113 身心障礙特考四等 電子工程 電子儀表概要 考古題詳解

核心觀念

傳統類比式三用電表以指針偏轉顯示讀值。測量未知電壓時，重點是先辨別電壓種類，再由高量程逐步降至合適量程，並將電表並聯於待測兩端。量程過低可能使指針超出刻度，損傷電表；量程過高則讀值不易辨認。

電表的電壓檔具有有限輸入電阻，會與被測電路形成負載，因而影響測量結果。傳統指針式電表的輸入電阻通常與所選電壓量程有關，常以靈敏度 $S$（$\Omega/\text{V}$）表示：

因此，量程選得越高，輸入電阻通常越大；但仍應選擇能安全涵蓋待測電壓的最低適當量程。

解題方法與操作步驟

1. 確認電表狀態與接線 確認表筆外觀完整，黑表筆插入共用端（COM 或負端），紅表筆插入電壓／電阻共用端。不要將紅表筆插在電流端測量電壓，以免形成近似短路並損壞電表或電路。若電表有機械零位調整，先在未測量時將指針調至零位。

2. 判斷直流或交流電壓 依電路型態與題目條件選擇直流電壓檔（DCV）或交流電壓檔（ACV）。直流測量須注意正、負極性；交流測量則不需區分表筆極性。電壓種類不明時，應先依電路資料確認，避免使用錯誤檔位造成誤讀。

3. 從最高量程開始 將選擇開關設在所選電壓種類的最高量程，再將兩支表筆並聯接到待測元件或電源的兩端。不要在帶電狀態下切換到電流檔，也不要將電表串聯於電壓測量電路中。

4. 觀察指針並降低量程 若指針偏轉很小，逐級降低量程，使指針落在刻度盤中段附近，以提高讀值解析度。每次降低量程前，先觀察目前偏轉情形；不得直接切到低於待測電壓的量程。若指針打到刻度終點或超出量程，立即改回較高量程。

5. 讀取正確刻度並換算 依所選量程讀取相對應的刻度。若刻度盤使用共用刻度，須依量程換算：

核心觀念

本題考查數位電表的準確度表示法、三位半電表的解析度，以及歐姆定律。準確度 $\pm(1\%\text{ reading}+1\text{ digit})$ 表示總誤差由「讀值的 $1\%$」加上「末位一個字」組成；其中 $1\text{ digit}$ 的大小須依電表所用量程的解析度判定。

三位半電表最多顯示 $1999$。題目未提供實際電壓量程，因此無法唯一決定 $1\text{ digit}$ 的電壓值。以下以量測 $20\ \mathrm{V}$ 時使用 $20\ \mathrm{V}$ 量程為假設，此量程解析度為 $0.01\ \mathrm{V}$，故 $1\text{ digit}=0.01\ \mathrm{V}$。

解題方法

電表顯示電壓為 $V_m=20\ \mathrm{V}$，其準確度界限為

因此，實際電壓範圍為

電阻標示為 $200\pm5\%\ \Omega$，所以

依歐姆定律 $I=V/R$，電流最小值出現在電壓最低、電阻最高時；最大值則出現在電壓最高、電阻最低時：

核心觀念

本題考直流電源供應器的規格判讀、串聯追蹤（Tracking）設定、負電源接法與操作程序。所需電源為正、負兩組電壓軌：以電路的共同點作為 $0\ \mathrm{V}$，一端需 $+12\ \mathrm{V}$，另一端需 $-12\ \mathrm{V}$；負載電流需求為 $0.5\ \mathrm{A}$。

電源供應器的電壓設定值是輸出電壓，電流限制值則是輸出電流的上限。負載會依電路需求取用電流，因此應將電流限制設定為至少 $0.5\ \mathrm{A}$，並確認電源供應器每組輸出都能提供此電流。若以兩組電源供應器輸出串聯形成正負電源，兩組輸出都須能設定至 $12\ \mathrm{V}$，且串聯後的共同接點作為電路地端。

解題方法

1. 確認電源供應器規格 使用具兩組隔離輸出的直流電源供應器，或兩台彼此隔離的單組電源供應器。每組輸出範圍須涵蓋 $12\ \mathrm{V}$，且額定電流至少為 $0.5\ \mathrm{A}$。若使用雙通道機種，須確認兩通道輸出端可依手冊規定串聯。

2. 設定各組輸出 先關閉輸出，分別將兩組輸出的電壓設定為 $12\ \mathrm{V}$，電流限制設定為 $0.5\ \mathrm{A}$ 或略高於此值，但不得超過負載與電源供應器的額定規格。使用定電壓模式（CV）；若電路啟動時有瞬間電流需求，應另行確認電源供應器的限流設定足以供應，不可任意調高到超過安全值。

3. 串聯並建立共同地端 將第一組輸出的負端接到第二組輸出的正端，這個接點指定為電路的 $0\ \mathrm{V}$。剩餘的第一組正端即為 $+12\ \mathrm{V}$，剩餘的第二組負端即為 $-12\ \mathrm{V}$。接線關係可表示為：

$+12\ \mathrm{V}\ \longrightarrow\ [\text{第一組電源}]\ \longrightarrow\ 0\ \mathrm{V}\ \longrightarrow\ [\text{第二組電源}]\ \longrightarrow\ -12\ \mathrm{V}$

核心觀念

本題要把脈波的「頻率、邏輯準位、工作週期」轉成信號產生器與示波器的設定。

• 頻率 $f=1\ \mathrm{kHz}$，因此週期為 $T=\frac{1}{f}=\frac{1}{1000}=1\ \mathrm{ms}。$
• 工作週期 $D=\frac{T_H}{T}\times100\%=10\%,$ 所以高電位時間 $T_H=0.1\ \mathrm{ms}=100\ \mathrm{\mu s}$，低電位時間 $T_L=T-T_H=0.9\ \mathrm{ms}=900\ \mathrm{\mu s}$。
• TTL 脈波的低、高準位分別約為 $0\ \mathrm{V}$ 與 $5\ \mathrm{V}$。實際輸出準位以儀器設定及規格為準。

解題方法：設定信號產生器

1. 選擇方波（Square/Pulse）輸出，設定頻率為 $1\ \mathrm{kHz}$。
2. 設定工作週期為 $10\%$；若儀器提供的是脈寬設定，則設為 $100\ \mathrm{\mu s}$。
3. 設定輸出邏輯準位為 TTL；若儀器以振幅與偏移量設定，則設定低準位 $0\ \mathrm{V}$、高準位 $5\ \mathrm{V}$，亦即振幅 $5\ \mathrm{V_{p-p}}$、直流偏移 $+2.5\ \mathrm{V}$。
4. 開啟輸出，並確認輸出端及示波器輸入端的接地共通。若信號產生器的振幅依負載阻抗標示，應確認設定與實際接法相符；示波器採高阻抗輸入時，依信號產生器說明設定負載條件。

示波器設定與波形驗證

將探棒接至信號產生器輸出端，示波器輸入耦合設為 DC，垂直刻度可先設為 $1\ \mathrm{V/div}$，使約 $0$ 至 $5\ \mathrm{V}$ 的波形完整