ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΤΡΙΩΡΟ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: Περιεχόμενα 1 ΣΚΟΠΟΣ 1 2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ 1 2.1 Η ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΧΕΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΤΑΣΗΣ 3 2.2 Η ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ 3 3 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 5 4 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ 5 5 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 6 5.1 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΤΑΣΗΣ 6 5.2 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ 9 5.3 ΡΥΘΜΙΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ LED 9 6 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 11
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 1 Σκοπός Σκοποί της άσκησης είναι: να μελετηθεί ο νόμος του Ohm, ο οποίος είναι ένας θεμελιώδης νόμος που διέπει τη λειτουργία ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων να επιβεβαιωθεί η γραμμική σχέση που συνδέει το ρεύμα και την τάση σε μία αντίσταση να επιβεβαιωθεί η αντίστροφη σχέση που συνδέει το ρεύμα με την αντίσταση να παρουσιαστεί ένα πρακτικό παράδειγμα εφαρμογής του νόμου του Ohm για τον περιορισμό του ρεύματος σε ένα LED. 2 Θεωρητικό υπόβαθρο Ο νόμος του Ohm περιγράφει τη σχέση μεταξύ τάσης, ρεύματος και αντίστασης. Ο Ohm παρατήρησε και απέδειξε πειραματικά ότι εάν η τάση στα άκρα μίας αντίστασης αυξηθεί, θα αυξηθεί και το ρεύμα που διέρχεται από αυτή. Αντίστοιχα, εάν η τάση στα άκρα της αντίστασης μειωθεί, το ρεύμα θα μειωθεί επίσης. Για παράδειγμα, εάν η τάση διπλασιαστεί, το ρεύμα θα διπλασιαστεί και αυτό. Εάν η τάση μειωθεί στο μισό, το ρεύμα θα μειωθεί και αυτό στο μισό. Αυτή η σχέση παρουσιάζεται στην Εικόνα 2-1, όπου φαίνονται σχετικές ενδείξεις της τάσης και του ρεύματος επί μίας αντίστασης. (α) (β) Εικόνα 2-1. Σχετικές μεταβολές τάσης και ρεύματος σε μία αντίσταση. (α) Μείωση της τάσης προκαλεί μείωση του ρεύματος. (β) Αύξηση της τάσης συντελεί στην αύξηση του ρεύματος. Ο Ohm παρατήρησε επίσης ότι εάν η τάση ανάμεσα στα άκρα μίας αντίστασης διατηρηθεί σταθερή, τότε μικρή τιμή αντίστασης θα έχει ως αποτέλεσμα τη ροή περισσότερου ρεύματος, ενώ μεγαλύτερη τιμή αντίσταση θα προκαλεί ροή λιγότερου ρεύματος. Για παράδειγμα, εάν η αντίσταση μειωθεί στο μισό το ρεύμα θα διπλασιαστεί. Εάν η αντίσταση διπλασιαστεί, το ρεύμα θα μειωθεί στο μισό. H Εικόνα 2-2 παρουσιάζει παράδειγμα των προαναφερθέντων: για σταθερή τάση στα άκρα της αντίστασης, όταν η αντίσταση αυξηθεί από 10Ω σε 20Ω, το ρεύμα ελαττώνεται στο μισό. 1
ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM (α) (β) Εικόνα 2-2. Σχετικές μεταβολές αντίστασης και ρεύματος υπό σταθερή τάση στα άκρα της αντίστασης. (α) Μείωση της αντίστασης προκαλεί αύξηση του ρεύματος. (β) Αύξηση της αντίστασης συντελεί στη μείωση του ρεύματος. Με βάση, τα παραπάνω, μπορεί να συμπεράνει κανείς ότι: Η τάση και το ρεύμα σε μία αντίσταση είναι ευθέως ανάλογα μεγέθη. Η αντίσταση και το ρεύμα είναι αντιστρόφως ανάλογα μεγέθη. Εάν V συμβολίζει την διαφορά της τάσης σε volts (V) ανάμεσα στα άκρα μίας αντίστασης, I είναι το ρεύμα σε amperes (A) που τη διαρρέει και R είναι η τιμή της αντίστασης σε ohm (Ω), τότε ισχύει η ακόλουθη σχέση: V I R (1) Επομένως, εάν γνωστά η αντίσταση και το ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί η τάση. Προφανώς ισχύει ότι: V I (2) R Στην περίπτωση αυτή, εάν είναι γνωστά η τάση και η αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί το ρεύμα. Τέλος από την εξίσωση: υπολογίζεται η αντίσταση όταν είναι γνωστά η τάση και το ρεύμα. V R (3) I Πρέπει να τονιστεί ότι στους παραπάνω τύπους με το σύμβολο V συμβολίζεται η διαφορά στην τάση ανάμεσα στα δύο άκρα μία αντίστασης. Για παράδειγμα, εάν σε μία αντίσταση 10kΩ η τάση (ως προς τη γη αναφοράς GND) στους δύο ακροδέκτες της είναι 12V και 10V αντίστοιχα, τότε η διαφορά της τάσης ανάμεσά τους θα είναι 12V 10V = 2V και το ρεύμα που θα διαρρέει την αντίσταση θα είναι: I = V R = 12V 10V 10kΩ = 2V 10 10 3 Ω = 0,2 10 3 Α = 0,2mA = 200μΑ 2
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 2.1 Η γραμμική σχέση ρεύματος και τάσης Οι εξισώσεις (1) και (2) υποδηλώνουν ότι υπάρχει μία γραμμική σχέση ανάμεσα στο ρεύμα και στην τάση σε μία αντίσταση. Ο όρος γραμμική σχέση σημαίνει ότι εάν ένα από τα δύο μεγέθη αυξηθεί ή μειωθεί κατά συγκεκριμένο ποσοστό, το άλλο μέγεθος θα αυξηθεί ή θα μειωθεί κατά το ίδιο ποσοστό, υπό την προϋπόθεση ότι δεν αλλάζει η τιμή της αντίστασης. Για παράδειγμα, εάν η τάση ανάμεσα στα άκρα μίας αντίστασης τριπλασιαστεί, το ρεύμα θα τριπλασιαστεί επίσης. Έστω για παράδειγμα μία αντίσταση με σταθερή τιμή 10kΩ και έστω ότι υπολογίζεται η τιμή του ρεύματος που διαρρέει την αντίσταση για διάφορες τιμές τάσης ανάμεσα στα άκρα της, που κυμαίνονται μεταξύ 3V και 12V. Οι τιμές του ρεύματος που θα προκύψουν παρουσιάζονται στον πίνακα που υπάρχει στην Εικόνα 2-3. Επιπλέον, η Εικόνα 2-3 παρουσιάζει το διάγραμμα του ρεύματος ως προς την τάση, το οποίο είναι μία ευθεία γραμμή. Αυτό το γράφημα μας λέει ότι μία αλλαγή στην τάση προκαλεί μία γραμμικά ανάλογη μεταβολή στο ρεύμα. Ανεξάρτητα από την τιμή της αντίστασης, όσο αυτή παραμένει σταθερή, το γράφημα του ρεύματος ως προς την τάση θα είναι πάντα ευθεία γραμμή. Τάση (V) I (ma) 3 0,3 4 0,4 5 0,5 6 0,6 7,5 0,75 9 0,9 12 1,2 Ρεύμα (ma) 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Τάση (V) Εικόνα 2-3. Πίνακας τιμών διάγραμμα ρεύματος ως προς τάση για μία αντίσταση 10kΩ. 