Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων ΗΜΥ203

Transcript

1 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων ΗΜΥ203 ιάλεξη 5 (Επανάληψη) 02/10/13 1

2 Λύσεις 1ης Ενδιάµεσης Εξέτασης Αναφέρετε τις ρυθµίσεις που θα κάνετε στον παλµογράφο (σε σχέση µε τα κουµπιά VOLTS/DIV και TIME/DIV), για να απεικονίσετε µε τον καλύτερο δυνατό τρόπο (σε µεγέθυνση) το σήµα στην είσοδο 1 του παλµογράφου, αν αυτή είναι συνδεδεµένη στην έξοδο της γεννήτριας συναρτήσεων η οποία έχει ρυθµιστεί να παράγει τετραγωνικό σήµα Vp-p=14V µε µετατόπιση (DC-offset) -1V και συχνότητα 250Ηz. Σχεδιάστε πιο κάτω το σήµα που θα εµφανιστεί στον παλµογράφο (σύµφωνα µε τις δικές σας ρυθµίσεις) και δείξτε ξεκάθαρα το σηµείο 0 Volts στη γραφική σας. V/Div = αµέσως µεγαλύτερη τιµή από Vp-p / 8 Τime/Div = αµέσως µεγαλύτερη τιµή από (1/F)/10 Offset: Αναλόγως του Volts/Div (τόσα κουτ. πάνω/κάτω)

3 Γιατί όταν µετράµε µε το ωµόµετρο την τιµή µιας αντίστασης (κω, ή ΜΩ), δεν πρέπει να την κρατάµε και από τα δύο της άκρα ενώ αν η αντίσταση είναι µερικά Ω δεν επηρεάζει ο τρόπος που την κρατάµε; (8 µονάδες) Η αντίσταση του σώµατος µας (από το ένα χέρι στο άλλο) είναι της τάξης των κω/μω άρα όταν κρατάµε µια αντίσταση µε τα δυο µας χέρια, τότε µετράµε την τιµή της αντίστασης αυτής παράλληλα µε τη δική µας. Εάν η αντίσταση είναι µερικά Ω, τότε η συνολική µε την αντίσταση του σώµατός µας παράλληλα θα είναι ίση µε την αρχική περίπου. π.χ. (30 x 120k) / ( k) = Ω 3

4 Με πόσα δεκαδικά ψηφία πρέπει να γράψουµε το αποτέλεσµα µιας µέτρησης εάν η µέση µετρηµένη τιµή είναι V και η αβεβαιότητα είναι V; ώστε το αποτέλεσµά σας στην µορφή α +/- β. (8 µονάδες) V x 2 = Άρα: /

5 Ποιες είναι οι αναµενόµενες ενδείξεις του παλµογράφου σε V p-p για τις V 1, V 2 και V 3 στο πιο κάτω κύκλωµα, εάν αυτές γίνουν µε τον παλµογράφο και η πηγή δίνει ηµιτονοειδές σήµα στα 12kHz και τάση V p-p ίση µε 12V; ικαιολογήστε την απάντηση σας. (8 µονάδες) Οι ενδείξεις του παλµογράφου θα είναι: V1 = V3 = 12V και V2 = 6V γιατί µεταξύ R1 και R2 δεν υπάρχει γείωση άρα η V1 ΕΝ µπορεί να µετρηθεί σωστά! 5

6 Τρείς διαδοχικές µετρήσεις τάσης (Vp-p), από το Measure του παλµογράφου, στο ίδιο σηµείο του κυκλώµατος δίνουν , και Volts. Γράψτε το αποτέλεσµα της µέτρησης στη µορφή α +/- β κρατώντας τα δεκαδικά ψηφία που απαιτούνται µε βάση τη χειρότερη αβεβαιότητα. (12 µονάδες) VM.O = ( )/3 = 1.61/3= vµετρ. = (Vmax-Vmin)/2 = ( )/2 = vοργάνου = x 3/100 = V x 2 = Άρα: 0.5 +/

7 Με ποιο τρόπο µπορούµε να αποδείξουµε µέσα στο εργαστήριο (βάσει των όσων έχετε διδαχτεί) ότι η ορθότητα του πολυµέτρου που δίνεται από τον κατασκευαστή είναι ορθή; (5 µονάδες) Παίρνουµε πολλές µετρήσεις για να αφαιρέσουµε τον τυχαίο θόρυβο από το αποτέλεσµα και βρίσκουµε την αβεβαιότητα από τις µετρήσεις. Αν αυτή είναι µικρότερη από την αβεβαιότητα που προκύπτει από την ορθότητα του οργάνου και συµφωνεί επίσης µε τη θεωρητική µας τιµή, τότε επαληθεύεται. 7

8 Αναφέρετε αναλυτικά τις ενέργειες που απαιτούνται για να ρυθµίσετε την γεννήτρια συναρτήσεων ώστε να δίνει στην έξοδο της τετραγωνικό σήµα µε συχνότητα 12kΗz και πλάτος Vp-p = 2V µε µετατόπιση (DC-offset) 1V. Εξηγείστε επίσης µε κάθε λεπτοµέρεια πως θα επιβεβαιώσετε τα χαρακτηριστικά του σήµατος εξόδου καθώς και το µέγεθος της µετατόπισης που προκαλεί το +1V DC στο AC σήµα. (15 µονάδες) Επιλέγω: τετραγωνικό σήµα, κλίµακα 10κΗz, ρυθµίζω στα 12κΗz από ποτ. Frequency. Συνδέω µε παλµογράφο και αφού τον ρυθµίσω να απεικονίζει το σήµα ξεκάθαρα, τότε ρυθµίζω το Vp-p από το ποτ. Ampl. (π.χ. 4 κουτάκια x 0.5V = 2Vp-p). Τραβώ προς τα έξω το offset και περιστρέφω προς τα δεξιά έτσι ώστε Vmin=0V. 8

