Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων ΗΜΥ203

Transcript

1 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων ΗΜΥ203 YES, YES, YES!!! NO PSPICE in the Final Exam! (Exam counts for 32%) Εργαστήριο 1Πολύμετρο Διάλεξη 13 (Επανάληψη Εργαστηρίων 05) 30/11/11 Το πολύμετρο αποτελεί ένα συνδυασμό οργάνων κυρίως για μετρήσεις συνεχούς και εναλλασσόμενης (rms) τάσης και ρεύματος και Ωμικής αντίστασης. 1 2 Παλμογράφος Πηγή Συνεχούς Τάσης (Τροφοδοτικό) Ο παλμογράφος είναι η συσκευή που μας επιτρέπει να βλέπουμε γραφικά τα σήματα εισόδου αλλά και κάποιες μαθηματικές πράξεις μεταξύ τους. 3 Παρέχει 2 μεταβλητές εξόδους για τάσεις από 15V μέχρι 15V και μια ρυθμιζόμενη έξοδο για τάση από 2.8 μέχρι 5.5V. Οι δύο μεταβλητές έξοδοι παρέχουν προστασία στον χρήστη αλλά και στο κύκλωμα μέσω κυκλωματος ελέγχου του ρεύματος εξόδου. 4

2 Γεννήτρια Συναρτήσεων Πλακέτα Κατασκευής Κυκλωμάτων Η έξοδος της (τύπου BNC) παρέχει όλα τα εναλλασσόμενα σήματα ελέγχου που χρειάζονται για τον έλεγχο/λειτουργία ενός κυκλώματος. 5 6 Μονάδες Μέτρησης και Τάξη Μεγέθους Τάση: V (V) Ρεύμα: I (A) Αντίσταση: R (Ω) Χωρητικότητα: C (F) Επαγωγικότητα: L (H) 1. Πώς μετράμε τα πιο πάνω χαρακτηριστικά; 2. Ποια η διαφορά μεταξύ: Vp, Vpp και Vrms; Tera (Τ) = Giga (G) = 10 9 Mega (M) = 10 6 kilo (k) = 10 3 milli (m) = 10 3 micro (μ) ή (u) = 10 6 nano (n) = 10 9 Αντιστάσεις, Πυκνωτές και Πηνία Χρωματικός Κώδικας Αντιστάσεων 0 Μαυρο, 1 Καφέ, 2 Κόκκινο, 3 Πορτοκαλί, 4 Κίτρινο, 5 Πράσινο, 6 Μπλε, 7 Μωβ, 8 Γκρίζο, 9 Άσπρο Ανοχή: [5% Χρυσό, 10% Ασημί] = / 5% = 100κΩ / 5% Κωδικοποίηση Τιμής Πυκνωτών και Πηνίων (3 ψηφία) 1 ο και 2 ο Ψηφίο: αριθμός, 3 ο Ψηφίο: πλήθος μηδενικών. Η κωδικοποιημένη τιμή του πυκνωτή αναφέρεται σε pf, ενώ του πηνίου σε nh Πυκνωτής με ένδειξη: 273 = pf = 27 nf Πηνίο με ένδειξη 476 = nη = 47 mη pico (p) =

