Learning Objectives
- 說出電源供應器、數位電錶、函數產生器、示波器與電子負載各自的用途
- 理解電源供應器的定電壓（CV）與定電流（CC），以及為什麼要設限流
- 知道數位電錶量電壓、電流、電阻的接法與注意事項
- 認識函數產生器的波形參數與示波器的時基、垂直刻度、觸發
先認識要控制的對象
寫程式控制儀器之前，要先知道每一台儀器在做什麼、有哪些設定。電子實驗室的工作台上最常見這五種：
| 儀器 | 做什麼 | 常見設定 |
|---|---|---|
| 電源供應器（power supply） | 提供穩定的直流電壓或電流 | 輸出電壓、限流、輸出開關 |
| 數位電錶（digital multimeter, DMM） | 量測電壓、電流、電阻、頻率等 | 量測功能、量程、積分時間 |
| 函數產生器（function generator） | 產生正弦波、方波、三角波等訊號 | 波形、頻率、振幅、偏移 |
| 示波器（oscilloscope） | 看電壓隨時間變化的波形 | 時基、垂直刻度、觸發 |
| 電子負載（electronic load） | 吸收電流，模擬用電的裝置 | 定電流、定電壓、定電阻、定功率模式 |
前兩種處理直流，第三、四種處理隨時間變化的訊號；電子負載則是反過來，用來測試電源（例如變壓器、充電器、電池）。 本課的範例在模擬工作台上把前四種各操作一次。程式先看大意就好，指令的寫法第 05～07 課會一步一步學。
本軌道的儀器是模擬的教學儀器（Uedu Sim）。各廠牌儀器的規格與指令細節不同，實際以該儀器的使用手冊與程式設計手冊為準。
電源供應器：定電壓與定電流
實驗室的電源供應器通常有兩個主要設定：電壓與限流（current limit）。它平常工作在定電壓（CV，constant voltage）模式， 輸出你設定的電壓，電流由負載決定（歐姆定律）。當負載需要的電流超過限流值，它自動切換成定電流（CC，constant current）模式： 降低輸出電壓，讓電流停在限流值。
限流是保護：接錯線、短路，或是像 LED 這種「電壓稍微高一點電流就暴增」的元件，限流可以避免元件燒毀。 良好的習慣是先設好電壓與限流，再打開輸出，量完就關閉輸出。
逐步看：限流改小，電源供應器從 CV 變成 CC
受測電路是一顆 LED 串 150 Ω 限流電阻。看電源供應器面板下方的模式標示，以及受測電路的電流：限流從 50 mA 改成 10 mA 時發生什麼事？
數位電錶：量什麼、怎麼接
數位電錶最常用的功能是直流電壓、直流電流、電阻，很多機型也能量交流、頻率、溫度、二極體與通路。三種量法的接法不同：
| 功能 | 接法 | 注意 |
|---|---|---|
| 電壓 | 測試線並聯在元件兩端 | 電錶內阻很高，幾乎不影響電路 |
| 電流 | 把電路斷開，電錶串聯在迴路上 | 電流檔內阻很低；誤接成並聯等於短路，可能燒斷電錶的保險絲 |
| 電阻 | 元件不能通電 | 電錶自己送一個小電流去量；電路有電時讀值錯誤，也可能損壞電錶 |
電錶的規格常寫成「6½ 位數」：最多顯示 6 位完整的數字，最前面再多半位（只能是 0 或 1）。位數越多，能分辨越小的變化。 量程（range）決定能量的最大值與解析度；積分時間（第 08 課的 NPLC）越長，讀值越穩定但越慢。
模擬工作台已經把電壓與電流兩種接法都接好；真實的電錶量電壓與量電流要把測試線插在不同的插孔，換功能時記得換插孔。
逐步看：同一台電錶量電阻、電壓、電流
受測元件是 1 kΩ 電阻。先在沒有電的時候量電阻，再通電量電壓與電流；最後故意在通電時量電阻，看電錶回傳什麼。注意電錶面板上「量測功能」跟著指令切換。
函數產生器與示波器
函數產生器產生隨時間變化的訊號，主要設定是：波形（正弦、方波、三角波、直流）、頻率（每秒重複幾次，Hz）、 振幅（常用峰對峰值 Vpp：最高點到最低點的電壓差）與偏移（offset，整個波形上下平移）。 許多函數產生器的振幅是以接 50 Ω 負載為準，接到高阻抗電路時實際電壓會不同，細節以手冊為準。
示波器把電壓畫成隨時間變化的波形。三個最基本的設定：
- 時基（time base）：水平方向每一格代表多少時間，例如 1 ms/格。
- 垂直刻度：垂直方向每一格代表多少電壓，例如 0.5 V/格，每個通道各自設定。
- 觸發（trigger）：波形穿過某個電壓（觸發準位）時開始畫，讓重複的波形停在畫面上同一個位置，不會一直跑動。
示波器有多個通道，可以同時看電路的輸入與輸出，這是函數產生器加示波器最常見的組合。 選示波器時要看頻寬與取樣率：要看的訊號頻率越高，需要的頻寬與取樣率越高。
逐步看：函數產生器送訊號，示波器同時看輸入與輸出
受測電路是 RC 低通濾波器（1 kΩ＋100 nF）：低頻訊號容易通過，高頻訊號被衰減。函數產生器接電路輸入（示波器 CH1，黃色），電路輸出接 CH2（藍色）。比較 1 kHz 與 5 kHz 時輸出的大小。
小測驗：電源供應器與數位電錶
電源供應器設定 12 V、限流 1 A，接上一個只需要 0.2 A 的電路。它工作在哪個模式？
要量流過一顆電阻的電流，數位電錶應該怎麼接？
程式在電路通電時送出 MEAS:RES?，電錶回傳 9.9E+37。這代表什麼？
小測驗：訊號與波形
示波器的「時基 1 ms/格」，畫面水平有 10 格。一個 1 kHz 的正弦波在畫面上會出現幾個完整週期？
下面的程式會印出什麼？（vpp 是峰對峰值，offset 是偏移）
vpp = 2.0
offset = 1.0
high = offset + vpp / 2
low = offset - vpp / 2
print(high, low)
要測試一個手機充電器在不同用電量下的輸出電壓是否穩定，最適合用哪一種儀器當「用電的一方」？
重點整理
- 電源供應器：設定電壓與限流；負載電流沒到限流是定電壓（CV），碰到限流變成定電流（CC）。先設好再打開輸出。
- 數位電錶：電壓並聯、電流串聯、電阻要斷電量；位數與量程決定解析度。
9.9E+37表示超出範圍。 - 函數產生器：波形、頻率、振幅（Vpp）、偏移、輸出開關。
- 示波器：時基（每格多少時間）、垂直刻度（每格多少電壓）、觸發（讓波形穩定）；多通道可以同時看輸入與輸出。
- 電子負載：吸收電流，用來測試電源。
下一課看電腦和這些儀器之間的「線」：RS-232、USB、LAN 與 GPIB 各有什麼特性、怎麼選。