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

電子元件電學儀器實驗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

電子元件電學儀器實驗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

安培計 安培計 1.81.8 Ω Ω 18 18 Ω Ω參考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

伏特計 伏特計 200k200kΩΩ 50k 50kΩΩ參考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

電阻測量電阻測量 歐姆計 歐姆計 (O, Ohmmeter)/(O, Ohmmeter)/ 電阻計電阻計 (Resistance meter(Resistance meter) )

39k39k Ω Ω 參考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

電阻的讀值電阻的讀值• 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)

電阻讀值電阻讀值

電容讀值電容讀值“ 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 ％

電感及可變電阻電感及可變電阻

螺線圈螺線圈

螺線圈磁場估算螺線圈磁場估算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

麵包板麵包板

電源供應器電源供應器

傳統電源供應器操作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

按鍵式數位顯示電源供應器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

數位式三用電表及傳統式三用電數位式三用電表及傳統式三用電表表

數位式三用電表及傳統式三用電數位式三用電表及傳統式三用電表表歐姆檔，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

阻抗測試計阻抗測試計 (LCR meter)(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。

阻抗測試計阻抗測試計 (LCR meter)(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。

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 )

檢流計檢流計

參考取自 http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_8/1.htmlhttp://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_12/1.html

達松發可動線圈達松發可動線圈 (D’Arsonval (D’Arsonval movementCoil )movementCoil ) 參考取自普通物理實驗課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)

安培計、伏特計、歐姆計安培計、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)

Iron-vane electromechanical Iron-vane electromechanical meter movement.meter movement. ( (electrostaticelectrostatic

meter movements)meter 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