ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΤΡΙΩΡΟ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: 1 ΣΚΟΠΟΣ... 1 2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ... 1 2.1 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΑΘΕΡΗΣ ΤΙΜΗΣ... 1 ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΑΝΘΡΑΚΑ... 2 ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΦΙΛΜ... 2 ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΤΥΠΟΥ CHIP... 3 ΔΙΚΤΥΟ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ... 3 2.2 ΣΤΗΡΙΞΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΩΝ... 4 2.3 ΑΝΟΧΗ... 4 2.4 ΙΣΧΥΣ... 4 2.5 ΧΡΩΜΑΤΙΚΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ... 5 ΑΝΟΧΗ 5% Η 10%... 5 ΑΝΟΧΗ 1% Η ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ... 7 2.6 ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ... 8 3 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ... 10 4 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ... 10 5 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ... 13
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 1 Σκοπός Η παρούσα άσκηση αποσκοπεί στο να εξοικειωθούν οι φοιτητές με τη μέτρηση αντιστάσεων με χρήση ψηφιακού πολυμέτρου, να γνωρίσουν τον χρωματικό κώδικα που προσδιορίζει την τιμή μίας αντίστασης και την ανοχή που τις χαρακτηρίζει. 2 Θεωρητικό υπόβαθρο Η αντίσταση (resistor) ίσως είναι το πιο διαδεδομένο εξάρτημα που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά ή ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η βασική εφαρμογή των αντιστάσεων είναι ο περιορισμός του ρεύματος σε ένα κύκλωμα. Επίσης χρησιμοποιείται για να διαιρέσει μία τάση και σε ορισμένες περιπτώσεις για να παράγει θερμότητα. Οι αντιστάσεις μπορούν να διαχωριστούν σε δύο κατηγορίες: Αντιστάσεις σταθερής τιμής Αντιστάσεις μεταβλητής τιμής Στην παρούσα άσκηση, θα μελετηθούν οι αντιστάσεις σταθερής τιμής. 2.1 Αντίσταση σταθερής τιμής Το κυκλωματικό σύμβολο μίας αντίστασης σταθερής τιμής δίνεται στην Εικόνα 1. Εικόνα 1. Κυκλωματικό σύμβολο αντίστασης σταθερής τιμής. Η μονάδα μέτρησης της τιμής μίας αντίστασης είναι το Ohm και συμβολίζεται με Ω. Μία αντίσταση ενός Ohm διαρρέεται από ρεύμα ενός Ampere όταν η τάση στα άκρα της είναι ένα Volt. Καθώς, η τιμή μίας αντίστασης μπορεί να είναι μερικές χιλιάδες ή και εκατομμύρια Ohm, συνήθως χρησιμοποιούνται τα πολλαπλάσια kiloohm (kω) ή MegaOhm (ΜΩ): 1 kω = 10 3 Ω = 1.000 Ω 1 ΜΩ = 10 6 Ω = 1.000.000 Ω Ταυτόσημη έννοια, είναι η έννοια της αγωγιμότητας που είναι το αντίστροφο της αντίστασης και μετριέται σε Siemens και συμβολίζεται με S, δηλαδή S = Ω -1. Η τιμή μίας αγωγιμότητας μπορεί να είμαι μερικά χιλιοστά ή εκατομμυριοστά Siemens, οπότε χρησιμοποιούνται τα υποπολλαπλάσια millisiemens (ms) ή microsiemens (μs): 1 ms = 10-3 S = 0,001 S 1 μs = 10-6 S = 0,000001 S Οι αντιστάσεις κατασκευάζονται με διάφορα υλικά και με διάφορες τεχνολογίες, όπως: Αντιστάσεις σύνθεσης άνθρακα (carbon composition) Αντιστάσεις φιλμ Αντιστάσεις τύπου chip 1
ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Αντιστάσεις σύνθεσης άνθρακα Οι αντιστάσεις σύνθεσης άνθρακα είναι από τα πρώτα είδη αντιστάσεων που κατασκευάστηκαν. Αποτελούνται από μίγμα λεπτόκοκκου άνθρακα και μονωτικού υλικού, συνήθως κεραμικό. Μια ρητίνη συγκρατεί το μείγμα μαζί. Η τιμή της αντίσταση καθορίζεται από τη συγκέντρωση του άνθρακα στο μίγμα. Υψηλή συγκέντρωση άνθρακα, ο οποίος είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού, προσδίδει χαμηλή τιμή αντίστασης. Το μίγμα τοποθετείται σε ένα μονωτικό περίβλημα στα άκρα του οποίου υπάρχουν δύο αγώγιμοι ακροδέκτες. Το πλεονέκτημα μίας αντίστασης σύνθεσης άνθρακα είναι μεγάλη αντοχή της σε υψηλά ρεύματα ή τάσεις. Όμως έχει το μειονέκτημα ότι η τιμή της αντίστασης μπορεί να μεταβληθεί με την πάροδο του χρόνου ή με παρατεταμένη χρήση σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Η Εικόνα 2 παρουσιάζει τη δομή μίας αντίστασης σύνθεσης άνθρακα. Χρωματικές ζώνες Υλικό αντίστασης Μονωτικό περίβλημα Ακροδέκτης Εικόνα 2. Δομή αντίστασης σύνθεσης άνθρακα. Αντιστάσεις φιλμ Στις αντιστάσεις φιλμ, το υλικό της αντίστασης είναι σε μορφή φιλμ και αποτίθεται ομοιόμορφα σε μία κεραμική ράβδο υψηλής ποιότητας. Το φίλμ μπορεί να είναι άνθρακας ή συνδυασμός χρωμίου νικελίου, οπότε οι αντιστάσεις ονομάζονται αντίστοιχα φιλμ άνθρακα (carbon film) ή μεταλλικού φιλμ (metal film). Η επιθυμητή τιμή της αντίστασης επιτυγχάνεται αφαιρώντας τμήμα του υλικού της αντίστασης με ελικοειδές μοτίβο κατά μήκος της κεραμικής ράβδου (Εικόνα 3). Μονωτική βάση Εξωτερικό μονωτικό περίβλημα Μεταλλικό άκρο Φιλμ μετάλλου ή άνθρακα σε ελικοειδή μορφή Εικόνα 3. Δομή αντίστασης φιλμ. 2
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Το πλεονέκτημα της συγκεκριμένης τεχνολογίας κατασκευής αντιστάσεων είναι ότι μπορεί να επιτευχθεί η επιθυμητή τιμή αντίστασης με μεγάλη ακρίβεια. Αντιστάσεις τύπου chip Η δομή μίας αντίστασης τύπου chip παρουσιάζεται στην Εικόνα 4. Παρουσιάζουν το πλεονέκτημα ότι έχουν πολύ μικρό μέγεθος και για αυτό τον λόγο χρησιμοποιούνται ευρέως σε πλακέτες ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Τερματικό άκρο Τερματικό άκρο Γυαλί Αγώγιμη πλάκα Αγώγιμη πλάκα Υλικό αντίστασης Κεραμικό υπόστρωμα Αγώγιμη πλάκα Εικόνα 4. Δομή αντίστασης τύπου chip. Δίκτυο αντιστάσεων Ένα δίκτυο αντιστάσεων αποτελείται από ένα πλήθος αντιστάσεων ίδιας τιμής, οι οποίες έχουν έναν κοινό ακροδέκτη (Εικόνα 5). Υλικό αντίστασης Μεταλλικό περίβλημα Εικόνα 5. Δίκτυο αντιστάσεων. Ακροδέκτης 3