2.2 Η αντίστροφη σχέση μεταξύ ρεύματος και αντίστασης Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το ρεύμα μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα με την αντίσταση, το οποίο εκφράζεται από την εξίσωση Ι = V R. Όταν η αντίσταση μειώνεται, το ρεύμα αυξάνει. Όταν η αντίσταση αυξάνει, το ρεύμα μειώνεται. Για παράδειγμα, εάν η τάση διατηρηθεί σταθερή και η αντίσταση μειωθεί στο μισό, το ρεύμα θα έχει διπλάσια τιμή. Όταν η αντίσταση διπλασιαστεί, το ρεύμα θα μειωθεί στο μισό. Ας θεωρήσουμε ότι είναι διαθέσιμες αντιστάσεις από 1kΩ έως και 18kΩ. Σε κάθε αντίσταση, εφαρμόζεται σταθερή τάση 10V και μετριέται το ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση. Οι τιμές του ρεύματος που θα προκύψουν παρουσιάζονται στον πίνακα που υπάρχει στην Εικόνα 2-4. Επιπλέον, παρουσιάζεται το διάγραμμα του ρεύματος ως προς την τάση. 3
Αντίσταση (kω) Ρεύμα (ma) 12,0 10,0 ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM 1 10,0 1,5 6,7 8,0 2,2 4,5 3,3 3,0 6,0 3,9 2,6 4,7 2,1 4,0 5,6 1,8 2,0 6,8 1,5 8,2 1,2 0,0 10 1,0 Αντίσταση (kω) 12 0,8 15 0,7 18 0,6 Εικόνα 2-4. Πίνακας τιμών και διάγραμμα ρεύματος ως προς την αντίσταση για σταθερή τάση 10V. Ρεύμα (ma) 0 5 10 15 20 4
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 3 Εξοπλισμός Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα. Είδος Μοντέλο Σειριακός Αριθμός Ψηφιακό πολύμετρο χειροκίνητης κλίμακας Ψηφιακό πολύμετρο αυτόματης κλίμακας Τροφοδοτικό Breadboard Κουτί υλικών 4 Εξαρτήματα Επιβεβαιώστε ότι το κουτί περιέχει τα ακόλουθα εξαρτήματα: 1 αντίσταση 1kΩ ανοχής 0,1% 1 αντίσταση 10kΩ ανοχής 1% 1 αντίσταση 1kΩ ανοχής 5% 1 αντίσταση 2,2kΩ ανοχής 5% 1 αντίσταση 3,9kΩ ανοχής 5% 1 αντίσταση 5,6kΩ ανοχής 5% 1 αντίσταση 8,2kΩ ανοχής 5% 1 αντίσταση 12kΩ ανοχής 5% 1 LED Σημειώστε τα χρώματα όλων των αντιστάσεων, μετρήστε τις με το πολύμετρο και συμπληρώστε τον επόμενο πίνακα. Πίνακας 4-1. Χρωματική κωδικοποίηση και μετρούμενες τιμές αντιστάσεων. Τιμή ± Ανοχή Χρώματα Ζώνη 1 Ζώνη 2 Ζώνη 3 Ζώνη 4 Ζώνη 5 Μέτρηση πολυμέτρου 1kΩ ± 0,1% 10kΩ ± 1% 1kΩ ± 5% 2,2kΩ ± 5% 3,9kΩ ± 5% 5,6kΩ ± 5% 8,2kΩ ± 5% 12kΩ ± 5% 5
5 Εργαστηριακή διαδικασία ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM 5.1 Μετρήσεις ρεύματος τάσης Στο κομμάτι αυτό της άσκησης θα γίνουν μετρήσεις τάσης και ρεύματος επί μίας αντίστασης σταθερής τιμής. Συγκεκριμένα, θα υλοποιηθεί το κύκλωμα που παρουσιάζεται στην Εικόνα 5-1. Ένα ψηφιακό πολύμετρο θα συνδεθεί παράλληλα με μία αντίσταση και θα μετράει την τάση ανάμεσα στα άκρα της. Ένα δεύτερο πολύμετρο θα συνδεθεί σε σειρά με την αντίσταση και θα μετράει το ρεύμα που θα τη διαρρέει. Η τάση στα άκρα της αντίστασης θα καθορίζεται μεταβάλλοντας την τιμή μίας πηγής τάσης. Εικόνα 5-1. Μέτρηση ρεύματος και τάσης σε μία αντίσταση. Το όργανο V