2023/0222

所涉流暢度 在 電子實驗 常取決 於 電源、開關、顯示、和其它零件。

磁感測器領域是如此，剛結束的台灣燈會也是如此。

很多基本的實驗能力可培養 於 自己的 書房，而不需依賴專用的 實驗室或昂貴 的設備。

本頁就針對電源 去 介紹一些相關方法。

比如若想要在自己書房內練習簡易的 電子實驗，在電源上可考慮一些選擇 於 下圖。其中，

圖(A)有關 於 乾電池； 圖(B)有關 於 自行焊接的USB接頭 搭 5V的 手機充電變壓器 和 USB延長線；

圖(C)有關 於 市售的USB轉特殊電壓充電器；圖(D)有關於 12V的 充電器 搭 手焊插頭、單心線輸出入鎖定 或 12V電池。

這些電源都具有體積小、低噪音的優點，使用時不會吵到自己或室友。且各具有其獨特的 好處，其中，

(A)方便組合去產生單電壓、多電壓、或正負電壓 且 電壓穩定低噪。

(B)善用附加價值，因為，大家一般都已經有現成的電腦或5V變壓器予手機，只要用30元買個焊接式的 USB接頭 並 焊線 就能利用該變壓器的 輸出。

(C)的標定輸出電壓從3.7V到9V以上都可見於市，售價數百元不等。它們有時有較差的負載穩壓[請參照本書(簡稱"原理與應用")的第三章] 和 低準度。

(D)輸出12V，可被用在較老但便宜的IC產品(比如741放大器，扣掉高低軌旁的各2V，還有8V的擺幅，長年零售價約15元左右，很適合學生)。

(D)也有較大的降壓空間 較於 另三者，所以更能搭配線性LDO去做可調式穩壓 伴 較大可調範圍。

有了電源後，一般的電子實驗都會檢查電源電壓和元件特性，比如電池堆是否有3V或OP緩衝級輸出是否真鎖定輸入之類的。

此等檢查工作不一定需要依賴市售數百元的三用電表去完成，而可以用另一種電路去替代，咱先示範 於 下圖，再作解釋:

咱先略過細節，只要知道，上圖的電路可用LED燈 和 可變電阻的轉鈕角度 去 判斷出輸入的類比電壓高低。

而且，該電路於上圖有低成本小於150元。且由於電路簡單，更換零件和除錯都更容易 相較於 商用電錶。

因此，該電路可被輔助去檢查一般電錶是否讀數謬誤。

該電路的設計線路將被公布於下次更新(預計在4月底)。目前先留給讀者猜想其工作原理作為練習。

請讀者忽略該圖中浮接的電阻，並從原理上去想，如何用一外接定電壓源、LED、定電阻、可變電阻、和兩個OP去測量輸入電壓。

至於上圖做工欠精細請讀者先不計較。上圖黃線為待測電壓端，綠線為手動跳選端，紅線聯接外接電源，藍線聯接地。

2023/04/26補述

兩個月前前文提示了一種方法作為本次命題:

用一外接定電壓源、LED、定電阻、可變電阻、和兩個OP去測量輸入電壓。

其中OP 指的是OPerational amplifier，簡稱作運算放大器。

不講OPA的原因是因為市面上有放大器品牌用該三字母為編號，但其它放大器品牌則可能為其它編號，比如741系列。

讀者應該不難想到，本命題可運用兩個特徵去判斷輸入電壓。

其一為最高亮燈數量；其二為所涉角度 於 可變電阻 在 熄燈瞬間 於 一調調整過程。

理由如下:

