx1使用於電壓計串聯Rs • 39k Ω使用於歐姆計串聯Rso

  5. 電子元件電學儀器實驗 • 實驗基本電源供應器使用法 • 電壓設為3V， 電阻390 Ω • 夠用之電流輸出範圍量測負載兩端之電壓 • 變動電流輸出範圍設定，使之驅近0 Amp • 量測負載兩端之電壓

  6. 安培計 1.8 Ω 18 Ω參考取自普通物理實驗課本 黃勝良 吳秀錦 國立清華大學出版社 A. 電流測量: 安培計(Ampere meter)/電流計(Ammeter) 利用檢流計(G)(線圈電阻Rc)及一個小的 並聯電阻(Rp << Rc)設計安培計。 安培計有效電阻 RA = RP // Rc= RpRc/(Rp+Rc) ~ Rp Vab = IcRc = IpRp I = Ic + Ip = Ic(1 + Rc/Rp)  小的並聯電阻 Rp : 增加電流測量範圍, 減少安培計有效電阻RA 若線圈電阻 Rc = 1.8 k, Rp = 1.8  最大偏轉電流 Ic(max) = 50 mA 如 Rp = 18  I(max) = 101 Ic(max) = 5.05 mA RA = 12 x 1800/1212 ~ 12 

  7. 伏特計 200kΩ 50kΩ參考取自普通物理實驗課本 黃勝良 吳秀錦 國立清華大學出版社 B. 電壓測量: 伏特計(V, Voltmeter)/電壓計(Potentometer) 利用檢流計(G)(線圈電阻Rc)及一個 大的串聯電阻(Rs >> Rc)設計伏特計。 伏特計有效電阻 RV = Rc + Rs Vab = Ic(Rc + Rs) 大的串聯電阻Rs: 增加電壓測量範圍及伏特計有效電阻RV 例: 若線圈電阻 Rc = 1.8 k, Rs = 50 k 最大偏轉電流 Ic(max) = 50 mA V(max) = 2.5V 如 Rs = 200 k RV = 1800 + 200000 ~ 200 k V(max) ~ 10 V

  8. 電阻測量 歐姆計(O, Ohmmeter)/電阻計(Resistance meter) 39k Ω 參考取自普通物理實驗課本 黃勝良 吳秀錦 國立清華大學出版社 利用檢流計(G)(線圈電阻Rc), 一個零點串聯電阻(Rs0)及內建串聯電池(或直流電源供應器)電動勢(e)設計歐姆計： 1. x, y二點短路(R = 0) 選擇 Rs0 使檢流計達最大電流 Ic = Ic(max) (指針最大偏轉) = /(Rc + Rs0) 2. x, y二點斷路(R = ),無電流 Ic = 0 (零點) 3. x, y接待測電阻R Ic = /(Rc + Rs0 + R) R = /Ic – (Rc + Rs0) = (Rc + Rs0)[Ic(max)/Ic – 1] R與Ic 非線性

  9. 電阻的讀值 • 電阻器(resistor)標示(電阻W及熱功率W) • R = a,b,c,d,(e)環 = abc x 10d e% 誤差率：銀+/-10%,金+/-5%,棕+/-1%,紅+/-2% • 銀(-2), 金(-1), 黑(0), 棕(1), 紅(2), 橙(3), 黃(4), 綠(5), 藍(6), 紫(7), 灰(8), 白(9)

  10. 電阻讀值

  11. 電容讀值 • “0.047µF ”代表0.047µ法拉之電容 • “0.047K 630V”，代表0.047µ法拉之電容，k值代表誤差率10％內 • “104Z”，它的電容數值10x10^4pF也就是0.1µF，誤差率可超過26 ％

  12. 電感及可變電阻

  13. 螺線圈

  14. 螺線圈磁場估算 • B=μ0 n I/ 2(cosθ1- cosθ2) • μ0 是磁導率 • N是線圈單位長度的圈數 • I是線圈中的電流 • 兩螺線管連結，磁場加倍

