115 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的直流電壓檔，是在表頭（微安培計）串聯倍率電阻，使不同檔位都能在表頭滿刻度時量測相應的最高電壓。電壓檔的輸入電阻與檔位電壓成正比：

其中 $S$ 為電表的直流電壓靈敏度，單位為 $\Omega/\mathrm{V}$。相鄰電壓檔間增加的倍率電阻，可用檔位電壓差與電阻差求出靈敏度。

解題方法

$DCV250V$ 檔與 $DCV50V$ 檔之間的電壓差為：

題目指出兩檔間的倍率電阻為 $4\,\mathrm{M\Omega}$。這個電阻對應增加 $200\,\mathrm{V}$ 的量測範圍，因此：

核心觀念

邏輯分析儀（Logic Analyzer）是用來觀察與分析數位系統中多個邏輯訊號的儀器。它以多個輸入通道同時擷取數位訊號，將訊號判定為邏輯 0 或邏輯 1，並依時間順序記錄各通道的狀態，顯示成時序圖或匯流排資料。

它主要用來檢查數位電路或數位系統的訊號時序、通道間的先後關係、資料傳輸內容，以及系統在特定事件前後的運作情形。相較於示波器著重單一或少數訊號的電壓波形，邏輯分析儀通常具有較多數位通道，適合分析多位元匯流排、控制訊號和數位介面。

邏輯分析儀常見的兩種擷取方式如下：

• 時序（Timing）分析：以儀器內部取樣時鐘，按照固定時間間隔取樣各通道，觀察訊號何時改變。適合檢查訊號延遲、脈波寬度和通道間的時間關係。
• 狀態（State）分析：以被測系統提供的時鐘或有效時鐘邊緣取樣，記錄各時鐘週期中的邏輯狀態。適合分析同步數位系統的狀態、匯流排資料與控制流程。

解題方法

作答時依序說明「擷取什麼、如何顯示、可用來做什麼」，再說明「觸發條件如何決定擷取時機」。觸發的目的，是在大量連續訊號中定位值得觀察的事件，使儀器能保存事件前後的資料，方便分析。

常見觸發方式包括：

1. 邊緣觸發：訊號在指定通道出現上升緣、下降緣或任一邊緣時觸發，常用於觀察時鐘、控制訊號或資料線的轉換。

核心觀念

本題在考二極體的正向導通特性與反向崩潰特性。整流二極體在正向偏壓時導通，在允許的反向電壓內應近似截止；穩壓二極體則利用反向崩潰區工作，崩潰後電流改變時，兩端電壓仍大致維持在穩壓值 $V_Z$。

用直流電源供應器測量時，須串聯限流電阻，避免二極體因電流過大而損壞。若電源電壓為 $V_S$、串聯電阻為 $R$，則二極體電流可由電阻壓降計算：

其中 $V_R$ 為電阻兩端電壓，$V_D$ 為二極體兩端電壓。

解題方法

一、準備與接線

先確認電源供應器輸出為零，關閉輸出後接線。以電源正端經限流電阻 $R$ 接二極體，再由二極體接回電源負端；將電壓表並聯在二極體兩端，量測 $V_D$。電源供應器應設有電流限制，並以小電流開始測試。

為避免未知穩壓電壓的二極體遭過大反向電壓損壞，反向測試應由低電壓逐步調高，並設置適當的電流限制。限流電阻可依預定測試電流選擇，例如：

實際測試電流應採保守的小值，並不得超過元件額定值；元件規格未知時，避免長時間或大電流測試。

二、判斷極性及基本好壞

先以小電壓正向偏壓測試，再將二極體反向接線測試。

• 正向偏壓：正常二極體會導通，端電壓呈現正向壓降，電流隨供應電壓增加而上升。矽二極體的正向壓降通常約為 $0.6\sim0.8\text{ V}$，此值會隨電流及元件特性改變。
• 反向偏壓：在尚未進入崩潰區時，正常整流二極體應近似截止，電流很小。
• 短路故障：正、反向都呈現很大的電流，二極體兩端電壓很低，表示可能短路。
• 開路故障：正向測試仍無導通電流，表示可能開路。
• 反向漏電異常：尚未到崩潰區便出現明顯反向電流，表示元件可能漏電或損壞。

核心觀念

本題考查雙軌跡示波器的雙通道量測、時間差與相位差的換算，以及如何調整示波器設定來提高讀值解析度。兩個量測點的正弦波頻率相同時，一週期對應 $360^\circ$；若兩波形在同一方向過零點或同一峰值之間的時間差為 $\Delta t$，週期為 $T$，則相位差為：

其中 $f=1/T$。以共同的時間基準比較兩波形，較早到達相同特徵點的波形超前，較晚到達者落後。

解題方法與操作程序

1. 選擇量測點並接妥探棒 將 CH1、CH2 分別接到放大電路的兩個量測位置，兩支探棒的接地夾接至同一電路接地點。確認輸入阻抗與探棒倍率設定相符，並避免接地夾誤接到不同電位，以免造成短路或引入量測誤差。

2. 設定垂直通道 先以足以容納訊號的垂直刻度觀察波形，再調整各通道的 VOLTS/DIV，使波形盡量占滿螢幕高度且不削波。設定兩通道耦合方式一致；音頻正弦波量測通常使用 AC 耦合以去除直流位準。若需比較直流偏移，則使用 DC 耦合。調整垂直位置，使兩條波形都清楚可見，並確認振幅沒有超出顯示範圍。

3. 設定水平時基與觸發 選擇能在螢幕上顯示數個完整週期的 TIME/DIV，並微調至波形寬度適合讀取。以 CH1 作為觸發源，選擇穩定的上升緣或下降緣觸發；調整觸發位準至波形斜率較大的區域，使畫面穩定。兩通道須使用共同時基，避免以不同掃描基準比較相位。

4. 讀取週期與時間差 選取兩波形相同方向的特徵點，例如上升過零點，量出兩點間的水平格數 $n_{\Delta}$；另量一週期所占格數 $n_T$。若每格時間為 $\tau$，則：