ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων"

Ξανθίππη Βενιζέλος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Συνδεσμολογίες Παράλληλων Αντιστάσεων και Χρήση Ποτενσιόμετρου στη Διαίρεση Τάσης και Ρεύματος ιδάσκων: ρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήµιο Κύπρου Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

2 Ατζέντα 1. Παρατηρήσεις από τις 2 επαναληπτικές ασκήσεις 2. Ύλη ενδιάμεσης θεωρητικής εξέτασης [15/10/14] 3. Μετρήσεις σε κυκλώματα με παράλληλες αντιστάσεις. 4. Διαιρέτης τάσης με χρήση ποτενσιόμετρου 5. Διαιρέτης ρεύματος με χρήση ποτενσιόμετρου 6. Γραμμικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία 7. Θεώρημα Thevenin Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 2

3 Παρατηρήσεις από τις 2 επαναληπτικές ασκήσεις Εύρεση Rmin και Rmax από τον περιορισμό του Ι Υπολογισμός λόγου αντιστάσεων Vout/Vrest = Rout/Rrest Επιλογή Rout και υπολογισμός Rrest Έλεγχος αν Rmin < (Rout + Rrest) < Rmax Υλοποίηση κυκλώματος και επιβεβαίωση με μετρήσεις Επηρεασμός αντίστασης οργάνου μέτρησης Αβεβαιότητα και αριθμός δεκαδικών Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 3

4 Ύλη και ομάδες ενδιάμεσης θεωρητικής εξέτασης Εργαστηριακές Ασκήσεις και Επαναληπτικές Ερωτήσεις Ρυθμίσεις οργάνων μέτρησης (Πολύμετρο, Παλμογράφος), Γεννήτριας και Τροφοδοτικού DC) Youtube Videos!!! Θεωρητική επίλυση κυκλωμάτων με αντιστάσεις Σχεδιασμός κυκλωμάτων βάσει προδιαγραφών Μονάδες μέτρησης και τάξη μεγέθους (p, n, μ, m, k, M, G, T) Υπολογισμός Αβεβαιότητας και σημαντικών ψηφίων Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 4

5 Μετρήσεις σε κυκλώματα με παράλληλες αντιστάσεις Τι θα συμβεί στο Rολικό αν προστεθεί ή αφαιρεθεί μια αντίσταση (μικρή ή μεγάλη) Τι θα συμβεί στο I των άλλων αντιστάσεων αν προστεθεί ή αφαιρεθεί μια αντίσταση (μικρή ή μεγάλη) Τι θα συμβεί στο Iολικό αν προστεθεί ή αφαιρεθεί μια αντίσταση (μικρή ή μεγάλη) Τι θα συμβεί στο V αν προστεθεί μια αντίσταση 50Ω παράλληλα στις ήδη παράλληλες αντιστάσεις Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 5

Διαιρέτης τάσης με χρήση ποτενσιόμετρου Το ποτενσιόµετρο έχει µια σταθερή ολική αντίσταση µεταξύ των

Η ολική αντίσταση δεν ισούται ακριβώς µε το άθροισµα των 2 µεταβαλλόµενων αντιστάσεων λόγω

Ο τρόπος υπολογισµού των αντιστάσεων ενός διαιρέτη τάσης για τροφοδοσία φορτίου µε µικρή ή µεγάλη

6 Διαιρέτης τάσης με χρήση ποτενσιόμετρου Το ποτενσιόµετρο έχει µια σταθερή ολική αντίσταση µεταξύ των άκρων 1-3 και δύο µεταβαλλόµενες αντιστάσεις µεταξύ των άκρων 1-2 και 2-3. Προσοχή! Η ολική αντίσταση δεν ισούται ακριβώς µε το άθροισµα των 2 µεταβαλλόµενων αντιστάσεων λόγω κατασκευαστικού περιορισµού. Ο τρόπος υπολογισµού των αντιστάσεων ενός διαιρέτη τάσης για τροφοδοσία φορτίου µε µικρή ή µεγάλη Ωµική αντίσταση είναι ο ίδιος; Ποίες είναι οι επιπλέον πράξεις που πρέπει να γίνουν και πότε είναι αναγκαίες; Παράδειγµα µε γεννήτρια σηµάτων και µικρή R Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 6

7 Διαιρέτης Τάσης και Ρεύματος με ποτενσιόμετρο (Παραδείγματα με 1 και 2 ποτενσιόμετρα) Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 7

8 Γραμμικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία (Εκτός Θεωρητικής Εξέτασης 15/10/14) Ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται ως Γραμμικό εάν: Η τιμή εξόδου (τάση ή ρεύμα) να είναι ανάλογη με την τιμή της πηγής Vout(aV1) = a Vout(V1) + b και Η ολική απόκριση του κυκλώματος να είναι ίση με το άθροισμα των αποτελεσμάτων των επιμέρους πηγών Vout(V1+V2) = Vout(V1) + Vout(V2) Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 8

