ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Εβδομαδιαία Εξέταση 3 Τετάρτη 24/10/2007

Transcript

1 Ημερομηνία: 3/1/27 Ονόματα: Ηλεκτράκης ΗΜΜΥ 23 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Εβδομαδιαία Εξέταση 3 Τετάρτη 24/1/27 Μια φορά και ένα καιρό, στο Μεγάλο Δάσος ζούσαν ευτυχισμένοι η Χιονάτη και οι Εφτά Νάνοι. Επειδή, όμως πάντα πλανιόταν η απειλή της κακιάς μάγισσας αποφάσισαν να φτιάξουν ένα σύστημα συναγερμού. Αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν έναν κρυμμένο διακόπτη έτσι ώστε να ηχεί μια σειρήνα όταν η μάγισσα τον πατήσει και το κύκλωμα κλείσει. Βρήκαν και μια σειρήνα η οποία όταν περνούσε από μέσα ρεύμα τουλάχιστον 2 ma μπορούσε να ακουστεί μέχρι και 3 χιλιόμετρα έτσι ώστε να έχουν χρόνο να κρυφτούν. Επειδή όμως οι νάνοι ήταν εφτά και ο καθένας είχε και την δική του γνώμη κατέληξαν με το πιο κάτω κύκλωμα. R3 switch 5 R6 1 V1 R2 R5 3 R4 1k Vout Rsirene 68 R7 R8 1 3 Το βλέπετε εσείς, οι φίλοι της Χιονάτης, Ηλεκτράκης και, και διαπιστώνετε ότι το κύκλωμα μπορεί να απλοποιηθεί σημαντικά. 1. Πως μπορείτε να απλοποιήσετε το κύκλωμα χωρίς να χρειαστεί να λύσετε θεωρητικά; (1) 2. Φτιάξτε το κύκλωμα και ακολουθήστε τη διαδικασία που θα σας επιτρέψει να το απλοποιήσετε. Εξηγείστε ξεκάθαρα και με λεπτομέρεια το κάθε στάδιο. (4) 3. Υλοποιήστε το απλοποιημένο κύκλωμα (όσο πιο κοντά μπορείτε χρησιμοποιώντας τα στοιχεία που διαθέτετε στο κουτί σας) και αποδείξετε ότι λειτουργεί όπως και το αρχικό σύστημα μέσα στα πλαίσια του 5% σφάλματος. Εξηγείστε ξεκάθαρα και τα συμπεράσματα σας. (5) (Σημείωση: Για τα δικά σας πειράματα δεν είναι ανάγκη να βάλετε τον διακόπτη.)

2 Ημερομηνία: 3/1/27 Ονόματα: Ηλεκτράκης Κάθε σταθμός στο Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων είναι εξοπλισμένος με τα πιο κάτω: Είδος Τιμή Ποσ. Είδος Τιμή Ποσ. Αντιστάσεις 1 Ω 2 Πηνία 1 mh 2 1 Ω 2 1 mh 2 3 Ω 2 47 mh 2 68 Ω 2 1 kω 2 Πυκνωτές 27 pf kω 2.22μF kω 2 1 μf kω μf kω μf kω 2 1 μf kω 2 1 μf kω kω 2 Δίοδοι 1Ν kω 2 1 kω 6 Ποτενσιόμετρα 1 kω 1 12 kω 2 22 kω 1 15 kω 2 22 kω 2 27 kω 2 33 kω 2 36 kω 2 56 kω 2 68 kω 2 91 kω 2 33 kω 2 1 MΩ 2

3 Ημερομηνία: 3/1/27 Ονόματα: Ηλεκτράκης 1. Το κύκλωμα μπορεί να απλοποιηθεί βρίσκοντας πειραματικά το ισοδύναμο Thevenin (1) 2. Η διαδικασία έχει ως εξής a. Κατασκευάζουμε το κύκλωμα. b. Αφαιρούμε τη R sirene και μετρούμε τη τάση του ανοικτού κυκλώματος (1) V th = 4.99 V c. Μετρούμε το ρεύμα χωρίς την R sirene. (1) Ι = ma d. Υπολογίζουμε την Rth. (2) R th =(V th /I)R m = 4.99/1.926m 1k = 1549 Ω 3. Υλοποιούμε και ελέγχουμε το πιο κάτω απλοποιημένο κύκλωμα. Μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε μεταβλητή αντίσταση αν διαθέτουμε, την οποία μετρούμε πριν τοποθετήσουμε στο κύκλωμα. Rth1 Rth2 Rth3 Rth4 1.2k Vth 4.99 Rsirene_th 68 a. Κατασκευάζουμε το κύκλωμα. (1) b. Αφαιρούμε τη R sirene και μετρούμε τη τάση του ανοικτού κυκλώματος (1) V th = V c. Μετρούμε το ρεύμα χωρίς την R sirene. (1) Ι = ma d. Υπολογίζουμε το %σφάλμα (2) %σφάλμα για V th = ( )/4.99 =.6% %σφάλμα για Ι = ( )/1.926 = 1.14% Βλέπουμε ότι το κύκλωμα λειτουργεί όπως και το αρχικό, μέσα στα πλαίσια του σφάλματος.

