ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕYΕΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗΣ

Transcript

1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕYΕΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Τροφοδοτικό τάσης dc power supply Γεννήτρια παλμών μεταβλητής συχνότητας function generator Πολύμετρο multi-meter Παλμογράφος oscilloscope Ψηφιακός μετρητής digital counter Ενισχυτής amplifier Μεταβλητή αντίστατη (ποτενσιόμετρο) variable resistor (potentiometer) Φωτοκύτταρο, φωτοδίοδος photocell, photodiode Laser Τροφοδοτικό τάσης Τα τροφοδοτικά είναι συσκευές που παρέχουν την απαραίτητη ισχύ στα κυκλώματα (ή αλλιώς στο φορτίο). Τα περισσότερα είναι σχεδιασμένα για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης εναλλασόμενου ρεύματος (AC) σε μία κατάλληλη παροχή χαμηλής τάσης για τα ηλεκτρονικά. Η διαθέσιμη τάση δικτύου στην Ελλάδα είναι 220 V, η οποία εναλλάσσεται σε συχνότητα Hz. Πρέπει λοιπόν, για να τροφοδοτήσουμε οποιοδήποτε ηλεκτρονικό κύκλωμα από την τάση του δικτύου να τη μετασχηματήσουμε πρώτα σε τάση μικρότερη ή μεγαλύτερη των 220 V και στην συνέχεια να την ανορθώσουμε, ανάλογα με τις προδιαγραφές του κυκλώματος που θα τροφοδοτήσουμε. Ένα απλό τροφοδοτικό αποτελείται από 4 τμήματα 1. Μετασχηματιστής: Ανυψώνει ή υποβιβάζει την εναλλασόμενη τάση (ΑC), ανάλογα με τη σταθερής τιμή της τάσης (DC ) που θέλουμε. 2. Ανορθωτής: Καταργεί τις αρνητικές ημιπεριόδους της AC τάσης. 3. Φίλτρο: Εξομαλύνει τις κυματώσεις της ανορθωμένης τάσης. 4. Σταθεροποιητής: Διατηρεί τη DC τάση σταθερή, ανεξάρτητα από την αντίσταση της τροφοδοτούμενης βαθμίδας.

2 Το τροφοδοτικό που χρησιμοποιείται, σχήμα 1, είναι της εταιρίας PHYWE και παρέχει στο φορτίο σταθερή τάση, ανεξάρτητη από το ρεύμα που διαρρέει το φορτίο. Από την έξοδο (output) παίρνουμε τη συνεχή τάση. Προσοχή στην σωστή πολικότητα +/- των εξόδων. Τα χρώματα της εξόδου μιας συνεχούς τάσης ενός τροφοδοτικού είναι συνήθως κόκκινο και μαύρο. Στην κόκκινη υποδοχή παίρνουμε το θετικό πόλο της τάσης και στη μαύρη (μπλέ) υποδοχή παίρνουμε το αρνητικό πόλο. Η επιθυμητή κλίμακα της τάσης επιλέγεται με το κουμπί <<voltage>>. Το κουμπί πρέπει να είναι γυρισμένο τελείως αριστερόστροφα πριν θέσουμε σε λειτουργία το τροφοδοτικό. Μέγιστη προσοχή πρέπει να δίνεται σε ποια σημεία του κυκλώματος συνδέονται τα τροφοδοτικά. Σχήμα 1: Τροφοδοτικό τάσης/ρεύματος της εταιρίας PHYWE, τάση εξόδου 0 12 V. Γεννήτρια παλμών μεταβλητής συχνότητας Η γεννήτρια, σχήμα 2, δίνει συχνότητες τριών κυματομορφών (ημιτονοειδείς, τετραγωνικοί, τριγωνικοί παλμοί). Η γεννήτρια που θα χρησιμοποιηθεί είναι της εταιρίας PHYWE και μπορεί να δώσει σήματα με συχνότητες από 0.1 Hz μέχρι 100 khz. Το πλάτος του σήματος (amplitude) στην έξοδο (output) μπορεί να ρυθμιστεί μέχρι την τιμή V pp = 20 V. (V pp : τάση από κορυφή σε κορυφή «peak to peak = 2V o ) Σχήμα 2: Γεννήτρια παλμών μεταβλητής συχνότητας της εταιρίας PHYWE. 2