9 Πειραματικός Έλεγχος Αναλογικότητας και Επαλληλίας Για έλεγχο της αναλογικότητας, μετράμε την τάση εξόδου και μεταβάλλοντας την τάση εισόδου καταγράφουμε την τάση εξόδου. Αν η κλίση του Vout/Vin είναι σταθερή, τότε ισχύει η αναλογικότητα για την περιοχή Vin που εξετάστηκε. Για έλεγχο της επαλληλίας σε ένα κύκλωμα, μετράμε την τάση εξόδου με μόνο μια πηγή συνδεδεμένη στο κύκλωμα κάθε φορά. Αν το άθροισμα δίνει την τιμή της τάσης εξόδου με όλες τις πηγές συνδεδεμένες, τότε ισχύει η Επαλληλία. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 9

10 Θεώρημα Theveninκαι Ισοδύναμο κύκλωμα Οποιοδήποτε γραμμικό δίκτυο μπορεί να αντικατασταθεί με μια πηγή τάσης σε σειρά με μια αντίσταση. Η πηγή τάσης καλείται ισοδύναμη τάση Thevenin, και η αντίσταση καλείται ισοδύναμη αντίσταση Thevenin. Αυτό σημαίνει ότι η πηγή τάσης με την αντίσταση σε σειρά έχουν ακριβώς τα ίδια χαρακτηριστικά με το μέρος του κυκλώματος που αντικαθιστούν. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 10

11 Υπολογισμός κυκλώματος Thevenin Βήμα 1 Αφαιρέστε την αντίσταση (R) μέσω της οποίας επιθυμείτε να υπολογίσετε το ρεύμα ή την τάση στα άκρα της. Ονομάστε αυτά τα τερματικά (όπου η αντίσταση αφαιρέθηκε) a και b. Υπολογίστε την τάση σε αυτά τα ανοικτά τερματικά. Αυτή ονομάζεται τάση ανοικτού κυκλώματος ή ισοδύναμη τάση Thevenin, VTH. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 11

12 Υπολογισμός κυκλώματος Thevenin Βήμα 2 Υπολογίστε την αντίσταση στα ανοικτά τερματικά, ( a και b ) "κοιτάζοντας " από αυτά προς το υπόλοιπο κύκλωμα με όλες τις πηγές τάσης να αφαιρούνται και να αντικαθίστανται από τις εσωτερικές τους αντιστάσεις (εάν RInternal = 0, αντικαταστήστε την πηγή τάσης με βραχυκύκλωμα). π.χ. η αντίσταση RTH = R2+(R3//R4) στο πιο πάνω κύκλωμα Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 12

13 Ισοδύναμοκύκλωμα Thevenin Τώρα έχουμε τα συστατικά που χρειαζόμαστε για να δημιουργήσουμε το ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin όπως παρουσιάζεται πιο κάτω με τη χρησιμοποίηση των ισοδύναμων τιμών τάσης Thevenin και αντίστασης. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 13

14 Υπολογισμός κυκλώματος Thevenin Βήμα 3 Το ρεύμα (μέσω της R) το οποίο επιθυμούμε να υπολογίσουμε θα είναι: και η τάση στα άκρα της R θα είναι: I R = R V TH TH + R όπου: VTH είναι η ισοδύναμη τάση Thevenin βρήκαμε στο βήμα 1, RTH είναι η ισοδύναμη αντίσταση Thevenin που βρήκαμε στο βήμα 2, και R είναι η τιμή της αντίστασης που αφαιρέσαμε στο βήμα 1. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 14

15 Μέγιστη Μεταφορά Ισχύος Για οποιοδήποτε κύκλωμα, έχουμε μέγιστη μεταφορά Ισχύος στο φορτίο εάν ισχύει η σχέση: RLoad = Rthevenin ZLoad = Zthevenin* Παράδειγμα: Vs=15V, Rth=1kΩ Για RLoad = 500Ω, P = I*V = 15/1500 * 5 =50mW Για RLoad = 2kΩ, P = I*V = 15/3000 * 10 =50mW Για RLoad = 1kΩ, P = I*V = 15/2000 * 7.5 =56.25mW Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 15

16 Μαθησιακοί Στόχοι Εργαστήριο 5 Σχέση αντίστασης, τάσης και ρεύματος σε παράλληλες συνδεσμολογίες. Σχεδιασμός διαιρέτη τάσης με/χωρίς επίδραση του φορτίου Χρήση ποτενσιόμετρου σε διαιρέτη τάσης και ρεύματος Εμπέδωση των όρων αναλογικότητα, επαλληλία και γραμμικότητα Υπολογισμός ισοδύναμου κυκλώματος Thevenin Αντικατάσταση ενός κυκλώματος με το ισοδύναμο Thevenin και επαλήθευση Μέγιστη μεταφορά ισχύος Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 16

17 Απορίες Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 17

Σχετικά έγγραφα

Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γραμμικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία & Ισοδύναμο Κύκλωμα Thevenin Διδάσκων: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών