ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων"

Περσεφόνη Καλλιγάς
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Παρατηρήσεις 1 ης Ενδιάμεσης Εξέτασης και Θεώρημα Thevenin ιδάσκων: ρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήµιο Κύπρου Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

2 Ατζέντα 1. Παρατηρήσεις και Λύσεις για την 1 η Ενδιάμεση 2. Γραμμικότητα (Αναλογικότητα και Επαλληλία) 3. Θεώρημα Thevenin Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 2

3 Ο Γιώργος μετράει μια αντίσταση των 200κΩ με το πολύμετρο και το όργανο δίνει αποτέλεσμα 132κΩ. Εξηγήστε στον Γιώργο τι συμβαίνει; Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 3

4 Αν μία μέτρηση εναλλασσόμενου (ημιτονικού) ρεύματος με το πολύμετρο είναι 25μΑ και η ολική αντίσταση στο κύκλωμα είναι 100κΩ, ποια είναι η τάση της πηγής σε Vp-p; Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 4

5 Δείξετε με σχήμα πώς θα συνδέσετε το ποτενσιόμετρο ως αντίσταση σε σειρά με ακόμη μία αντίσταση και μια πηγή τάσης. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 5

6 Υπολογίστε την ολική αντίσταση στο ακόλουθο κύκλωμα: R2 2k 1 2 R3 0.6k 3 R1 2k R4 R5 V1 10Vdc 4k 6k 0 5 R6 1k 4 Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 6

7 Ποιες είναι οι αναμενόμενες ενδείξεις (Vp-p) στον παλμογράφο εάν συνδεθεί στα άκρα της αντίστασης/των αντιστάσεων για να μετρηθούν διαδοχικά οι V1, V2 και V3 στο πιο κάτω σχήμα. Ποιες είναι οι αναμενόμενες ενδείξεις του οργάνου, εάν οι μετρήσεις στο πιο πάνω κύκλωμα γίνουν με το ψηφιακό πολύμετρο; V1= V2= V3= Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 7

8 Υπολογίστε πόσο θα αλλάξει η τιμή της ολικής αντίστασης σε ένα κύκλωμα με τρεις παράλληλες αντιστάσεις ίδιας τιμής, αν προστεθούν παράλληλα ακόμη 3 αντιστάσεις ίδιας τιμής με τις υπόλοιπες. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 8

9 Τρείς διαδοχικές μετρήσεις τάσης στο ίδιο σημείο του κυκλώματος δίνουν , και Volts. Γράψτε το αποτέλεσμα της μέτρησης μαζί με την αβεβαιότητα (μόνο από τις μετρήσεις) στη μορφή α +/- β κρατώντας τα δεκαδικά ψηφία που απαιτούνται. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 9

10 Υπολογίστε την αβεβαιότητα μιας μέτρησης τάσης 7Vp-p από την οθόνη του παλμογράφου αν αυτός έχει ρυθμιστεί κατάλληλα για μείωση της αβεβαιότητας. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 10

11 Σχεδιάστε ένα κύκλωμα με 3 αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλληλα (R1, R2, και R3) και μία τέταρτη (R4) σε σειρά με τις παράλληλες αντιστάσεις. Συνδέστε στο κύκλωμα σας (α) μια πηγή συνεχούς τάσης (DC) (β) ένα πολύμετρο για να μετρά το Ι R1 και (γ) ένα πολύμετρο για να μετρά την V R3. Δείξτε ξεκάθαρα και την πολικότητα του κάθε οργάνου. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 11

12 Διατυπώστε τους δύο νόμους του Kirchhoff για την τάση και την ένταση που ισχύουν σε οποιοδήποτε βρόγχο και κόμβο αντίστοιχα. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 12

13 Εξηγήστε τις ρυθμίσεις που απαιτούνται στον παλμογράφο για να μετρήσετε την περίοδο του σήματος με τη βοήθεια των ενδεικτών (Cursors). Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 13

14 Εξηγήστε πως θα ρυθμίσετε την έξοδο της γεννήτριας (AC σημάτων) που υπάρχει στο εργαστήριο στα 800mV από κορυφή σε κορυφή (p-p); Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 14