3 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ρύθμιση της συχνότητας: Η ρύθμιση της συχνότητας γίνεται μέσω ενός βαθμολογημένου ρυθμιστή. Υπάρχουν επιπλέον οι ενδείξεις της κλίμακας μεγέθους x Ηz. Το γινόμενο των ενδείξεων του βαθμολογημένου ρυθμιστή επί την κλίμακα μεγέθους δίνει τη τελική συχνότητα του σήματος εξόδου. Πολύμετρο Το πολύμετρο είναι ένα ηλεκτρονικό όργανο που μπορεί να μετρήσει την τάση, την ένταση και την αντίσταση σ ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε με αρκετά καλή ακριβεία, σχήμα 3 α. Στον περιστροφικό επιλέγουμε τάση, ένταση ή αντίσταση. Οι τιμές αυτές αντιστοιχούν στη μέγιστη τιμή που μπορεί να μετρήσει κάθε φορά το πολύμετρο. Καλύτερο είναι να ξεκινάμε από τις μεγαλύτερες τιμές και να υποβιβάζουμε. Χρησιμοποιώντας απλά πολύμετρα είναι δυνατό να μετρηθούν μόνο ενεργές (rms= root mean square) τιμές της τάσης και της έντασης. Σχήμα 3 α : Φορητό ψηφιακό πολύμετρο Σχήμα 3 β : Ένα αμπερόμετρο (Α) συνδέεται σε σειρά για την μέτρηση της έντασης του ρεύματος και ένα βολτόμετρο (V) συνδέεται παράλληλα για την μέτρηση της διαφοράς δυναμικού (την τάση) στα άκρα της αντίστασης R 2. Μέτρηση έντασης ρεύματος: Ο μετρητής του ρεύματος λέγεται αμπερόμετρο. Για τον προσδιορισμό του ρεύματος σε ένα σύρμα πρέπει να κόψουμε το σύρμα (σημεία α και β στο σχήμα 3 β ) και να παρεμβάλουμε το αμπερόμετρο έτσι ώστε το ρεύμα να διαρρέει το όργανο. Δηλαδή, το αμπερόμετρο συνδέεται πάντα σε σειρά. Ένα ιδανικό αμπερόμετρο πρέπει να έχει εσωτερική αντίσταση R A μηδέν. Στο κύκλωμα του σχήμα 3 β η αναγκαία συνθήκη, με την προϋπόθεση ότι το βολτόμετρο δεν είναι συνδεμένο, είναι 3