  15. 麵包板

  16. 電源供應器

  17. 傳統電源供應器操作 • 兩組電源 master slave • 模式 independent serial-tracking parallel-tracking • 電流旋鈕：最大需求之電流 • 電壓旋鈕：需要的電壓輸出 • CC (constant current) 指示燈 • CV(constant voltage)指示燈

  18. 按鍵式數位顯示電源供應器 • 操作原理同傳統式，用手按鍵輸入數值或選操作模式

  19. 數位式三用電表及傳統式三用電表

  20. 數位式三用電表及傳統式三用電表 • 歐姆檔，直流電壓檔，交流電壓檔，直流電流檔，二極體檔，及溫度檔 • 黑棒接COM 插孔，紅棒接VΩmA℃℉插孔 • 歐姆檔有200、2000、20k 、200k 、20M等檔位，該數字為最大可顯示數值範圍 • 傳統式三用電表，使用比較複雜，歸零、挑選適當刻度數字圈、乘倍率

  21. 阻抗測試計(LCR meter) • 阻抗計的面板上有　SPEED / DISPLAY / MODE /CIRCUIT / MENU 供選擇模式 • SPEED 為測試速度，DISPLAY 選用VALUE，MODE　可選L/Q ,C/D, C/Q ,R/Q，視選測物電感，電容，電阻而定。CIRCUIT 可選串並聯等效電路，一般為串聯方式。測試頻率要適當選用來量測，測試頻率的輸入可先按　FREQ 按鈕，再按數字鍵輸入。

  22. 阻抗測試計(LCR meter) 夾接腳兩側與待測物一端接觸點必需都有金屬接觸，如夾接腳一邊有金屬接觸，一邊有阻隔物接觸，測試信號無進入，將測不出數值 測試頻率要適當選用來量測，測試頻率的輸入可先按　FREQ 按鈕，再按數字鍵輸入。 建議之測量方式-----除非有特殊理由，測量電容與電感時最好使用串聯方式。而對於測量非常小之電容與電感，則提高測試頻率以得到較好的精確度。如果測量非常大之電容與電感，則降低測試頻率以得較好的精確度。要測量直流阻抗時，則選擇較低之測試頻率以減少交流效應。

  23. 檢流計 參考取自http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_8/1.html http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_12/1.html 檢流計由磁針懸掛驅動指示，繞有線圈通以電流正或反向使磁針反抗磁極而移動指示刻度，此設計為permanent-magnet, moving coil, or PMMC movement ，利用此設計發展成達松發可動線圈(D’Arsonval movementCoil )

  24. 達松發可動線圈(D’Arsonval movementCoil )參考取自普通物理實驗課本 黃勝良 吳秀錦 國立清華大學出版社 • 由此再設計成伏特計安培計、歐姆計。 1. 指針(Needle) 2. 空氣隙(Air Gap) 3. 永久磁鐵(Permanent Magnet) 4. 螺線彈簧(Solenoidal Coil) 5. 轉動線圈(Rotating Coil) 6. 轉動軸心(Pivot Rotating Coil) 7. 軟鐵心(Soft-Iron Core) 8. 均勻輻射狀磁場(Uniform Radial Field)

  25. 安培計、伏特計、歐姆計 表頭移動是用電磁式electromagnetic movements，最常用 特殊高電壓伏特計用electrostatic meter movements 有些電表使用感測器(sensor)，如夾線式安培計(clamp-on meter)

  26. Iron-vane electromechanical meter movement. (electrostaticmeter movements) 特殊高電壓伏特計用electrostatic meter movements 取自參考資料，達松發可動線(D’Arsonval movement) 取自參考資料 • http://www.engineersedge.com/instrumentation/electrical_meters_measurement/darsonval_movement.htm • http://www.mikesflightdeck.com/diy_darsonval_instruments.htm • http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_12/1.html • http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_8/1.html

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