中央大學 機械系 電路電子學與實驗 整合課程 細目

NCU ME, Electric Circuits and Electronics Course, Integrated with Labs, list of contents

電路電子課程內容的大綱與認知架構 (依授課順序排列): 電路電子課程首頁請看這邊、 (**註:若有修改, 別忘了首頁中之大綱及本細目需要同步修訂)

[電路與分析] : [應用範例] : [實驗實作課題]

• L0= 計算軟體的使用:
  L0.1(原0.2)= Maple 解聯立方程式, 解微分方程式, with(inttrans), laplace(), invlaplace(), convert(parfrac,), factor;
  L0.2(原0.1)= Matlab 數據用矩陣來表示, 基本運算,基本函式庫,聯立方程式的數值解, 繪圖, 最小平方差近似估算.

• L1= 實驗室的整理 (基本規矩、 實驗紀錄與報告的撰寫、 手工具使用、 訊號線、插線盤、錫銲、烙鐵焊接、訊號線)、 直流電訊號之量測與儀器 (直流電源供應器 、 三用電錶量電壓、電流、電阻)、 接地的觀念、 電阻元件的電路特性與耐功率規格的體驗、 利用最小平方差法從元件電路特性數據中估算電阻值、 為觀察到現象而做的實驗設計與實驗程序的規劃

• L2= 變動訊號的觀測接地的觀念、 紀錄與其觀測儀器的使用 (產波器、示波器)、 鳥鳴器聲音訊號波形的捕捉與紀錄、 示波器之掃描觸發功能之應用

• 串聯、並聯觀念的有限: 惠氏電橋電路、 一個有各種電源的電路
• 獨立與相依電源的觀念: 電晶體放大器的放大作用、實體電路與電路特性示意圖、 輸入與輸出的觀念

• L3= 元件電路特性的量測、 發光二集體電路特性的觀測 與 其等效電路參數的估算、 示波器之X-Y作圖功能之應用、 為保護待測元件、為降低參數估算誤差而講究的實驗設計、 接地的觀念、 紀錄與其觀測儀器的使用 (產波器、示波器)、 公共接地的觀念、

• 輸出負載的觀念、 輸出的電路特性、線性電路、加成定理、 等效電路、輸出與輸入阻抗、 阻抗匹配、 負載效應、有可分段線性化元件的電路的解法(以LED為例)

• L3.1(原3.0)= KVL、KCL的驗證、儀器對電路的負載效應與干擾 及 量測結果的修正、 實驗量測誤差的估算、講究誤差的實驗設計

• 第一次段考 (分析、實作綜合測驗): 電路分析基礎、 儀器、實驗實作基礎
• 考試是要營造一個讓大家有一段相當長時間的專心專注的環境與氣氛, 使大家能深入的思考考試卷上所提出來的問題, 以便發掘過去學習的盲點, 並且對後續的課題做啟發式的引導。 因此參加考試的目的應該是在 不屈不撓的把考試所提出來的問題弄懂搞會。 不要因為操心現在要得到的分數而感到挫折或氣餒。
• 在這門課裡 總體戰的意義是 "在這門課結束的時候 你學會了多少比例!" 你是否能跳脫以往的 "看書 背書 考試"的槽廄, 懂得動手整理, 敢於嘗試, 會從嘗試中看到現象, 從現象中找到命題與巧思。
• "探索 分析 設計 試做 數據分析 驗證 改進 再上"。
• 這種能力的培養並不容易, 老師在前面拖, 只要你不氣餒, 只要你肯專心認命的跟著老師跑, 驀然回首您的功力就又有長進了!

• 電晶體放大器的放大作用 與 實用電路設計的觀念、 多級放大器/電路模組串接的分析、四端子輸入/輸出等效電路與傳遞函數 及其運用

• L4= 輸出阻抗 (產波器、直流電源供應器) 與 輸入阻抗 (示波器) 的量測、 等效電路參數的最小平方差估算

• 電晶體穩壓電路、共集極功率放大電路、最大輸出功率的阻抗匹配、差分放大器的放大作用 與 實用電路設計的觀念

• L5.1(原10前半)= 電晶體放大器: 偏壓設計、 交流耦合、 理想狀況下的電壓放大作用

• 假設一個理想的運算放大器: 元件特性方程式、應用電路的分析
  註解: 與實作是否能成功息息相關的 理想化的條件、理想假設的誤差、將在本課最後面討論

• 第二次段考 (分析、實作綜合測驗): 應用電路分析、 儀器、實驗應用分析、 (元件之電路特性、 等效電路、 負載效應)

• L6.1(原7)= 邏輯電路的基本觀念、 基本邏輯閘積體電路元件的特性與觀測(邏輯狀態的切換、 輸入輸出電壓間的關係、 輸入輸出間的時間延遲、 示波器之掃描觸發功能之應用)

