戴維寧等效電路 通訊三甲 陳慶哲 B09622044

學習目標： 本實驗訓練同學熟悉常用之信號產生器、示波器的戴維寧等效電路。

步驟一 將AFG3000輸出阻抗調成50 Ohm，設定輸出Sine wave，Frequency=1 kHz，Amplitude=1Vpp，Voffset=1VDC。 Pspice所設定的數值為儀器上的兩倍。 Voffset：儀器上設為1VDC，所以Pspice上設為2VDC。 VAMPL：儀器上設為1表示Vpp(Vpeak to Vpeak)，Pspice則 是Vpeak，所以經換算後得知為0.5，所以Pspice上 設為1。 FREQ：頻率不變。

步驟二 RL=50 Ohm 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。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(1)直流成分=？VDC以及(2)交流成分=？Vpp。

(1) 直流成分=？VDC 示波圖形看出 RL=50 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.06 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1 VDC，誤差在10%範圍內。 分壓定理：2*50 Ohm / (50 Ohm+50 Ohm) = 1V 示波圖形看出 RL=50 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.06 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1 VDC，誤差在10%範圍內。 示波圖形看出 RL=50 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.06 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1 VDC，誤差在10%範圍內。 示波圖形看出 RL=50 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.06 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1 VDC，誤差在10%範圍內。 示波圖形看出 RL=50 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.06 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1 VDC，誤差在10%範圍內。

(2)交流成分=？Vpp 示波圖形看出 RL=50 Ohm時，負載電阻的跨壓交流成分為 1.04 Vpp (0.52 Vpeak)

步驟三 RL=100 Ohm 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。

(1) 直流成分=？VDC 示波圖形看出 RL=100 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.32 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1.33 VDC，誤差在10%範圍內。 分壓定理：2*100 Ohm / (100 Ohm+50 Ohm) = 1.333V 示波圖形看出 RL=100 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.32 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1.33 VDC，誤差在10%範圍內。 示波圖形看出 RL=100 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.32 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1.33 VDC，誤差在10%範圍內。 示波圖形看出 RL=100 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.32 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1.33 VDC，誤差在10%範圍內。 示波圖形看出 RL=100 Ohm時，負載電阻的跨壓為1.32 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1.33 VDC，誤差在10%範圍內。

(2)交流成分=？Vpp 示波圖形看出 RL=100 Ohm時，負載電阻的跨壓交流成分為 1.32 Vpp (0.66 Vpeak)

步驟四 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VTH之交流及直流電壓。 (2) 交流及直流戴維寧等效輸出電阻RTH。 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。

直流部分 RL=50 Ohm (VTH*50) / (RTH+50) = 1.00V → 50VTH – 1RTH = 50 <1式> RL=100 Ohm (VTH*100) / (RTH+100) = 1.33 V → 100VTH – 1.32RTH = 133 <2式> <1式> <2式> 解聯立方程式 VTH = 1.97 V RTH = 48.53 Ohm

交流部分 RL=50 Ohm (VTH*50) / (RTH+50) = 1V → 50VTH – 1RTH = 50 <1式> <1式> <2式> 解聯立方程式 VTH = 1.97 V RTH = 48.53 Ohm

步驟五 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？

(1) RL= 50 Ohm 示波器圖 交流 1.04 Vpp (峰對峰值) 直流 1.06 VDC (平均值)

(1) RL= 50 Ohm 模擬圖 直流=1 VDC (平均值) 交流=1.4999 – 0.5 =0.9999 (峰對峰值)

(2) RL= 100 Ohm 示波器圖 交流 1.32 Vpp (峰對峰值) 直流 1.32 VDC (平均值)

(2) RL= 100 Ohm 模擬圖 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值) 直流=1.32 VDC (平均值) 交流=1.9999 – 0.6666 =1.3333 (峰對峰值)

輸出阻抗調為 1k Ohm

步驟一 將AFG3000輸出阻抗調成1k Ohm，設定輸出Sine wave，Frequency=1 kHz，Amplitude=1Vpp，Voffset=1VDC。 Pspice所設定的數值為儀器上的兩倍。 Voffset：儀器上設為1VDC，所以Pspice上設為2VDC。 VAMPL：儀器上設為1表示Vpp(Vpeak to Vpeak)，Pspice則 是Vpeak，所以經換算後得知為0.5，所以Pspice上 設為1。 FREQ：頻率不變。

步驟二 RL=1k Ohm 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=1k Ohm。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(1)直流成分=？VDC以及(2)交流成分=？Vpp。

(1) 直流成分=？VDC PS 示波圖形看出 RL=1k Ohm時，負載電阻的跨壓為1.00 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1 VDC，誤差在10%範圍內。 分壓定理：2*1k / (1k+1k) = 1V

(2)交流成分=？Vpp 示波圖形看出 RL=1k Ohm時，負載電阻的跨壓交流成分為 1.00 Vpp (0.5Vpeak)

步驟三 RL=1.5k Ohm 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。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。

(1) 直流成分=？VDC 示波圖形看出 RL=1.5k Ohm時，負載電阻的跨壓為1.00 VDC。 Pspice所模擬出的跨壓則為1.00 VDC，誤差在10%範圍內。 分壓定理：2*1.5k / (1k+1.5k) = 1.2V 顯然不對!!

(2)交流成分=？Vpp 示波圖形看出 RL=1.5k Ohm時，負載電阻的跨壓交流成分為1.00 V

步驟四 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VTH之交流及直流電壓。 (2) 交流及直流戴維寧等效輸出電阻RTH。 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。

(VTH*1k) / (RTH+1k) = 1 V → 1000VTH – 1RTH = 1000 <1式> RL=1k Ohm (VTH*1k) / (RTH+1k) = 1 V → 1000VTH – 1RTH = 1000 <1式> RL=1.5k Ohm (VTH*1.5k) / (RTH+1.5k) = 1 V → 1500VTH– 1RTH = 1500 <2式> <1式> <2式> 解聯立方程式 VTH = 1 V RTH = 0 Ohm 顯然不對!!

步驟五 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？

(1) RL= 1k Ohm 示波器圖 交流 1.00 Vpp (峰對峰值) 直流 1.00 VDC (平均值)

(1) RL= 1k Ohm 模擬圖 直流=1.00 VDC (平均值) 交流=1.4999 – 0.5000 =0.9999 (峰對峰值)

(2) RL= 1.5k Ohm 示波器圖 交流 1.00 Vpp (峰對峰值) 直流 1.00 VDC (平均值) 顯然不對!!

(2) RL= 1.5k Ohm 模擬圖 直流=1.2 VDC (平均值) 交流=1.7999 – 0.6000 =1.1999 (峰對峰值)