μετράει την τάση και το όργανο Α μετράει το ρεύμα. Β1. Βρείτε την αντίσταση 1kΩ ανοχής 0,1%. Β2. Ρυθμίστε το τροφοδοτικό στα 3V και συνδέστε το στο breadboard. Μην ανοίξετε την τροφοδοσία ακόμα. Β3. Συνδέστε το πολύμετρο αυτόματης κλίμακας στο breadboard, ώστε να μετράει την τάση του τροφοδοτικού, χρησιμοποιώντας τα ειδικά καλώδια: a. μαύρο καλώδιο πολυμέτρου στην πάνω μπλε γραμμή του breadboard b. κόκκινο καλώδιο στην κάτω κόκκινη γραμμή του breadboard ΚΟΚΚΙΝΟ ΚΑΛΩΔΙΟ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟΥ ΜΑΥΡΟ ΚΑΛΩΔΙΟ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟΥ Εικόνα 5-2. Σύνδεση πολυμέτρου μέτρησης τάσης. 6
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Β4. Τοποθετήστε την αντίσταση με κάθετο προσανατολισμό επί του breadboard, συνδέοντας τον έναν ακροδέκτη στη γη αναφοράς του breadboard (πάνω μπλε γραμμή) και τον άλλο ακροδέκτη σε κάποιο άλλο σημείο, όπως δείχνει η επόμενη εικόνα. Εικόνα 5-3. Σύνδεση αντίστασης στο breadboard. Β5. Προετοιμάστε το πολύμετρο χειροκίνητης κλίμακας για μέτρηση ρεύματος: a. Τοποθετήστε το μαύρο καλώδιο στην υποδοχή που φέρει την ένδειξη COM. b. Τοποθετήστε το κόκκινο καλώδιο στην υποδοχή που φέρει την ένδειξη ma. Εικόνα 5-4. Σύνδεση καλωδίων στο πολύμετρο μέτρησης ρεύματος. c. Θέστε τον περιστροφικό διακόπτη στη θέση μέτρηση συνεχούς ρεύματος και στην κλίμακα των 20mA. Εικόνα 5-5. Ρύθμιση περιστροφικού διακόπτη για μέτρηση ρεύματος. 7
ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM Β6. Συνδέστε το πολύμετρο χειροκίνητης κλίμακα σε σειρά με την αντίσταση ως εξής: a. Συνδέστε το κόκκινο καλώδιο του πολυμέτρου στην πάνω κόκκινη γραμμή του breadboard b. Συνδέστε το μαύρο καλώδιο του πολυμέτρου στο άκρο της αντίστασης ΚΟΚΚΙΝΟ ΚΑΛΩΔΙΟ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟΥ ΜΑΥΡΟ ΚΑΛΩΔΙΟ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟΥ Εικόνα 5-6. Σύνδεση πολυμέτρου μέτρησης ρεύματος. Β7. Ζητείστε από τον διδάσκοντα να ελέγξει το κύκλωμα πριν δώσετε τροφοδοσία. Β8. Αφού ελεγχθεί το κύκλωμα από τον διδάσκοντα, ανοίξτε την τροφοδοσία. Β9. Καταγράψτε τις τιμές της τάσης και του ρεύματος από τα δύο πολύμετρα στον Πίνακα 5-1. Β10. Επαναλάβατε τις μετρήσεις για τάσεις τροφοδοτικού 4.5V, 5V, 6V, 7.5V, 9V και 12V. Πίνακας 5-1. Μετρήσεις τάσης και ρεύματος για αντίσταση 1kΩ±0,1%. Ονομαστική Τάση Τροφοδοτικού (V) Μέτρηση τάσης (V) Μέτρηση Ρεύματος (ma) 3 4,5 5 6 7,5 9 12 Β11. Επαναλάβατε την προηγούμενη διαδικασία για την αντίσταση 10kΩ ανοχής 1% και συμπληρώστε τον Πίνακα 5-2. Πίνακας 5-2. Μετρήσεις τάσης και ρεύματος για αντίσταση 10kΩ±1%. Ονομαστική Τάση Τροφοδοτικού (V) Μέτρηση τάσης (V) Μέτρηση Ρεύματος (ma) 3 4,5 5 6 7,5 9 12 8