9 Εξηγήστε µε κάθε λεπτοµέρεια πως θα ρυθµίσετε ΜΟΝΟ το πλάτος ενός ηµιτονικού σήµατος (στην έξοδο της γεννήτριας) στα 0.3Vp-p εάν έχετε µόνο πολύµετρο και όχι παλµογράφο (εξηγήστε και το πως θα συνδεθούν οι 2 συσκευές). (10 µονάδες) To πολύµετρο µετρά Vrms άρα πρέπει να ρυθµιστεί η γεννήτρια στα 0.3/(2sqrt(2)). Συνδέω τη γεννήτρια µε BNC στη πλακέτα και µετρώ µεταξύ 1BNC και GND µε το πολύµετρο στο ACV. Τραβώ προς τα έξω το ποτ. AMPL και ρυθµίζω την τάση στα 0.106V 9

10 Γιατί το περιστρεφόµενο κουµπί CURRENT της πηγής συνεχούς ρεύµατος είναι πολύ σηµαντικό να βρίσκεται προς το αριστερό άκρο; Εξηγήστε πως επιτυγχάνεται η προστασία του κυκλώµατος αλλά και του χειριστή. (5 µ.) Αυτό το ποτενσιόµετρο ελέγχει το ρεύµα που καταναλώνεται στο κύκλωµα που είναι συνδεδεµένο στους ακροδέκτες του τροφοδοτικού. Αν για κάποιο λόγο το ρεύµα ξεπεράσει την ρύθµιση που έχουµε κάνει τότε διακόπτεται αυτόµατα η τροφοδοσία του κυκλώµατος για λόγους προστασίας. Εάν έχουµε διακοπή, θα ανάψει το LED CC. Αν επιβεβαιώσουµε ότι δεν υπάρχει πρόβληµα στο κύκλωµα, τότε µπορούµε να το περιστρέψουµε λίγο προς τα δεξιά και να επιτρέψουµε σε περισσότερο ρεύµα να περάσει προς το κύκλωµα. Ποτέ όµως πέραν του 1/4 γιατί δεν χρειαζόµαστε τόσο µεγάλο Ι στις ασκήσεις µας. 10

11 Υπολογίστε στο πιο κάτω κύκλωµα (α) την ολική αντίσταση (β) το ρεύµα της αντίστασης R1 και (γ) την τάση στα άκρα της αντίστασης R5. Τέλος, δείξτε πώς θα συνδέσετε ένα πολύµετρο για να µετρήσετε το ρεύµα της R2 και ένα πολύµετρο για να παρακολουθείτε την διαφορά δυναµικού (τάση) στην R4. (Αναφέρετε επίσης που πρέπει να είναι συνδεδεµένοι οι ακροδέκτες των οργάνων µέτρησης και ποιες ρυθµίσεις στο πολύµετρο θα επιτρέψουν την κάθε µέτρηση.) (17 µονάδες) R2 R3 5k 5k V1 R1 15k 10V R4 150k R5 150k R6 20k 11

12 Εργαστήριο 0 Εξοικείωση µε τον Εξοπλισµό του Εργαστηρίου Αναγνώριση και ρυθµίσεις για: 1. DC Power Supply 2. Γεννήτρια Σηµάτων 3. Ψηφιακό Πολύµετρο και 4. Παλµογράφο.

13 Εργαστήριο 1 Εισαγωγή στις Μετρήσεις (DC, AC, Vrms, Vpp Vp, Prms) Σύνδεση και χρήση: 1. DC Power Supply 2. Γεννήτριας Σηµάτων 3. Ψηφιακού Πολυµέτρου και 4. Παλµογράφου

14 Εργαστήριο 2 Ορθότητα, Ακρίβεια και θόρυβος 1. Ορθότητα µέτρησης και χαρακτηριστικά οργάνων εργαστηρίου 2. Πηγές θορύβου, επίδραση στη µέτρηση και υπολογισµός SNR 3. Χρωµατικός Κώδικας Αντιστάσεων 4. Ρύθµιση Γεννήτριας Σηµάτων, Πολυµέτρου και Παλµογράφου 5. Εύρος αβεβαιότητας και αριθµός σηµαντικών (δεκαδικών ψηφίων) 6. Ενέργειες για µείωση του θορύβου (α) κατά την µέτρηση, β) σε κύκλωµα

15 Εργαστήριο 3 Νόµος του Ohm, Κυκλώµατα αντιστάσεων σειράς και παράλληλα. 1. Υπολογισµός ρεύµατος, τάσης, αντίστασης και ισχύς σε κυκλώµατα αντιστάσεων 2. Υπολογισµός σφάλµατος % ((µετρηµένη τιµή υπολογισµένη τιµή)/υπολογισµένη τιµή) * 100

16 Εργαστήριο 4 ιαιρέτης Τάσης και Ρεύµατος 1. Νόµοι του Kirchhoff για τις τάσεις και τα ρεύµατα 2. Εσωτερική αντίσταση Βολτοµέτρου (10ΜΩ). Λαµβάνεται υπόψη όταν µετράµετάση σε αντιστάσεις >100κΩ 3. Εσωτερική αντίσταση Αµπεροµέτρου (1κΩ). Λαµβάνεται υπόψη όταν µετράµερεύµα σε αντιστάσεις < 10κΩ 4. Λειτουργία Ποτενσιόµετρου (διαιρέτης τάσης, µεταβλητή αντίσταση)