ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων 2 η Ενδιάμεση Εξέταση (25%) Τετάρτη 04/07/2018 ΟΜΑΔΑ A Ονοματεπώνυμο: Α.Δ.Τ: Παρατηρήσεις 1. Όλες οι ηλεκτρονικές συσκευές θα πρέπει να απενεργοποιηθούν ΕΝΤΕΛΩΣ και να απομακρυνθούν (συμπεριλαμβανομένων κινητών τηλεφώνων και smart watches). 2. Επιτρέπεται η χρήση υπολογιστικής, χάρακα (ρίγας) και γραφικής ύλης (πέννες, διορθωτικό υγρό, γομολάστιχα και μολύβια). 3. Δεν θα δοθεί καμία παράταση. Η εξέταση θα τελειώσει ακριβώς στα 180 λεπτά. 4. Απαγορεύεται αυστηρά η χρήση σημειώσεων, εγχειριδίων, βιβλίων ή οποιουδήποτε άλλου υλικού εκτός από αυτά που αναφέρονται στο σημείο 2. 5. Απαγορεύεται η συνομιλία κατά την διάρκεια της εξέτασης καθώς και οι ερωτήσεις/απορίες. 6. Απαγορεύεται επίσης, η ανταλλαγή υπολογιστικής μηχανής και γραφικής ύλης. 7. Προσοχή! Παράβαση των πιο πάνω κανονισμών σημαίνει αυτόματο μηδενισμό στη εξέταση! Σημειώσεις Εσωτερική αντίσταση του βολτομέτρου: Εσωτερική αντίσταση του αμπερομέτρου: 10ΜΩ 1kΩ Ορθότητα Ψηφιακού Πολυμέτρου: ± 0.5% Ορθότητα μετρήσεων παλμογράφου (από το Measure): ± 3% Ορθότητα μετρήσεων από την οθόνη του παλμογράφου: ± 1/10 της ρύθμισης V/Div Διαθέσιμες Ρυθμίσεις Παλμογράφου V/Div: 0.001, 0.002, 0.005, 0.01, 0.02, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5 Volts Τime/Div: 0.01, 0.025, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2.5, 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500 μs 1
1. 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 αν αυτός συνδεθεί απευθείας στην έξοδο της γεννήτριας η οποία δίνει ημιτονοειδές σήμα με Vrms = 141mV με DC μετατόπιση 50mV και συχνότητα 250kHz. (10 μονάδες) CH1 VOLTS/DIV = TIME/DIV = 2
2. (Α) Υπολογίστε στο πιο κάτω κύκλωμα την ολική αντίσταση, την τάση και το ρεύμα της κάθε αντίστασης αν η πηγή δίνει ημιτονοειδές σήμα με Vrms= 12V. (10 μονάδες) (Β) Υπολογίστε την ισχύ που καταναλώνουν μαζί οι αντιστάσεις R6 και R7 και δώστε την απάντησή σας μαζί με την αβεβαιότητα και τον σωστό αριθμό δεκαδικών που προκύπτει από τους υπολογισμούν αν αυτοί είναι βασισμένοι στις μετρήσεις τάσης και ρευματος στις αντιστάσεις R6 και R7 (αν χρησιμοποιούσατε το πολύμετρο του εργαστηρίου για αυτές τις 4 μετρήσεις) (15 μονάδες) R2 430 R3 1600 R4 1300 R1 430 R5 5100 V1 R6 2400 R7 1800 0 3
4
3. Περιγράψτε αναλυτικά την πειραματική διαδικασία ελέγχου της γραμμικότητας στο πιο κάτω κύκλωμα. Έπειτα, υπολογίστε το Vth με επαλληλία και το Rth του ισοδύναμου κυκλώματος Thevenin. Υπολογίστε επίσης την ισχύ στο φορτίο του απλοποιημένου κυκλώματος και στη συνέχεια κάντε τις απαραίτητες προσθήκες έτσι ώστε να πετύχετε μέγιστη μεταφορά ισχύος στο φορτίο. Δείξτε όλες τις ενέργειες και τους υπολογισμούς σας και υπολογίστε ξανά την ισχύ στο νέο σας φορτίο. (15 μονάδες) R2 R5 2k 1k R1 5k R6 12V V1 10V R3 8k V2 R4 8k Rload 4k 3k 5
6
7
Πειραματική Μέρος Εξέτασης ΗΜΥ203 Οι μετρήσεις σε όλες τις ασκήσεις θα πρέπει να συνοδεύονται και από σύντομο αλλά ουσιαστικό σχολιασμό της διαδικασίας του πειράματος για να πάρετε όλες τις μονάδες. Ζητήστε Υπογραφή πριν αποσυνδέσετε το κύκλωμα σας!!! 4. Σχεδιάστε ένα κύκλωμα και εξηγήστε με ποιο τρόπο θα το χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε την εσωτερική αντίσταση του αμπερομέτρου. Υλοποιήστε το κύκλωμα σας στο breadboard και πάρτε τις απαραίτητες μετρήσεις που χρειάζεστε με το πολύμετρο να βρίσκεται στη ρύθμιση AUTO. Τέλος, εξηγήστε πως υπολογίσατε την εσωτερική αντίσταση του αμπερομέτρου βάσει των μετρήσεων σας και ζητήστε υπογραφή των μετρήσεων από τον διδάσκοντα. (12 μονάδες) ΥΠΟΓΡΑΦΗ ΑΣΚΗΣΗΣ 1 8
5. Υλοποιήστε το πιο κάτω κύκλωμα στο breadboard και μετρήστε τα ακόλουθα: Rth, Vth, Vload και Iload. Στη συνέχεια υλοποιήστε το απλοποιημένο κύκλωμα Thevenin και αποδείξτε ότι είναι ισοδύναμο με το αρχικό κύκλωμα. Τέλος υπολογίστε την απαιτούμενη ισχύ για το πιο κάτω κύκλωμα (με το φορτίο συνδεδεμένο) βασίζοντας τους υπολογισμούς σας σε μετρημένες τιμές. (18 μονάδες) R1 = 4.7kΩ, R2 =5.6kΩ, R3 = 2.4kΩ, R4 =1.6 kω, R5 =4.3kΩ, R6 =3kΩ, R_Load =3.6kΩ και V1=9V ---------- 9
ΥΠΟΓΡΑΦΗ ΑΣΚΗΣΗΣ 2 10
6. Υλοποιήστε το πιο κάτω κύκλωμα στο breadboard και μετρήστε όλα τα ρευματα και όλες τις τάσεις με το πολύμετρο στη ρύθμιση Auto. Χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο, μετρήστε την τάση σε κάθε αντίσταση ξεχωριστά (όπου είναι δυνατό και χωρίς να κάνετε αλλαγές στο κύκλωμα) και στη συνέχεια υπολογήστε την % απόκλιση μεταξύ της τάσης στην κάθε αντίσταση που μετρήσατε με τον παλμογράφο σε σχέση με την αντίστοιχη μέτρηση που έγινε με το πολύμετρο. Εξηγήστε που οφείλεται η όποια διαφορά. (20 μονάδες) R1=2.7kΩ, R2=3.6kΩ, R3=2.4kΩ, R4=5.6kΩ, R5=1.6kΩ, R6=3kΩ, R7=1.8kΩ, R8=0.91kΩ και V2=22V p-p στα 18kHz. 11
ΥΠΟΓΡΑΦΗ ΑΣΚΗΣΗΣ 3 12
------- 13
14