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 5.2 Μετρήσεις ρεύματος αντίστασης Στο κομμάτι αυτό της άσκησης θα γίνουν μετρήσεις αντίστασης και ρεύματος χρησιμοποιώντας σταθερή τάση στα άκρα της αντίστασης. Β12. Βεβαιωθείτε ότι η τροφοδοσία είναι κλειστή. Β13. Ρυθμίστε το τροφοδοτικό στα 6V. Β14. Τοποθετήστε την αντίσταση 1kΩ ανοχής 5% και μετρήστε το ρεύμα. Εισάγετε τις τιμές στον Πίνακα 5-3. Β15. Επαναλάβατε τις μετρήσεις για τις αντιστάσεις 2.2kΩ, 3.9kΩ, 5.6kΩ, 8.2kΩ, και 12kΩ ανοχής 5%. Εισάγετε τις μετρήσεις στον Πίνακα 5-3 (Υπόδειξη: Εάν το ρεύμα γίνει μικρότερο από 2mA χαμηλώστε την κλίμακα στο πολύμετρο ρεύματος, ώστε οι μετρήσεις να είναι περισσότερο ακριβείς). Πίνακας 5-3. Μετρήσεις αντίστασης και ρεύματος για τάση 6V. Ονομαστική τιμή αντίστασης (kω) Μέτρηση αντίστασης 1 (kω) Μέτρηση Ρεύματος (ma) 1 2,2 3,9 5,6 8,2 12 5.3 Ρύθμιση ρεύματος LED Ένα LED (Light Emitting Diode) είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο εκπέμπει φως διαφόρων χρωμάτων (κόκκινο, κίτρινο, πράσινο, μπλε κ.α.), όταν εφαρμοστεί μία κατάλληλη τάση στα άκρα του. Ένα LED μπορεί να αντέξει ένα μέγιστο ρεύμα, το οποίο είναι 20-30mA περίπου. Εάν το ρεύμα γίνει μεγαλύτερο από το μέγιστο ρεύμα, το LED θα καταστραφεί. Για την προστασία του LED από υψηλά ρεύματα, συνδέεται εν σειρά μία αντίσταση, η οποία περιορίζει το ρεύμα σε αυτό, όπως δείχνει η Εικόνα 5-7. Επιπλέον, η αντίσταση ρυθμίζει την ένταση του εκπεμπόμενου φωτός: μεγάλη αντίσταση σημαίνει μικρό ρεύμα στο LED και επομένως χαμηλή ένταση φωτός μικρή αντίσταση σημαίνει μεγάλο ρεύμα στο LED και επομένως υψηλή ένταση φωτός 1 Χρησιμοποιήστε τις τιμές του ΠΙνακα 4-1. 9
R1 1k Αντίσταση περιορισμού ρεύματος ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM V1 5 5V LED 2V LED1 CQX35A Εικόνα 5-7. Κύκλωμα προστασίας LED από μεγάλα ρεύματα με χρήση αντίστασης. Β16. Με βάση την Εικόνα 5-7, εάν η πηγή τάσης είναι ρυθμισμένη στα 5V και η τάση στα άκρα του LED είναι 2V περίπου, να υπολογιστεί με τον νόμο του Ohm η θεωρητική τιμή της αντίστασης ώστε το ρεύμα να είναι περίπου: α) 17mA β) 9mA γ) 1,4mA. Ζητείστε τις αντιστάσεις από τον διδάσκοντα 2. Μετρήστε τις και συμπληρώστε τον Πίνακα 5-4. Πίνακας 5-4. Τιμές αντίστασης για διάφορες τιμές ρεύματος στο LED. Θεωρητική Τιμή Ρεύματος σε LED (ma) Θεωρητική Τιμή Αντίστασης (Ω) Μετρούμενη Τιμή Αντίστασης (Ω) 17 9 1,4 Β17. Βεβαιωθείτε ότι η τροφοδοσία είναι κλειστή. Β18. Βεβαιωθείτε ότι η κλίμακα στο πολύμετρο χειροκίνητης κλίμακας είναι στα 20mA. Β19. Ρυθμίστε την πηγή τάσης στα 5V. Β20. Για κάθε τιμή αντίστασης από τον Πίνακα 5-4, υλοποιήστε το κύκλωμα, όπως δείχνει η επόμενη εικόνα. Πρέπει να σημειωθεί ότι: a. η αντίσταση που φαίνεται στην εικόνα είναι ενδεικτική b. το LED έχει δύο ακροδέκτες με διαφορετικό μήκος. Ο μεγαλύτερος ακροδέκτης συνδέεται με την αντίσταση, ενώ ο μικρότερος ακροδέκτης συνδέεται στη γη αναφοράς. Εάν οι ακροδέκτες συνδεθούν ανάποδα, το LED δεν θα ανάψει c. το πολύμετρο αυτόματης κλίμακας θα μετράει την τάση της πηγής d. το πολύμετρο χειροκίνητης κλίμακας θα μετράει το κοινό ρεύμα που διαρρέει την αντίσταση και το LED 2 Οι τιμές αντιστάσεων που είναι διαθέσιμες στο εργαστήριο μπορεί να διαφέρουν από τις θεωρητικά υπολογισμένες τιμές. 10
