ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων. Τελική Εξέταση Δευτέρα 20/12/2010, ΛΑ132

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων. Τελική Εξέταση Δευτέρα 20/12/2010, ΛΑ132"

Μέδουσα Βασιλόπουλος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Τελική Εξέταση Δευτέρα 20/12/2010, ΛΑ132 Παρατηρήσεις 1. Η εξέταση θα είναι πρακτική. Θα σας δοθούν άγνωστα προβλήματα τα οποία θα πρέπει να λύσετε. Το πρώτο πρόβλημα θα είναι προσομοίωση σε PSPICE. Φροντίστε να έχετε μαζί σας τον κωδικό για πρόσβαση στους υπολογιστές του Τμήματος. 2. Πρέπει να βρίσκεστε στο χώρο της εξέτασης έγκαιρα. Δεν θα γίνεται κανένας δεκτός (ειδικά στην περίπτωση των δεύτερων ομάδων) 3 λεπτά μετά την έναρξη της εξέτασης. 3. Δεν θα δοθεί καμιά παράταση. Η εξέταση θα τελειώσει ακριβώς όπως προνοεί το πρόγραμμα. 4. Κανένας δεν θα επιτρέπεται να αποχωρήσει από την αίθουσα πριν από το τέλος της εξέτασης (για τις πρώτες ομάδες.) 5. Θα εξετάζεστε στους πάγκους που βρίσκεστε συνήθως. Στους ίδιους πάγκους εξετάζονται και άλλοι γι αυτό φροντίστε να τους αφήσετε σε καλή κατάσταση. 6. Απαγορεύεται αυστηρά η χρήση σημειώσεων, εγχειριδίων, βιβλίων ή οποιουδήποτε άλλου υλικού εκτός από γραφική ύλη, υπολογιστική μηχανή και οργάνων του εργαστηρίου. 7. Απαγορεύεται η συνομιλία κατά την διάρκεια της εξέτασης 8. Απαγορεύεται, επίσης, η ανταλλαγή οποιωνδήποτε υλικών ή συσκευών. Αν νομίζετε ότι θα χρειαστείτε οτιδήποτε (π.χ. υπολογιστική μηχανή, γομολάστιχα, μολύβια κλπ.) πρέπει να έχετε μεριμνήσει να το φέρετε από πριν. Αν υπάρχει πρόβλημα μιλήστε μόνο με τους βοηθούς. 9. Προσοχή! Παράβαση των πιο πάνω κανονισμών σημαίνει αυτόματο μηδενισμό στη εξέταση! Κάνετε τις μετρήσεις σας πολύ προσεκτικά και μην στρογγυλοποιείτε περισσότερο από όσο πρέπει γιατί κάποιες μετρήσεις δεν θα είναι σωστές. Οι μετρήσεις σας πρέπει να έχουν τον σωστό αριθμό δεκαδικών. Όλα τα κυκλώματα μπορούν να υλοποιηθούν με τα στοιχεία που ήδη έχετε! Φροντίστε να απαντάτε τις ερωτήσεις. Κυκλώματα, σχεδιαγράμματα και αριθμοί χωρίς εξήγηση δεν θεωρούνται απαντήσεις! Σημειώσεις: Οι εσωτερικές αντιστάσεις του πολυμέτρου είναι Βολτόμετρο: 10ΜΩ, Αμπερόμετρο: 1kΩ Ορθότητα μετρήσεων παλμογράφου: ± 3% Ορθότητα Ψηφιακού Πολυμέτρου: ± 0.05% Ορθότητα μετρήσεων από την οθόνη του παλμογράφου: ± 0.5 μικρή υποδιαίρεση (minor div) 1

2 Κάθε σταθμός στο Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων είναι εξοπλισμένος με τα πιο κάτω: Είδος Τιμή Ποσ. Είδος Τιμή Ποσ. Αντιστάσεις 10 Ω 2 Πηνία 1 mh Ω 2 10 mh Ω 2 47 mh Ω 2 1 kω 2 Πυκνωτές 270 pf kω μF kω 2 1 μf kω μf kω μf kω 2 10 μf kω μf kω kω 2 Δίοδοι 1Ν kω 2 10 kω 6 Ποτενσιόμετρα 10 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 kω 2 10 MΩ 2 2