4 R A r + R 1 + R 2 (1) Η παράλληλη σύνδεση του αμπερόμετρου οδηγεί σε μεγάλο ρεύμα διαρροής (ρεύμα βραχυκύκλωσης). Πρακτικά (σχήμα 3 α ), συνδέουμε το μαύρο καλώδιο στη θέση COM και το κόκκινο στη θέση mα. Ανάλογα με το αν επιθυμούμε να μετρήσουμε συνεχή (dc, DC, ) ή εναλλασσόμενη (ac, AC, ~) ένταση ρεύματος γυρνάμε τον διακόπτη στην αντίστοιχη θέση. Μέτρηση τάσης: Ο μετρητής διαφορών δυναμικού σε ένα κύκλωμα λέγεται βολτόμετρο. Για να βρούμε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων κυκλώματος πρέπει να συνδέσουμε τους ακροδέκτεις του βολτομέτρου σε δύο σημεία του κυκλώματος χωρίς να κόψουμε το κύκλωμα (σημεία γ-δ, σχήμα 3 β ). Δηλαδή, το βολτόμετρο συνδέεται πάντα παράλληλα με την κατανάλωση ή την πηγή που επιθυμούμε να μετρήσουμε την τάση της. Ένα ιδανικό βολτόμετρο έχει άπειρη αντίσταση, R V R 1 (2) Η εν σειρά σύνδεση του βολτόμετρου αποτελεί στοιχείο του κυκλώματος και μεταβάλλει το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα και επόμενως και τη διαφορά δυναμικού που μετράμε. Πρακτικά, (σχήμα 3 α ), συνδέουμε το μαύρο καλώδιο στη θέση COM και το κόκκινο στη θέση V/Ω. Ανάλογα με το αν επιθυμούμε να μετρήσουμε συνεχή (dc, DC, ) ή εναλλασσόμενη (ac, AC, ~) τάση γυρνάμε το διακόπτη στην αντίστοιχη θέση. Μέτρηση αντίστασης: Συνδέουμε το μαύρο καλώδιο στη θέση COM και το κόκκινο στη θέση V/Ω. Παλμογράφος Ο παλμογράφος, σχήμα 4, είναι ένα όργανο το οποίο, κατ αρχήν, παρέχει την δυνατότητα να απεικονισθεί γραφικά 1. Μια τάση σε σχέση με το χρόνο (λειτουργία Χ/Τ) 2. Μια τάση σε σχέση με μια τάση (λειτουργία Χ/Υ) Οι είσοδοι ονομάζονται κανάλια (CH1, CH2), και οι τάσεις ονομάζονται σήματα. Οι τάσεις εισέρχονται στον παλμογράφο μέσω ομοαξονικών θωρακισμένων (shielded) καλωδίων τα οποία συνδέονται στις εισόδους του παλμογράφου μέσω βυσμάτων BNC. Μία από τις πιο συχνές χρήσεις του παλμογράφου είναι η αντιμετώπιση προβλημάτων δυσλειτουργίας στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Ένα βολτόμετρο, για παράδειγμα, μπορεί να δείξει μια εντελώς απροσδόκητη τάση, αλλά ο παλμογράφος μπορεί να αποκαλύψει ότι το κύκλωμα ταλαντώνεται. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας απλά βολτόμετρα είναι δυνατό να μετρηθούν μόνο ενεργές 4

5 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ (rms= root mean square) τιμές και όχι η εξάρτηση ενός ηλεκτρικού σήματος από το χρόνο ή τη συχνότητα. Έτσι το κύριο πλεονέκτημα ενός παλμογράφου είναι ότι μπορεί να δείχνει μια γραφική απεικόνιση του ηλεκτρικού σήματος. Mπορούμε να μετρήσουμε με ικανοποιητική ακρίβεια τα χαρακτηριστικά ενός σήματος, όπως το πλάτος, η περίοδος, η συχνότητα και η διαφορά φάσης μεταξύ δύο σημάτων. Ο παλμογράφος έχει γειωμένα, τα εξωτερικά περιβλήματα των ακροδεκτών BNC και όλα τα σήματα μετρώνται ως προς αυτή. (Αυτό δεν ισχύει για το βολτόμετρο που γενικά δεν είναι γειωμένο). Ο παλμογράφος που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο φυσικής είναι δικαναλικός (ΑΤΕ 3325, Dual Trace Oscilloscope) και παρουσιάζεται στην εικόνα 4. 5