因為每一LED有一導通電壓VD，於此假設為1.7V，故若輸入電壓為Vin=3V，則理論上可以點亮一個LED燈。

若使用者移動輸入電壓到頂端於兩個串聯的LED則無法點亮任何一個LED，因為 1.7V < Vin = 3V < 3.4V = 1.7V + 1.7V。

然後咱將Vin電壓接回到下方LED去點亮它。若咱扭轉轉扭於可變電阻，去間接地使Vin產生線性偏置，其正比於扭轉角度，

則當該轉扭被轉到某個角度時，LED燈會熄滅，表示此時Vin恰被降到了1.7V以下。

然後檢查旋轉角度，就可線性地判斷出偏置電壓為-1.3v，於是就可以推論原輸入電壓為1.7V - - 1.3V = 3V。

但若輸入電壓較小，使得一顆LED都無法被點亮，則咱一樣可以維持Vin在第一個LED的位置，然後扭轉該轉扭，直到LED恰被點亮。

然後憑藉扭轉角度咱可以推論出偏置電壓VOFF，則此時Vin=VD-VOFF。

實際的設計算式比以上概念稍微多一些，若讀者使用下圖的設計範例去實現。

上圖中的二極體代表發光二極體。入口電壓雖沒有緩衝級，但使用者可以自行加入若有需要。

量測過程涉及跳接出口和測點，也涉及調整可變電阻。

實際設計還有一些其它限制，比如所用OP並非真的線性於全軌域內。但這類問題可以被克服。

只要可調電壓範圍夠寬，則並不一定要全軌域線性的 產品 去 擔任OP任務。放大器產品間的價差可以有幾個數量級，

因此折衷性能去換價格常常是很必要的 事。若非要使用全軌域線性的OP做此專案，總成本於零件大約不會 低於 先前所說的 150元。

2023/08/22補述

咱說了一堆電源，當然不能漏掉家電插座。

若只用插座提供功率，那著實有點浪費，對電子實驗者來說。因為它還提供現成的 60Hz AC訊號，可以作為AC信號源。

回想咱在 "振盪器"單元裡考慮了RC常數 去 控制震盪頻率，過程需要回授結構，即便用最簡單的 鬆弛震盪器，也有一堆注意事項。

但若咱能直接把插座當成震盪源，那咱就不用去計較時間常數了，肯定信號一出來就是60Hz無誤。

對予 這種現成每家都有的 東西，咱怎能不好好利用呢?

一般使用家電有安全考量，需要降壓，且通常各種電器會用絕緣體去包覆降壓轉換電路，比如穩壓器，避免使用者觸電。

但那些大塊頭的 存在是為了要能提供功率，即，它們需要提供較大輸出電流。這乃 不同於 無負載的情況。

因此，若僅欲取得無負載的 參考AC信號，咱可用簡單的 電阻分壓 去 完成 ，如 下圖左方兩箭頭所指。

上圖展示的 電路串最左側第一級有個插頭，其可插入家電插座，去引出rms110V的 交流電壓。

隨後第二級的 分壓電阻降壓至10V峰對峰弦波。

分壓電阻區有塑膠套保護著。該透明塑膠套是 溯匚於 一般小飲料罐。且引線端有插銷機構，確保實驗者不被電擊。

但，分壓後的 電壓仍是弦波，並非數位方波。因此，第三級用二極體 和 遲滯反閘 去 處理弦波 並 轉出數位脈波。

該數位脈波具有小的 佔空比。但其後第四級的 計數器引入該脈波 作為 時鐘，並用高位元出口 去 獲得50%佔空比 並 除頻。

因為晢頻率 於 該高位元信號是倍數地 慢於 其在 該脈波，故若咱連接該位元到一LED，則可用肉眼檢查其頻率，並反推插座的 AC頻率。

這個實驗有兩個重要提示:

1. 要除頻不一定要自己手接數個D迭，委託個計數器 去 處理也行。

2. 若要倍頻，又要50%佔空比，可以先4倍頻 成 脈波型式，再用類似計數器的 方法 去 除頻到兩倍頻，如此就能解決問題。

因此，這個實驗算是提示了 方法 給 本書(簡稱"原理與應用")第5.5節的 提問，讀者可運用5.4節的 內容 去 幫助思考。