3 Άσκηση 1 (PSPICE) 30/100 Ο Πασάς στο Σεράι έχει εγκαταστήσει καινούργιο σύστημα εσωτερικής παρακολούθησης. Επειδή όμως υπάρχει πολύς θόρυβος στο Σεράι βάζει καλεί τον ηλεκτρολόγο Καραγκιόζη να εγκαταστήσει ένα φίλτρο ώστε ηχογραφούνται μόνο τα σήματα από φωνή ( Hz). Ο Καραγκιόζης σχεδιάζει το πιο κάτω κύκλωμα, όπου V 1 είναι η είσοδος από τη μικροφωνική συσκευή και V out είναι η έξοδος προς ηχογράφηση. L m C1 3.3n + Vp=5V V1 R1 1k Vout Μια και ο Καραγκιόζης έφαγε πολύ ξύλο κατά τη διάρκεια της Ενδιάμεσης φωνάζει εσάς να τον βοηθήσετε. Υλοποιήστε το πιο πάνω κύκλωμα στο PSPICE και βρείτε τη συχνότητα συντονισμού και το εύρος ζώνης του κυκλώματος. Είναι κατάλληλο για τη χρήση που ζητά ο Πασάς; (10) 2. Χρησιμοποιώντας γραφικές παραστάσεις από το PSPICE, υπολογίστε την γωνία φάσης (και το πρόσημο της για την τάση εξόδου σε συχνότητα 15 khz. (10) 3. Χρησιμοποιώντας ένα μεταβλητό πυκνωτή στη θέση του C 1 βρείτε για ποια τιμή του πυκνωτή θα έχουμε συντονισμό στα 10 khz. Πιστεύετε ότι τώρα τα πράγματα είναι καλύτερα; Ποιες συχνότητες θα καλύπτει το φίλτρο τώρα; (Απαντήστε χωρίς να ξανατρέξετε προσομοίωση!) (10) Σε κάθε περίπτωση πρέπει να παραδίδονται τα αποτελέσματα, το κύκλωμα, το αρχείο εξόδου της προσομοίωσης και οι γραφικές παραστάσεις. Προσοχή: Σε κάποιους υπολογιστές πιθανών να μην έχουν εγκατασταθεί οι συλλογές. Μπορείτε να προσθέσετε συλλογές (libraries) από τον διάλογο επιλογής στοιχείων πατώντας το κουμπί Add Library και επιλέγοντας όλες τις συλλογές που βρίσκονται στον φάκελο (folder) PSpice. Το ίδιο πρέπει να γίνει και με τις συλλογές από τον διάλογο για την γείωση. 3

4 4

Άσκηση 2 (Πειραματική) 30/100 Ο Καραγκιόζης, ως γνωστό, είναι πολύ φτωχός και από τότε που έγινε ηλεκτρολόγος προσπαθεί να εξοικονομήσει και το τελευταίο Σεντ.

5 Άσκηση 2 (Πειραματική) 30/100 Ο Καραγκιόζης, ως γνωστό, είναι πολύ φτωχός και από τότε που έγινε ηλεκτρολόγος προσπαθεί να εξοικονομήσει και το τελευταίο Σεντ. Μέσα στο Σεράι, κατά την εγκατάσταση του φίλτρου της προηγούμενης άσκησης, βρήκε ένα πυκνωτή με άγνωστη χωρητικότητα. Αποφασίζει να τον ξαναχρησιμοποιήσει όμως θέλει να μάθει τα χαρακτηριστικά του και δυστυχώς ο βοηθός του ο Χατζηαβάτης δεν μπορεί να βοηθήσει. 1. Στο εργαστήριο θα βρείτε αυτόν τον πυκνωτή με την άγνωστη χωρητικότητα. Εξηγήστε στον Καραγκιόζη πως μπορεί με την βοήθεια του παλμογράφου να μετρήσει τη χωρητικότητα του πυκνωτή. (5) 2. Χρησιμοποιώντας την πιο πάνω μέθοδο βοηθήστε τον να μετρήστε τη χωρητικότητα. Σχεδιάστε στο τετραγωνισμένο χαρτί πιο κάτω την εικόνα που παρουσίαζε ο παλμογράφος και δείξετε τα σημαντικά σημεία για τις μετρήσεις σας. Καλέστε τον Δερβέναγα (άλλως βοηθό εργαστηρίου) να επιβεβαιώσει ότι το κύκλωμα υλοποιήθηκε και η εικόνα σχεδιάστηκε σωστά. (10) 3. Είναι γνωστό ότι η μέτρηση της χωρητικότητας με την πιο πάνω μέθοδο δεν είναι και πολύ ακριβής. Πως θα μπορούσατε να έχετε μια καλύτερη προσέγγιση στη πραγματική τιμή; Υλοποιήστε αυτή τη μέθοδο με τουλάχιστον 4 επιπρόσθετες (και αρκετά διαφορετικές) τιμές Τc. Ποια είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή με αυτή την μέθοδο; (10) 4. Ποια είναι η αβεβαιότητα της τιμής που μετρήσατε στο μέρος 3; (5) Σημείωση: Η περιγραφή της διαδικασίας είναι σημαντική και βαθμολογείται με 2 μονάδες. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε. Υπογραφή Δερβέναγα 5