• 簡化的汽車點火線圈電路的分析、 感應電壓的脈衝、 能量的轉換與消耗、 電殛的現象

• L6.2(原8)= 邏輯積體電路元件的輸出輸入等效電路特性、 驅動LED狀態顯示的介面電路的設計、 簡易邏輯積體電路元件電容性負載對邏輯狀態切換延遲的影響、 預測、觀察、 電路模型的驗證、 基本邏輯設計、 R/S正反器與賽跑現象、 系統狀態轉換圖及其在邏輯電路分析上的應用

• 電容、電感的能量的儲存與釋放、 代表能量儲存狀況的狀態變數、 初始條件的物理意義
• RLC電路的瞬態反應、 用拉氏轉換來解有起始時間的 微積分電路方程式、 從物理現象來合理的推出電路的初始條件、 初始值及最終值定理、

• 電路響應的動態特徵及其時間函數、 電路的特徵多項式、 驅動函數的特徵多項式、 瞬態反應與穩定態反應

• L7(原5)= 電感斷電脈衝的觀測、 簡化的點火電路的工作狀況、 示波器掃描觸發的運用、 從脈衝波形做電感值的估算、 產波器輸出阻抗對測試結果的影響、 衰減常數的最小平方差估算、 電殛的體驗
  汽車點火系統示範: 分電盤、白金接點、凸輪、高壓線圈、火星塞、(電路DIY:手繪線路圖、電路分析)

• 直流馬達、(簡易馬達示範)、電與磁之相互作用力、 電路特性、 機電系統動態的類比
• 機電系統動態分析: 指針式電錶的指針擺動的動態特性
• 直流馬達 飛輪動能儲能器的充能與放電

• L7.1(新)= 濾波器:高通、低通、帶通(主動式)、 電容的頻率響應:電解質、陶瓷、 數位接地、類比接地、接地迴路之雜訊干擾

• L8(原6)= 二階動態系統的動態特徵及調整(under、critical、over)、低阻泥瞬態反應特徵參數的最小平方差估算與理論值的相互驗証、 頻率響應的觀測、 利用X-Y顯示做放大率及相位差的觀測、 頻率響應之共振峰、共振品質、Q值D值、 濾波作用、 頻寬、 利用濾波造成聲音的立體效果、

• 穩定的太陽燈
• 感應馬達的旋轉磁場

• 第三次段考 (分析、實作綜合測驗): 瞬態電路分析、 儀器、實驗應用分析、 (電容、 電感、 邏輯元件之檢測與使用)

• 交流電功率及功率因素 週期函數之平方均方根 平均功率 波形因素 配電系統電纜的損失 功率因素的調整

• 變壓器: 物體磁化的現象、 磁路與電路的類比、 磁芯記憶體、
• 汽車點火高壓線圈繞線方式的解迷: 變壓器的觀念的活用 電容在點火電路中之作用

• 運算放大器積體電路應用電路的分析、 理想化的條件、 理想化條件下的元件特性方程式 及 其應用電路的分析

• L9= 運算放大器積體電路的應用: 理想化的分析與應用(加法放大放大器)、 理想化的條件與誤差、 頻率響應與頻寬、 微分器及其頻率響應及誤差、 積分器、
  [optional]穩定性補償(參考王迺愨老師應用電子學講義)
• [optional] L9.1(新)= 應變計訊號檢出(陳顯禎老師建議): 應變計 惠氏電橋 前置儀錶放大器 instrumentation amplifier
• [optional] L9.2(新)= OpAmp比較器、電壓位移、水位感測、類比與數位電路之介面電路設計

• [optional]電晶體的電路特性及其物理
• [optional] L5.2(原10後半及新)= 交流耦合的現象、 耦合電容所造成的頻寬限制、 觀查示波器的交流耦合電容對觀測到的訊號的濾波現象 (用雙通道 時間掃描 及 X-Y顯示)、 考慮溫度漂移係數及元件變異的設計(參考王迺愨老師講義): 電晶體放大器偏壓設計、

• [optional] L6.3(原8)= 邏輯電路設計: Karnough map, 最精簡實現法, 單筆二進位全加法器實作, 其他常用的邏輯元件的功能及特性介紹 (輸出電路: Totem Pole、Open Collector、Tri-State, 輸入電路: Schmit Trigger、Level Trigger、Edge Trigger, 功能: AND、OR、XOR、NOT、 buffer、driver、 counter、 decoder、encoder、multiplexer、 flip/flop: R/S、J/K、D、, 等)

• [optional] L10(新)= 直流馬達驅動電路、 飛輪二極體、 霍爾感測器(Hall effect sensor)、 電樞的作用
• [optional] L11(新)= 伺服控制電路(陳顯禎老師建議): LED亮度控制 LED-感光二極體耦合、 類比PID控制迴路

• 複習與檢討

• 期末考 "Now the end is near!" 總體戰成果的驗收。
• 這次考試及格的, 既往不究, 得免死牌。

• 附註: 其他(工程電子學中可以深入探討) 可以討論的應用電路 全波整流器、 整流倍壓電路、穩壓電路、 推挽式放大器、 電流鏡、 定電流源、 Norton 電流式放大器(視訊放大器)、振盪器、 各式運算放大器應用電路、 H形直流馬達切換驅動電路、 切換式電源供應電路