15 Αναφέρετε σε 4 βήματα πώς θα 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. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 15

16 Τι σημαίνει η ένδειξη «-OL-» στην οθόνη του πολυμέτρου όταν το συνδέετε για μέτρηση αντίστασης; Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 16

17 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 (για μείωση της αβεβαιότητας) 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=3.5V και συχνότητα 2.5kΗz. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 17

18 Υπολογίστε το μηνιαίο κόστος λειτουργίας μιας ηλεκτρικής θερμάστρας 1200W η οποία λειτουργεί καθημερινά 1 ώρα το πρωί και 4 ώρες το βράδυ αν η ΑΗΚ χρεώνει 0.26 ευρώ / khh. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 18

19 Υπολογίστε την ασφάλεια που πρέπει να τοποθετηθεί στην πρίζα του Η.Υ. σας αν η ισχύς του τροφοδοτικού του είναι 90W. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 19

20 Υπολογίστε για πόσες ώρες διαρκεί η μπαταρία του κινητού σας αν η χωρητικότητά της είναι 1350mAh και η τάση της 4.7V ενώ η μέση ισχύς που χρειάζεται το κινητό σας έχει υπολογιστεί στα 200mW (βάσει της ημερήσιας χρήσης) Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 20

21 Γιατί είναι καλύτερα να χρησιμοποιείτε ομοαξονικά καλώδια BNC-BNC έναντι καλωδίων Banana-Banana ή BNC-κροκοδειλάκι κατά τις μετρήσεις σημάτων στο εργαστήριο; Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 21

22 Εξηγήστε πως μπορούμε να μετρήσουμε το πλάτος ενός σήματος με Vp-p=100V χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο και πως αυτό θα εμφανίζεται στην οθόνη. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 22

23 Υπολογίστε το % σφάλμα μεταξύ υπολογισμένης και μετρημένης τιμής του ρεύματος σε ένα κύκλωμα σειράς αν το αμπερόμετρο έχει μετρήσει μΑ, η τάση της πηγής έχει μετρηθεί στα 6.525Vp-p και η συνολική αντίσταση μετρήθηκε στα 8.245kΩ. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 23

24 Εξηγήστε πως σταθεροποιούμε το σήμα στην οθόνη του παλμογράφου εάν αυτό κινείται (ολισθαίνει) συνεχώς στον άξονα Χ. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 24

25 Ποια θα είναι η ένδειξη του βολτομέτρου του εργαστηρίου ΛΑ132, αν αυτό συνδεθεί για μέτρηση της V R2 στο πιο κάτω κύκλωμα. (Δίνονται: R1=1MΩ, R2=2Μ, R3=3ΜΩ) R 1 I R1 10V R 2 I R2 R 3 I R3 Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 25

26 Υπολογίστε την ένδειξη του αμπερομέτρου εάν αυτό συνδεθεί για μέτρηση του ΙR1 στο πιο κάτω κύκλωμα με όλες τις αντιστάσεις του κυκλώματος να ισούνται με 3κΩ. R 1 I R1 10V R 2 I R2 R 3 I R3 Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 26

27 Πειραματικός Έλεγχος Γραμμικότητας (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. - 27

28 Θεώρημα Theveninκαι Ισοδύναμο κύκλωμα Οποιοδήποτε γραμμικό κύκλωμα 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. - 28

29 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. - 29

30 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. - 30

31 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. - 31

32 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 Rείναι η τιμή της αντίστασης που αφαιρέσαμε στο βήμα 1. Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 32

33 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. - 33

34 Μαθησιακοί Στόχοι Εργαστήριο 7 Έλεγχος της γραμμικότητας σε κυκλώματα Υπολογισμός ισοδύναμου κυκλώματος Thevenin Αντικατάσταση ενός κυκλώματος με το ισοδύναμο Thevenin και επαλήθευση Μέγιστη μεταφορά ισχύος Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 34

35 Απορίες Οκτώβριος 14 Εργαστήριο Κυκλωµάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 35

Σχετικά έγγραφα

Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων

ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Επαναληπτικές Ασκήσεις Διδάσκων: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Ο Γιώργος μετράει μια αντίσταση