3 Εργαστήριο 2 Σφάλμα (συστηματικό ή τυχαίο) Ορθότητα (πόσο κοντά μια μέτρηση βρίσκεται στην πραγματική τιμή) Ακρίβεια (η στενότητα της ομαδοποίησης των τιμών με την επανάληψη μιας μέτρησης) Αβεβαιότητα (1) μετρήσεων (από επαναλήψεις της ίδιας μέτρησης) (2) οργάνου (από την ορθότητα του οργάνου) * Το σφάλμα σε μια μέτρηση ελαχιστοποιείται με περισσότερες επαναλήψεις (αν είναι τυχαίο), η ακρίβεια όμως της μέτρησης δεν μπορεί να αλλάξει. 9 Υπολογισμός αριθμού σημαντικών δεκαδικών ψηφίων Ο υπολογισμός του αριθμού των σημαντικών δεκαδικών ψηφίων γίνεται σε 3 βήματα. 1. Υπολογισμός της μέγιστης αβεβαιότητας σε μια μέτρηση. 2. Διπλασιασμός της πιο πάνω τιμής και επιλογή των σημαντικών ψηφίων. 3. Αναγραφή μέσης τιμής / μέγιστης αβεβαιότητας χρησιμοποιώντας τον σωστό αριθμό δεκαδικών. (π.χ. 3.2/ 0.3 και όχι / 0.3) 10 Η αβεβαιότητα στα αποτελέσματα μαθηματικών πράξεων Η αβεβαιότητα σε αποτελέσματα πρόσθεσης και αφαίρεσης πάντοτε προστίθεται. Γιατί; (4.2 / 0.2) (3.1 / 0.4) = 7.3 / 0.6 (3.3 / 0.1) (3.1 / 0.4) = 0.2 / 0.5 Συμβαίνει το ίδιο στη διαίρεση και τον πολλαπλασιασμό; ΌΧΙ! Σε αυτά προστίθεται η σχετική (%) αβεβαιότητα των επιμέρους μεγεθών. (2.2 / 0.1) x (4.1 / 0.2) = 9.02 / (0.3???) (2.2 / 4.55%) x (4.1 / 4.88%) = 9.02 / ( )% = 9.02 / 9.43% = 9.02 / V Εργαστήριο 3 Συνδεσμολογία Σειράς a d I I V R1 V R2 V R3 b c 22 kω 33 kω 12 11κΩ kω Το ρεύμα που διαρρέει όλες τις αντιστάσεις σειράς είναι το ΙΔΙΟ (Itotal) Η διαφορά δυναμικού στα άκρα της κάθε αντίστασης είναι ανάλογη της τιμής της αντίστασης. Το άθροισμα τους πρέπει να ισούται με την τάση της πηγής! VR2 = 1.5VR1 = 3VR3 VR1 = 2VR3 12

4 I TOTAL Παράλληλη Συνδεσμολογία I R1 I R2 I R3 10V 22 kω 33 kω 11κΩ 12 kω IR3 = 2IR1 = 3IR2 και IR1 = 1.5IR2 Η διαφορά δυναμικού στα άκρα όλων των αντιστάσεων είναι ίδια και ισούται με την τάση της πηγής Το ρεύμα που διαρρέει την κάθε αντίσταση είναι αντιστρόφως ανάλογο της τιμής της αντίστασης. Το άθροισμα τους πρέπει να ισούται με το ολικό ρεύμα. 13 Σφάλμα μεταξύ μέτρησης και υπολογισμού Vexperimental Vcalculated % Σφάλμα = x100% Vcalculated 14 Εργαστήριο 4 Διαιρέτης Ρεύματος Διαιρέτης Τάσης V x V 1 V s I 1 I 2 I 3 V s V 2 V 3 Το ρεύμα που εισέρχεται στον κόμβο Vx ισούται με το άθροισμα αυτών που εξέρχονται Ι1 = Ι2 Ι3 Το άθροισμα των τάσεων σε ένα βρόχο ισούται με το μηδέν ή το άθροισμα των πτώσεων τάσης στην κάθε αντίσταση σε ένα βρόχο ισούται με το άθροισμα της τάσης των πηγών που υπάρχουν στο βρόχο. 0 = VsV1V2, 0 = V2V3, 0= VsV1V

5 Χρησιμοποίηση του Πολυμέτρου για Μετρήσεις Τάσης Χρησιμοποίηση του Πολυμέτρου για Μετρήσεις Ρεύματος V R1 5V V R2 Βολτόμετρο R=10MΩ I R1 10V I R2 I R3 Αμπερόμετρο ΠΡΟΣΟΧΗ! Στους υπολογισμούς σας για μετρήσεις τάσης στα άκρα αντίστασης/εων με συνολική τιμή μεγαλύτερη των 100 kω πρέπει να λαμβάνετε υπόψη και την εσωτερική αντίσταση του βολτομέτρου! Rβολτομέτρου = 10 MΩ 17 ΠΡΟΣΟΧΗ! Στους υπολογισμούς σας για μετρήσεις ρεύματος σε κλάδους με συνολική αντίσταση μικρότερη των 10 kω πρέπει να λαμβάνετε υπόψη και την εσωτερική αντίσταση του αμπερομέτρου! Rαμπερομέτρου = 1 kω 18 Εργαστήριο 5 Γραμμικότητα, Αναλογικότητα και Επαλληλία Απορίες Ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται Γραμμικό εάν: Ητιμήεξόδου(τάσηήρεύμα) 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(V1V2) = Vout(V1) Vout(V2) Πρακτική εξάσκηση μετά από τη λήξη των μαθημάτων 5/12/2011 Open Lab (ΛA132) 11:00 14:00 6/12/2011 Open Lab (ΛA132) 11:00 14:00 14/12/2011 Open Lab (ΛA132) 15:30 18:30 15/12/2011 Open Lab (ΛA132) 14:00 17:00 zaggoulos.george@ucy.ac.cy 20