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Εικόνα 5-8. Υλοποίηση του κυκλώματος που παρουσιάζει η Εικόνα 5-7. Β21. Μετρήστε και καταγράψτε στον Πίνακα 5-5 τις τιμές τάσης και ρεύματος από τα δύο πολύμετρα σε κάθε περίπτωση. Πίνακας 5-5. Τάση στα άκρα του LED για διάφορες θεωρητικές τιμές ρεύματος. Θεωρητική Τιμή Ρεύματος σε LED (ma) Μετρούμενη Τάση (V) Μετρούμενη Τιμή Ρεύματος σε LED (ma) 17 9 1,4 Β22. Πρέπει να σημειωθεί ότι σε ένα τροφοδοτικό που παρέχει ρεύμα σε κύκλωμα, η πραγματική τιμή της τάσης του τροφοδοτικού μπορεί να είναι αρκετά μικρότερη από την ονομαστική της τιμή. Η απόκλιση γίνεται μεγαλύτερη όσο πιο πολύ είναι το παρεχόμενο ρεύμα. Σε αυτό οφείλονται πιθανές αποκλίσεις της μετρούμενης τάσης στον Πίνακα 5-5 από την ονομαστική τιμή των 5V που είναι ρυθμισμένο το τροφοδοτικό. 6 Ερωτήσεις ανάλυσης αποτελεσμάτων Ε1. Με βάση τις μετρήσεις των πινάκων 5-1 και 5-2, επιβεβαιώνεται η σχέση Ι = V R; Δικαιολογήστε την απάντηση σας (Υπόδειξη: χρησιμοποιήστε ενδεικτικά κάποιες μετρήσεις για να επιβεβαιώσετε τη σχέση). Ε2. Με βάση τις μετρήσεις του Πίνακας 5-1, φτιάξτε το διάγραμμα του ρεύματος ως προς την τάση στο Microsoft Excel (δείτε το σχετικό βίντεο που υπάρχει στον σύνδεσμο) ή στο OpenOffice Calc (δείτε το σχετικό βίντεο που υπάρχει στον σύνδεσμο). Ο οριζόντιος άξονας να είναι η τάση και ο κατακόρυφος άξονας το ρεύμα. Ε3. Επαναλάβατε το προηγούμενο ερώτημα για τις μετρήσεις του Πίνακα 5-2. Ε4. Υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ της κλίσης των ευθειών στα προηγούμενα διαγράμματα και της τιμής της αντίστασης; Αν ναι, ποια είναι η σχέση αυτή; 11
ΑΣΚΗΣΗ 3 ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM Ε5. Με βάση τις μετρήσεις του Πίνακας 5-3, φτιάξτε το διάγραμμα της μετρούμενη τιμής του ρεύματος ως προς την μετρούμενη αντίσταση στο Excel. Ο οριζόντιος άξονας να είναι η αντίσταση και ο κατακόρυφος άξονας το ρεύμα. Ε6. Με βάση το προηγούμενο διάγραμμα, επιβεβαιώνεται η σχέση μεταξύ ρεύματος και αντίστασης; Δικαιολογήστε την απάντηση σας. Ε7. Με βάση τις μετρήσεις του Πίνακα 5-4 και του Πίνακα 5-5 και λαμβάνοντας υπόψη ότι η τάση στα άκρα του LED είναι περίπου 2V, επιβεβαιώνεται ο νόμος του Ohm; Δικαιολογήστε την απάντηση σας. Ε8. Για τις μετρήσεις του Πίνακα 5-5, υπολογίστε την ποσοστιαία απόκλιση μεταξύ της μετρούμενης και της θεωρητικής τιμής του ρεύματος στο LED. Δικαιολογήστε που οφείλονται σημαντικές αποκλίσεις (πάνω από 20%). 12