2.2 Στήριξη αντιστάσεων ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Η στήριξη των αντιστάσεων σε μία πλακέτα μπορεί να είναι μέσω οπών (Through Hole) ή να είναι επί επιφανείας (Surface Mount Device - SMD), όπως φαίνεται στην Εικόνα 6. Οι αντιστάσεις φιλμ και σύνθεσης άνθρακα στηρίζονται μέσω οπών, ενώ οι αντιστάσεις τύπου chip έχουν επιφανειακή στήριξη. Οι αντιστάσεις που στηρίζονται μέσω οπών είναι αυτές που χρησιμοποιούνται όταν υλοποιούνται κυκλώματα σε breadboard. Εικόνα 6. Στήριξη αντιστάσεων μέσω οπών (Through Hole) και επί επιφάνειας (Surface Mount). 2.3 Ανοχή Η ανοχή (tolerance) εκφράζεται ως ποσοστό επί τοις εκατό και καθορίζει τη μέγιστη απόκλιση μεταξύ της ονομαστικής και της πραγματικής τιμής μίας αντίστασης. Για παράδειγμα, εάν μία αντίσταση έχει ονομαστική τιμή 1kΩ και ανοχή 5%, τότε η πραγματική τιμή της αντίστασης θα είναι μεταξύ 1kΩ 5 5 1kΩ = 1kΩ 0,05kΩ = 0,95kΩ και 1kΩ + 1kΩ = 1kΩ + 0,05kΩ = 100 100 1,05kΩ. Αντίστοιχα, για μία αντίσταση με ονομαστική τιμή 4,7kΩ και ανοχή 1%, η πραγματική τιμή της αντίστασης θα είναι μεταξύ 4,7kΩ 1 4,7kΩ = 4,7kΩ 0,047kΩ = 4,653kΩ και 4,7kΩ + 1 100 100 4,7kΩ = 4,7kΩ + 0,047kΩ = 4,747kΩ. Τυπικές τιμές ανοχής είναι 10%, 5%, 1%, 0.5% και 0,1%. 2.4 Ισχύς Μία αντίσταση εκτός από την ονομαστική τιμή που έχει και την ανοχή, χαρακτηρίζεται από τη μέγιστη ισχύ που μπορεί να αντέξει. Η ισχύς είναι το γινόμενο της τάσης στα άκρα της αντίστασης επί το ρεύμα που τη διαρρέει. Η μονάδα μέτρηση είναι το watt (W). Για παράδειγμα, μία αντίσταση 0,25W μπορεί να αντέξει ισχύ 0,25W. Εάν η ισχύς ξεπεράσει αυτή την τιμή, η αντίσταση θα υπερθερμανθεί και τελικά θα καταστραφεί. Τυπικές τιμές για τη μέγιστη ισχύ μίας αντίστασης είναι 0,25W, 0,5W και 1W. Η Εικόνα 7 παρουσιάζει αντιστάσεις διαφορετικής ισχύος. 4
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Εικόνα 7. Αντιστάσεις διαφορετικής ισχύος. Πάνω: αντίσταση 1W. Κάτω: αντίσταση 0,25W. 2.5 Χρωματικός κώδικας Ανοχή 5% ή 10% Συνήθως, οι αντιστάσεις οι οποίες στηρίζονται μέσω οπών φέρουν χρωματικές ζώνες, με βάση τις οποίες μπορεί να προσδιοριστεί η ονομαστική τιμή τους, καθώς και η ανοχή. Οι αντιστάσεις ανοχής 10% και 5% φέρουν τέσσερις χρωματικές ζώνες στην επιφάνεια τους, όπως δείχνει η Εικόνα 8. Οι ζώνες αυτές είναι κοντά στο έναν από τους δύο ακροδέκτες της αντίστασης. Ο Πίνακας 2-1 παρουσιάζει την αντιστοιχία χρωμάτων και ψηφίων και ο Πίνακας 2-2 την αντιστοιχία ανοχής με χρώμα. 1 ο ψηφίο Ποσοστιαία ανοχή 2 ο ψηφίο Πολλαπλασιαστής (πλήθος μηδενικών μετά το 2 ο ψηφίο) Εικόνα 8. Χρωματικός ζώνες για αντιστάσεις ανοχής 5% ή 10%. Πίνακας 2-1. Αντιστοίχηση χρωμάτων με ψηφία για τις 3 πρώτες ζώνες αντίστασης ανοχής 5% ή 10%. Ψηφίο Χρώμα 0 Μαύρο 1 Καφέ 2 Κόκκινο 3 Πορτοκαλί 4 Κίτρινο 5 Πράσινο 6 Μπλε 7 Βιολετί 8 Γκρίζο 9 Λευκό 5
ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Πίνακας 2-2, Χρωματική κωδικοποίηση ανοχής. Ανοχή Χρώμα 5% Χρυσό 10% Ασημί Η διαδικασία εύρεσης της (ονομαστική) τιμής μίας αντίστασης με βάση τον χρωματικό κώδικα έχει ως εξής: 1. Ξεκινάμε από την ακραία χρωματική ζώνη που είναι πιο κοντά σε ακροδέκτη της αντίστασης. Η ζώνη αυτή είναι το πρώτο ψηφίο της τιμής. Εάν δεν είναι ξεκάθαρο ποια είναι η πρώτη ζώνη, ξεκινάμε από τη ζώνη που δεν έχει χρυσό ή ασημί χρώμα. 