電子電路佈線與構裝-3 通訊工程系 四年甲班 陳昱志 B09622028

學習目標 AFG3000信號產生器之等效電路為一戴維寧等效電壓源Vs1串聯一戴維寧等效輸出電阻Rs。請按照實驗步驟測試出AFG3000信號產生器之等效電路，並充分了解標準信號產生器的按鍵所設定的輸出電壓與其等效電路中的戴維寧等效電壓源的關聯性。

內容 請將AFG3000輸出阻抗調成50 Ohm，設定輸出Sine wave，Frequency=1 kHz，Amplitude=1Vpp，Voffset=1VDC。 信號產生器輸出端請用BNC轉鱷魚夾電纜線接上負載電阻RL=50 Ohm。請用數位示波器(MSO6012A)量測負載電阻的跨壓，擷取測量波形，並利用Cursor功能量測直流成分=？VDC以及交流成分=？Vpp。請分別製作成投影片，並加註量測結果說明。 信號產生器輸出端請用BNC轉鱷魚夾電纜線接上自選負載電阻RL= 10~250 Ohm，每位同學選取之電阻值不可雷同。請用數位示波器(MSO6012A)量測負載電阻RL的跨壓，擷取測量波形，並利用Cursor功能量測(1)直流成分=？VDC以及(2)交流成分=？Vpp。請分別製作成投影片，並加註量測結果說明

請用量測出之兩組電壓及兩個設定電阻值，聯立推導出(1) 戴維寧等效電壓源Vs1之交流及直流電壓。(2) 交流及直流戴維寧等效輸出電阻Rs。並將推導過程製作成投影片，並加註說明信號產生器按鍵設定之電壓、輸出阻抗與戴維寧等效電路之電壓、輸出阻抗之間的關聯性。 請開啟PSPICE，將電壓源Vs1用VSIN取代，並設定VOFF= 步驟四計算出之直流電壓VDC，VAMPL(Vpeak)=步驟四計算出之交流電壓Vpp並轉換成Vpeak值， FREQ=1kHz。戴維寧等效輸出電阻Rs=50 Ohm。利用Transient Analysis分別驗證(1) RL=50 Ohm時，負載電阻跨壓波形與步驟二所測得波形是否符合？ (2) RL=步驟三設定之電阻值，負載電阻跨壓波形與步驟二所測得波形是否符合？請分別製作成投影片，並加註結果比較說明。 重複步驟一至步驟五，但步驟一 將AFG3000輸出阻抗調成1kOhm；步驟二 信號產生器輸出端請用BNC轉鱷魚夾電纜線接上負載電阻RL=1kOhm；步驟三 信號產生器輸出端請用BNC轉鱷魚夾電纜線接上自選負載電阻RL= 200~5kOhm，每位同學選取之電阻值不可雷同；步驟五 戴維寧等效輸出電阻Rs=1kOhm。請分別製作成投影片，並加註結果比較說明。

實驗工具 實驗零件需求： 電阻板一套、紅單心線(Voltage source and current source)、黑單心線(Ground)、他色單心線(其他連接線)、麵包板、BNC轉鱷魚夾電纜線三條、22uF電容x1。 實驗工具： 數位式波器(MSO6012A、TDS2002)、任意波形產生器(33220A、AFG3000)、數位電源供應器(E3646A)、筆記型電腦、USB卸除式硬碟、OrCAD PSPICE。

電路圖 AFG3000 左圖為任意波形產生器 右圖為任意波形產生器之等效電路

實驗操作

Step1:等效電路(RTH=50Ω)外接負載電阻RL=50Ω時,測量VL直流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=50Ω,RL=50Ω 時,VL所測量到的直流電 壓為1VDC,與世界儀器定 義相符(當內阻與負載皆 為50Ω時,此時電壓VL會 等於儀表所輸入的電壓)

Step2:等效電路(RTH=50Ω)外接負載電阻RL=50Ω時,測量VL 交流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=50Ω,RL=50Ω 時,VL所測量到的交流電 壓為1Vpp