6 Σχήμα 4: Τα βασικά λειτουργικά μέρη της πρόσοψης του παλμογράφου ATE 3325 πλήκτρα, διακόπτες λειτουργίας No Οδηγίες λειτουργίας του παλμογράφου POWER ON 1 Διακόπτης ON INTENSITY 2 Ρυθμίζει την ένταση της δέσμης FOCUS 3 Ρυθμίζει την εστίαση της δέσμης INPUT BNC Y1 (CH1) 4α, 4β Είσοδος του παλμογράφου και Y2 (CH2) V/div CH1 and CH2 5α, 5β Βαθμονομημένος διακόπτης εξασθένησης από 5 mv 20 V/div (ATTENUATOR) TIME BASE 6 Βαθμονομημένος διακόπτης εξασθένησης από 0.5 μs 0.2 s/div 7α, 7β Ρυθμίζει την κάθετη κίνηση της δέσμης 8 Ρυθμίζει την οριζόντια κίνηση της δέσμης dc/ac για CH1 και CH2 9α, 9β Επιλέγει την συζεύζη των κανάλιων CH1 ή CH2 gnd/ct1 για CH1 και 10α, Στη θέση gnd μόνον η είσοδος του ενισχυτού γειώνεται gnd/ct2 για CH2 10β DUAL/MONO 11 Στη θέση MONO εμφανίζεται μόνο το κανάλι CH1 στην οθόνη, ενώ στη θέση DUAL εμφανίζονται και τα δύο κανάλια στην οθόνη SWP/X-Y 12 Μετατρέπει το κανάλι CH2 σε είσοδο Χ και καθιστά δυνατή τη χρήση του παλμογράφου σε Χ-Υ λειτουργία 7 6

7 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Τα βασικά μέρη ενός παλμογράφου είναι τα παρακάτω: Kαθοδικός σωλήνας (Cathode Ray Tube-CRT), με τη βοήθεια του οποίου γίνεται η απεικόνιση της μετρούμενης τάσης. Ενισχυτές οριζόντιας και κατακόρυφης απόκλισης, που χρησιμεύουν στη σωστή απεικόνιση του σήματος εισόδου. Κύκλωμα παραγωγής πριονωτής τάσης, που χρησιμεύει στην απεικόνιση της υπό εξέταση τάσης σαν συνάρτηση του χρόνου. Κύκλωμα σκανδαλισμού, με τη βοήθεια του οποίου λαμβάνουμε σταθερές κυματομορφές στην οθόνη του παλμογράφου. O καθοδικός σωλήνας Το σημαντικότερο μέρος του παλμογράφου είναι ο καθοδικός σωλήνας, σχήμα 5. Τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται από μια θερμαινόμενη κάθοδο και με τη βοήθεια ενός ρυθμιστικού ηλεκτροδίου που την περιβάλλει επιλέγεται ο αριθμός τους που θα σχηματίσει τη δέσμη. Με ένα ποτενσιόμετρο, που βρίσκεται στην μπροστινή όψη του παλμογράφου, μεταβάλλουμε το δυναμικό του ρυθμιστικού ηλεκτροδίου και έτσι μεταβάλλεται και ο αριθμός των ηλεκτρονίων που θα σχηματίσουν τη δέσμη. Με αυτό τον τρόπο ελέγχουμε τη φωτεινότητα (Intensity) της δέσμης. Σχήμα 5: Καθοδικός σωλήνας του παλμογράφου. Τα εκπεμπόμενα από την κάθοδο ηλεκτρόνια επιταχύνονται και εστιάζονται από ένα σύστημα ανόδων. Με τη βοήθεια ενός ποτενσιόμετρου που βρίσκεται στη μπροστινή πλευρά του παλμογράφου, ρυθμίζουμε τα δυναμικά του συστήματος ανόδων. Με τον τρόπο αυτό μεταβάλλουμε την εστίαση (Focus) της δέσμης στην οθόνη του παλμογράφου. Η κάθοδος, το ρυθμιστικό ηλεκτρόδιο, η πρώτη και η δεύτερη άνοδος αποτελούν το κανόνι ηλεκτρονίων του καθοδικού σωλήνα. Η δέσμη των ηλεκτρονίων καθώς εξέρχεται από το κανόνι ηλεκτρονίων, περνά από τα πλακίδια κατακόρυφης και οριζόντιας απόκλισης τα οποία είναι ζεύγη πλακιδίων, με επίπεδα κάθετα μεταξύ 7