4 Ημερομηνία: 11/1/27 Ονόματα: Χιούη ΗλεκτροΝτάκ Λιούη ΗλεκτροΝτάκ ΗΜΜΥ 23 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Εβδομαδιαία Εξέταση 3 Πέμπτη 24/1/27 Μια φορά και ένα καιρό, στο Μεγάλο Δάσος ζούσαν ευτυχισμένοι η Χιονάτη και οι Εφτά Νάνοι. Επειδή, όμως πάντα πλανιόταν η απειλή της κακιάς μάγισσας αποφάσισαν να φτιάξουν ένα σύστημα που να ανιχνεύει τη θέση της από μακριά. Μέρος του κυκλώματος φαίνεται πιο κάτω. Για να λειτουργήσει σωστά όμως η συσκευή πρέπει αυτό το κύκλωμα να είναι γραμμικό μεταξύ Vin = 5 και 1 V. Καλούν λοιπόν εσάς, του φίλους της Χιονάτης, Ηλεκτράκη και Υπολογιστάκη, για να τους απαντήσετε το ερώτημα. R1 D1 R2 1ok D1N42 12 V1 Vin 1 D2 D1N42 V2 Vout R4 1. Τι πρέπει να ισχύει για να είναι ένα κύκλωμα γραμμικό; Εξηγείστε (με λόγια, όχι τύπους) τι σημαίνει/ουν ο/οι όρος/οι. (2) 2. Δείξετε πειραματικά αν και ποιο/α από το/τα πιο πάνω ισχύουν ή όχι. Εξηγείστε ξεκάθαρα και με λεπτομέρεια το κάθε στάδιο. (5) 3. Υπάρχει κάποια εύρος τιμών Vin όπου να ισχύει τουλάχιστον ένα από τα κριτήρια του μέρους 1 μέσα στα πλαίσια σφάλματος 5%; (3)

5 Ημερομηνία: 11/1/27 Ονόματα: Χιούη ΗλεκτροΝτάκ Λιούη ΗλεκτροΝτάκ 1. Για να θεωρείται ένα κύκλωμα γραμμικό πρέπει να ισχύουν τα πιο κάτω a. Αναλογικότητα, δηλαδή η έξοδος να είναι ανάλογη της εισόδου (1) b. Επαλληλία, δηλαδή η έξοδος να είναι ίση με το άθροισμα της εξόδου από την κάθε μια πηγή ξεχωριστά (1) 2. Για να δείξουμε αν ένα κύκλωμα είναι γραμμικό a. Υλοποιούμε το κύκλωμα (1) b. Ελέγχουμε αν ισχύει η αναλογικότητα (2) Μεταβάλλουμε τη πηγή V1 από 5 μέχρι 1 V και καταγράφουμε τις τιμές Vin Vout k %Σφάλμα από τον μέσο όρο 5,,3 4,,3 3,,3 2,,3 1,,3,,25,545 1,,7, ,,2,495 3,,1,342 4,,4,2511 5,,6,2265 6,,8,2123 7,,1,232 4,31 8,,12,196,62 9,,14,192 1,44 1,,16,188 3,49 Βλέπουμε ότι για το κύκλωμα δεν ισχύει η αναλογικότητα μια και η κλίση της καμπύλης δεν είναι παντού η ίδια c. Ελέγχουμε αν ισχύει η επαλληλία (2) Μετρούμε την τάση εξόδου και με τις δύο πηγές. Vout(V1V2) = mv Αφαιρούμε την πηγή V1 (κλείνουμε το κύκλωμα) και μετρούμε ξανά την τάση εξόδου Vout(V2) = 29.5 mv Αφαιρούμε την πηγή V2 (κλείνουμε το κύκλωμα) και μετρούμε ξανά την τάση εξόδου Vout(V1) = mv Βλέπουμε ότι δεν ισχύει ούτε και η επαλληλία μια και Vout(V1V2) Vout(V2) Vout(V1) 3. Παρατηρούμε της τιμές της κλήσης k. Βλέπουμε ότι η μόνη περιοχή όπου η κλήση είναι ± 5% του μέσου όρου είναι από 7 μέχρι 1 V. (3)