Step3:等效電路(RTH=50Ω)外接負載電阻RL=150Ω時,測量VL直流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=50Ω,RL=50Ω 時,VL所測量到的直流電 壓為1.48VDC

Step4:等效電路(RTH=50Ω)外接負載電阻RL=150Ω時,測量VL 交流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=50Ω,RL=50Ω 時,VL所測量到的交流電 壓為1.48Vpp

Step5:等效電路(RTH=1KΩ)外接負載電阻RL=1KΩ時,測量VL直流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=1KΩ,RL=1KΩ 時,VL所測量到的直流電 壓為1VDC

Step6:等效電路(RTH=1KΩ)外接負載電阻RL=1KΩ時,測量VL 交流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=50Ω,RL=50Ω 時,VL所測量到的交流電 壓為1.0Vpp

Step7:等效電路(RTH=1KΩ)外接負載電阻RL=1.5KΩ時,測量VL直流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=1KΩ,RL=1KΩ 時,VL所測量到的直流電 壓為1VDC

Step6:等效電路(RTH=1KΩ)外接負載電阻RL=1KΩ時,測量VL 交流電壓 由數位示波器可以看出 當RTH=1KΩ,RL=1.5KΩ 時,VL所測量到的交流電 壓為1Vpp

手寫計算

計算方法 利用實驗所測出的VL與已知的RL回推等效電路中的VTH與RTH

與儀器相符,故當內阻=50Ω時,符合戴維寧等效電路

結論: 與實驗結果不相符,故當內阻為1KΩ時,不符合戴維寧等效電路

使用OrCAD繪圖 & 模擬

使用OrCAD繪出 (RL=50Ω,RTH=50Ω) 儀器的等效電路,如左圖 在儀器輸入1Vpp,1VDC, 1KHz 則在等效電路應輸 入2Vpp,2VDC,1KHz,負 載為50Ω 等效電路

PSpice模擬 (RL=50Ω,RTH=50Ω) 峰對峰值=1.4999-0.5=1Vpp ,平均值=1V 橫軸為時間軸,縱軸為電壓軸

使用OrCAD繪出 (RL=50Ω,RTH=150Ω) 儀器的等效電路,如左圖 在儀器輸入1Vpp,1VDC, 1KHz 則在等效電路應輸 入2Vpp,2VDC,1KHz,負 載為150Ω 等效電路

PSpice模擬 (RL=50Ω,RTH=150Ω) 峰對峰值=2.25-0.75=1.5Vpp ,平均值=1.5V 橫軸為時間軸,縱軸為電壓軸

使用OrCAD繪出 (RL=1KΩ,RTH=1KΩ) 儀器的等效電路,如左圖 在儀器輸入1Vpp,1VDC, 1KHz 則在等效電路應為 2Vpp,2VDC,1KHz,RTH =1KΩ,負載為1KΩ 等效電路

PSpice模擬 (RL=1KΩ,RTH=1KΩ) 峰對峰值=1.5-0.5=1Vpp ,平均值=1V 橫軸為時間軸,縱軸為電壓軸

使用OrCAD繪出 (RL=1KΩ,RTH=1.5KΩ) 儀器的等效電路,如左圖 在儀器輸入1Vpp,1VDC, 1KHz 則在等效電路應為 2Vpp,2VDC,1KHz,RTH =1KΩ,負載為1.5KΩ 等效電路

PSpice模擬 (RL=1KΩ,RTH=1.5KΩ) 峰對峰值=1.8-0.6=1.2Vpp ,平均值=1.2V 橫軸為時間軸,縱軸為電壓軸

結論 由實驗 我們可以得知 只有當內組=50Ω時,任 意波形產生器可以符合戴維寧等效電路,當我 們把內組換上1KΩ時,只在外加負載電阻等於 手寫推算我們可以驗證當任意波型產生器輸 入a電壓,則換寫成戴維寧等效電路應該輸入 為2a電壓,而內阻會等於戴維寧等效電阻