8 τους, στα οποία εφαρμόζονται κατάλληλες εσωτερικές ή εξωτερικές τάσεις. Με την επίδραση των παραπάνω τάσεων η κηλίδα μπορεί να μετακινείται είτε στον οριζόντιο, είτε στον κατακόρυφο άξονα. Έτσι, η θέση της κηλίδας στην οθόνη του παλμογράφου αναφέρεται σε σύστημα καρτεσιανών συντεταγμένων και η κίνηση της είναι η συνισταμένη των επιμέρους κινήσεων που αντιστοιχούν στους δύο άξονες. Η οθόνη είναι επιχρισμένη με λεπτό στρώμα από φθορίζον υλικό και καθώς τα ηλεκτρόνια προσπίπτουν σε αυτή σχηματίζεται μια φωτεινή κηλίδα. Ενισχυτές οριζόντιας και κατακόρυφης απόκλισης Σε πολλές εφαρμογές μετράμε είτε πολύ μικρά, είτε πολύ μεγάλα σήματα, με αποτέλεσμα να υπάρχει δυσκολία στη σωστή απεικόνιση τους πάνω στην οθόνη του παλμογράφου. Για το σκοπό αυτό παρεμβάλλονται ενισχυτές / εξασθενητές μεταξύ των σημάτων εισόδου και των πλακιδίων απόκλισης. Με τη βοήθεια επιλογέων ρυθμίζεται η απολαβή των παραπάνω ενισχυτικών διατάξεων, έτσι ώστε να δίνουν μια καθορισμένη απόκλιση για δοσμένη τάση εισόδου. Συνήθως, η ευαισθησία του παλμογράφου δίνεται σε V/cm=V/div ή σε mv/cm=mv/div (div: division- υποδιαίρεση). Κύκλωμα παραγωγής πριονωτής τάσης Στις περισσότερες περιπτώσεις, απαιτείται η απεικόνιση μιας τάσης σαν συνάρτηση του χρόνου. Στα πλακίδια κατακόρυφης απόκλισης εφαρμόζεται το σήμα που θα απεικονιστεί και στα πλακίδια οριζόντιας απόκλισης μια εσωτερικά παραγόμενη πριονωτή τάση. Καθώς η τάση αυξάνει με το χρόνο η κηλίδα αρχίζει να κινείται ομαλά προς τα δεξιά και μετά από χρόνο Τ, ο οποίος ονομάζεται περίοδος σάρωσης, επιστρέφει στο αρχικό σημείο. Η περίοδος της σάρωσης καθορίζει και τον αριθμό των αντιστοίχων περιόδων του σήματος εισόδου, οι οποίες θα εμφανιστούν στην οθόνη του παλμογράφου. Για παράδειγμα, εάν η περίοδος Τ είναι τέσσερεις φορές μεγαλύτερη από τη περίοδο του εφαρμοζόμενου σήματος, τότε θα εμφανιστούν τέσσερεις κύκλοι του. Για να ρυθμίζουμε τη περίοδο σάρωσης υπάρχει ο επιλογέας βάσης/χρόνου (time-base) στον παλμογράφο, με τον οποίο ουσιαστικά ρυθμίζεται η ταχύτητα σάρωσης της οθόνης. Ο επιλογέας είναι βαθμολογημένος σε sec/div, msec/div και μsec/div (div: division- υποδιαίρεση). Κύκλωμα σκανδαλισμού Για να δούμε στην οθόνη του παλμογράφου σταθερή εικόνα κάποιου σήματος, πρέπει η σάρωση να αρχίζει την ίδια χρονική στιγμή της περιόδου του σήματος. Σε αντίθετη περίπτωση, η κυματομορφή θα φαίνεται σαν να κινείται στην οθόνη του παλμογράφου. Για την αποφυγή του παραπάνω προβλήματος, απαιτείται ένα κύκλωμα το οποίο θα συγχρονίζει την εφαρμογή της πριονωτής τάσης και το σήμα εισόδου. Αυτό είναι το κύκλωμα σκανδαλισμού (Trigger) που λειτουργεί ως εξής: στην είσοδο του υπάρχει ένα κύκλωμα δειγματοληψίας, το οποίο συνδέεται είτε με το προς απεικόνιση σήμα, είτε με κάποιο άλλο εξωτερικό σήμα που αποτελεί την πηγή του σκανδαλισμού. Στον παλμογράφο υπάρχει κατάλληλος επιλογέας (Source) που επιλέγει την πηγή του σκανδαλισμού. Όταν η στάθμη εισόδου στο κύκλωμα σκανδαλισμού φτάσει σε κάποια καθορισμένη τιμή, τότε η έξοδος του δίνει ένα παλμό. Αυτός 8