6 VOLT/DIV = TIME/DIV = 6

7 7

8 Άσκηση 3 (Πειραματική) 40/1000 Microphone Στο βουνό ο Μπάρμπα-Γιώργος έχει μεγάλο πρόβλημα! Κάποιος του κλέβει τα γίδια του! Αποφασίζει λοιπόν να παγιδέψει τον κλέφτη αλλά και να πάρει τα γίδια του πίσω ακλουθώντας τον την επόμενη φορά που θα εμφανιστεί. Για να το κάνει αυτό έχει εφοδιαστεί από τον Καραγκιόζη με μια πολύ ευαίσθητη μικροφωνική συσκευή έτσι ώστε να μπορεί να ακούει από μακριά τα γίδια όταν βελάζουν. Το ισοδύναμο Thevenin της συσκευή είναι όπως φαίνεται πιο κάτω. Η συσκευή αυτή παράγει μέγιστη τάση της τάξης των 2V. Το πρώτο βράδυ η επιχείρηση put the gid down αποτυγχάνει μια και το μικρόφωνο είναι υπερευαίσθητο και άλλοι ήχοι δημιουργούσαν παρεμβολές. Ο Μπάρμπα- Ο Καραγκιόζης πρέπει λοιπόν να σχεδιάσει ένα φίλτρο για αυτό το σκοπό. Τα Γιώργος γίνεται έξω φρενών και καλεί τον Καραγκιόζη να λύσει το πρόβλημα. γίδια βελάζουν σε συχνότητες μεταξύ 1.65 και khz.το φίλτρο επίσης δεν πρέπει να αφήνει να περάσει πάνω από 650 μa ρεύμα στα ακουστικά γιατί μετά μπορεί να τα κάψει. Δεν πρέπει όμως να είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό το όριο γιατί μειωθεί η ευαισθησία του στα χαμηλά σήματα. Filter Headphones R_mic 50 V mic R_headphh 2.2k 0 1. Βοηθήστε τον Καραγκιόζη να σχεδιάσει στοιχείων. (10) το φίλτρο. Υπολογίστε τις θεωρητικές τιμές των 2. Αντικαταστήστε με τις πραγματικές (μετρημένες) των στοιχείων και δείξετε πόσο είναι το σφάλμα για τη συχνότητα συντονισμού, το εύρος και το μέγιστο ρεύμα σε σχέση με τα θεωρητικά. (5) 3. Υλοποιήστε το κύκλωμα. Μετρήστε τη συχνότητα συντονισμού, το εύρος και το μέγιστο ρεύμα περιγράφοντας αναλυτικά τη διαδικασία. Είναι μέσα στα πλαίσια του 5% σφάλματος σε σχέση με το τις τιμές της ερώτησης 2; Καλέστε το Μπάρμπα-Γιώργο (άλλως βοηθό εργαστηρίου) να επιβεβαιώσει την δουλειά σας. (10) 4. Ποια είναι η αβεβαιότητα στη μέτρηση της συχνότητας (σε Hz) στην πιο πάνω μέτρηση; (5) 5. Μέσα από τις τρομερές εμπειρίες σας στο ΗΜΥ 203, σκέφτεστε ότι το σύστημα θα ήταν πολύ πιο ευαίσθητο στο βέλασμα των γιδιών αν μετρούσε και διαφορές φάσης και ειδικότερα στα khz. Πώς θα μετρήσετε αυτή τη γωνία ως προς την πηγή; Κάντε την μέτρηση! (10) Σημείωση: Η περιγραφή της διαδικασίας είναι σημαντική και βαθμολογείται με 2 μονάδες. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε. Υπογραφή Μπάρμπα-Γιώργου

9 9

10 10

11 Άσκηση για επιπρόσθετες μονάδες 5/100 ο F Ο Καραγκιόζης αγόρασε για την Αγλαΐα ένα ηλεκτρονικό θερμόμετρο. Έκανε όμως ένα τραγικό λάθος! Αγόρασε θερμόμετρο που δείχνει τη θερμοκρασία σε βαθμούς Φαρενάιτ. Σε μια προσπάθεια να μην φάει ξύλο αποφασίζει να επέμβει στο κύκλωμα του. Ανακαλύπτει ότι η μέτρηση της θερμοκρασία μετατρέπεται σε τάση. Θέλει λοιπόν να σχεδιάσει ένα κύκλωμα που να μετατρέπει την τάση Φαρενάιτ σε τάση Κελσίου με βάση τον πιο κάτω τύπο: V_C=(V_F-32)*5/9 Με τη βοήθεια του PSPICE σχεδιάστε αυτό το κύκλωμα και δείξτε, με γραφική παράσταση, ότι λειτουργεί για θερμοκρασίες ο F. 11

Σχετικά έγγραφα

ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων. Τελική Εξέταση Τετάρτη 22/12/2010, ΛΑ132

ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Τελική Εξέταση Τετάρτη 22/12/2010, ΛΑ132 Παρατηρήσεις 1. Η εξέταση θα είναι πρακτική. Θα σας δοθούν άγνωστα προβλήματα τα οποία θα πρέπει να λύσετε. Το πρώτο