9 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ διεγείρει το κύκλωμα πριονωτής τάσης δίνοντας εντολή για την παραγωγή της και έτσι η κηλίδα αρχίζει να σαρώνει οριζόντια την οθόνη του παλμογράφου, ξεκινώντας την ίδια στιγμή της περιόδου του υπό παρατήρηση. Ψηφιακός μετρητής (digital counter) Ο ψηφιακός μετρητής, σχήμα 6, χρησιμοποιείται για μέτρηση χρόνων, συχνοτήτων και παλμών. Στο εργαστήριο χρησιμοποιούμε ένα ψηφιακό μετρητή της εταιρίας PHYWE (Εύρος τάσης V pp = V, εύρος συχνότητας f = 0,1 Hz MHz). Για την ενεργοποίηση μιας μέτρησης της συχνότητας ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα: 1. Συνδέστε τις υποδοχές εισόδου (Eingang/Input) του ψηφιακoύ μετρητή απευθείας με σήμα ημιτονοειδούς μορφής από τη γεννήτρια χαμηλών συχνοτήτων. Το πλάτος του σήματος (Amplitude) της γεννήτριας πρέπει να είναι προρυθμισμένο περίπου στη μέση (~3 V). 2. Πατώντας το κουμπί <Function> αλλάζει ο τρόπος λειτουργίας. Ο επιλεγμένος τρόπος λειτουργίας, για παράδειγμα για τη συχνότητα»freq«, υποδεικνύεται από ένα μικρό φως πάνω από το κουμπί. 3. Ξεκινήστε τη μέτρηση πατώντας το κουμπί <START>. Σχήμα 6: ψηφιακός μετρητής της εταιρίας PHYWE Οι παρακάτω ενδείξεις είναι δυνατές: Εύρος μέτρησης ανάλυση 0.00 Hz Hz 10 mhz khz khz 0.1 Hz MHz MHz 10 Hz Ενισχυτής Ενισχυτής, σχήμα 7, ονομάζεται η ηλεκτρικό ή ηλεκτρονικό όργανο που παίρνει ένα σήμα στην είσοδό του και το αποδίδει ενισχυμένο κατά πλάτος στην έξοδό. 9

10 Σχήμα 7 α : Ενισχυτής της εταιρίας PHYWE Σχήμα 7 β : Τα πιο σημαντικά στοχεία του ενισχυτή (2) είσοδος (από το φωτοκύτταρο, (3) έξοδος (προς στο βολτόμετρο), (6) ρυθμίζει γραμμή βάσης, (7) ρυθμίζει την ενίσχυση ( ) Το εύρος της τάσης εισόδου είναι V. Αν επιλέξουμε μια (υπερβολική) υψηλή ενίσχυση, η τάση εξόδου αυξάνεται το πολύ σε περίπου 14 V. Σε αυτήν τη περίπτωση, η έξοδος του ενισχυτή είναι κορεσμένη. Αυτό δεν θα βλάψει τον ενισχυτή, αλλά τα αποτελέσματα της μετρήσης μπορεί να είναι παραμορφωμένα. Μεταβλητές αντίστασεις (ποτενσιόμετρο) Μεταβλητές αντίστασεις χρησιμοποιούνται για να μεταβάλουμε ή αλλάξουμε την αντίσταση σε ένα κύκλωμα, σχήμα 8 α. Τα ποτενσιόμετρα χρησιμοποιούνται ως συσκευές ρύθμισης της τάσης σε ενισχυτές, ραδιόφωνα, τηλεοράσεις και άλλα ηλεκτρικά όργανα. Η ονομαστική αντίσταση μιας μεταβλητής αντίστασης είναι η αντίσταση ολόκληρου του αντιστάτη μεταξύ των άκρων 1 και 3, σχήμα 8 β. Μεταξύ των ακροδεκτών 1 και 2 ανάλογα με τη θέση του βραχίονα έχουμε κλάσμα της αντίστασης από 0 έως 100% R. Καθώς ο βραχίονας περιστρέφεται, το σημείο που έρχεται σε επαφή με την αντίσταση μετακινείται και συνεπώς η αντίσταση μεταξύ του άκρου του βραχίονα και του σταθερού άκρου της αντίστασης μεταβάλλεται. Σχήμα 8 α : Ποτενσιόμετρο Σχήμα 8 β : Στοιχεία ποτενσιομέτρου 10

11 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Φωτοκύτταρο -Φωτοδίοδος Η λειτουργία της συσκευής στηρίζεται στο φωτοβολταϊκό φαινόμενο και χρησιμοποιείται για φωτομετρήσεις, στον ομιλούντα κινηματογράφο, στην τηλεόραση, στην τηλεφωτογραφία, στους φωτοπολλαπλασιαστές και σε διάφορες διατάξεις αυτοματισμού. Γενικά, η πρόσπτωση μιας φωτινής ακτινοβολίας προκαλεί στη δίοδο ημιαγωγών ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Η πρόσπτωση φωτός επαρκώς υψηλής συχνότητας στην περιοχή της ένωσης μιας διόδου μπορεί να προκαλέσει μεταπήδηση ηλεκτρονίων από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας και να δημιουργήσει ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών που αυξάνουν την αγωγιμότητα της φωτιζόμενης περιοχής. Τα ημιαγώγιμα υλικά απορροφούν το φως σε μία χαρακτηριστική κλίμακα μήκους κύματος, για παράδειγμα: 250 nm έως 1100 nm για το πυρίτιο, και 800 nm έως 2.0 μm για GaAs. Σχήμα 9: Μέσα στο κύτταρο υπάρχει μία επαφή p-n όπως ακριβώς και στη δίοδο. Τα φωτόνια του φωτός που προσπίπτουν στο κύτταρο οδηγούν τα ηλεκτρόνια εκτός της ζώνης σθένους προς τη ζώνη αγωγιμότητας. Με τη διαδικασία αυτή η κίνηση του ηλεκτρονίου μέσα από τη ζώνη μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Laser Eίναι ακρωνύμιο του «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, (ενίσχυση φωτός από εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας). Η ακτινοβολία laser χαρακτηρίζεται από ένα υψηλό βαθμό: Μονοχρωματικότητας, δηλαδή φως με συγκεκριμένο μήκος κύματος-χρώμα Συμφωνίας Κατευθυντικότητας Λαμπρότητας Στο εργαστήριο χρησιμοποιούμε ένα laser He-Ne με μύκος κύματος nm της εταιρίας PHYWE. (Wavelength nm, Optical output power 1.0 mw, Beam diameter 0.5 mm). Βιβλιογραφία [1] «Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Συστήματα, Εισαγωγή στο Εργαστήριο», ΕΘΝΙΚΟ ΜEΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ, Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, Τομέας ΜΚ&ΑΕ. [2] M. Gussow, «Ηλεκτρισμός και Μαγνητισμός», McGraw-Hill, New York, ΕΣΠΙ Αθήνα, [3] 11

12 [4] R. A. Serway, «Physics for Scientists and Engineers, Volume 2», Saunders College Publishing, [5] H. D. Young, «Φυσική Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική, Συγχρονή Φυσική», Τόμος B, εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα, [6] Θ. Λ. Δεληγιάννης, «Ηλεκτρονικά Αναλογικά Κυκλώματα, Τόμος Β», [7] Phywe Operating Instructions, Universal measurement amplifier ( ) Power supply 0-12 V ( ) Function generator ( ), Digital counter, 4 decades ( ), Laser, He-Ne 1.0 mw, 220 V AC ( ). [8] 12