2. Η επόμενη ζώνη καθορίζει το δεύτερο ψηφίο της τιμής. 3. Η τρίτη ζώνη καθορίζει το πλήθος των μηδενικών που ακολουθούν το δεύτερο ψηφίο (πολλαπλασιαστής). 4. Η τέταρτη ζώνη καθορίζει την ανοχή και είναι συνήθως χρυσό ή ασημί. Πρέπει να σημειωθεί ότι εάν η τιμή της αντίστασης είναι μικρότερη από 10Ω η τρίτη ζώνη θα έχει χρώμα χρυσό ή ασημί. Το χρυσό χρώμα αντιστοιχεί σε πολλαπλασιαστή 0,1 και το ασημί σε πολλαπλασιαστή 0,01. Ένα παράδειγμα εύρεσης της ονομαστικής τιμής μίας αντίστασης με βάση τον χρωματικό κώδικα δίνεται στη συνέχεια. Έστω η αντίσταση του επόμενου σχήματος Η πρώτη ζώνη είναι κόκκινη, επομένως το 1 ο ψηφίο είναι 2. Η δεύτερη ζώνη είναι βιολετί, επομένως το 2 ο ψηφίο είναι 7. Η τρίτη ζώνη είναι πορτοκαλί, επομένως ακολουθούν 3 μηδενικά Η τέταρτη ζώνη είναι ασημί που σημαίνει ανοχή 10%. Η ονομαστική τιμή της αντίστασης είναι 27.000Ω = 27kΩ και έχει ανοχή 10%. Άρα, η πραγματική τιμή θα είναι μεταξύ 27kΩ 10 10 27kΩ = 27kΩ 0,27kΩ = 26,73kΩ και 27kΩ + 27kΩ = 100 100 27kΩ + 0,27kΩ = 27,27kΩ. Αντίστοιχα για την επόμενη αντίσταση ισχύουν τα ακόλουθα: Η πρώτη ζώνη είναι πράσινη, επομένως το 1 ο ψηφίο είναι 5. Η δεύτερη ζώνη είναι μπλε, επομένως το 2 ο ψηφίο είναι 6. Η τρίτη ζώνη είναι πράσινη, επομένως ακολουθούν 5 μηδενικά Η τέταρτη ζώνη είναι χρυσό που σημαίνει ανοχή 5%. 6
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Η ονομαστική τιμή της αντίστασης 5.600.000Ω = 5.600kΩ=5,6MΩ και έχει ανοχή 5%. Άρα, η πραγματική τιμή θα είναι μεταξύ 5,6MΩ 5 5,6MΩ = 5,6kΩ 0,28MΩ = 5,32MΩ και 100 5,6MΩ + 5 5,6MΩ = 5,6MΩ + 0,28MΩ = 5,88MΩ. 100 Ανοχή 1% ή μικρότερη Όταν η ανοχή της αντίστασης είναι 1% ή μικρότερη, υπάρχει μία επιπλέον χρωματική ζώνη: οι τρεις πρώτες δίνουν τα 3 πρώτα ψηφία της τιμής η τέταρτη ζώνη δίνει το πλήθος των μηδενικών που ακολουθούν το τρίτο ψηφίο η πέμπτη ζώνη παρέχει την ανοχή 1 ο ψηφίο 2 ο ψηφίο 3 ο ψηφίο Ποσοστιαία ανοχή Πολλαπλασιαστής (πλήθος μηδενικών μετά το 3 ο ψηφίο) Εικόνα 9. Χρωματικός ζώνες για αντιστάσεις ανοχής 1% ή μικρότερη. Για τις τέσσερις πρώτες ζώνες ισχύει η αντιστοιχία που παρουσιάζει ο Πίνακας 2-1 παραπάνω. Ο πίνακας με τη χρωματική κωδικοποίηση της ανοχής επεκτείνεται ως ακολούθως. Πίνακας 2-3, Χρωματική κωδικοποίηση ανοχής 1% ή μικρότερης. Ανοχή Χρώμα 1% Καφέ 0,5% Πράσινο 0,1% Βιολετί Έστω η αντίσταση του επόμενου σχήματος. Η πρώτη ζώνη είναι κίτρινη, επομένως το 1 ο ψηφίο είναι 4. Η δεύτερη ζώνη είναι μαύρη, επομένως το 2 ο ψηφίο είναι 0. Η τρίτη ζώνη είναι κόκκινη, επομένως το 3 ο ψηφίο είναι 2. Η τέταρτη ζώνη είναι μαύρη επομένως ακολουθούν 0 μηδενικά Η πέμπτη ζώνη είναι καφέ που σημαίνει ανοχή 1%. 7
ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Η ονομαστική τιμή της αντίστασης 402Ω και έχει ανοχή 1%. Άρα, η πραγματική τιμή θα είναι μεταξύ 402Ω 1 402Ω = 402Ω 4,02Ω = 397,98Ω 100 και 1 402Ω + 402Ω = 402Ω + 4,02Ω = 100 406,02Ω. Αντίστοιχα, για την αντίσταση του επόμενου σχήματος, ισχύουν τα ακόλουθα: Η πρώτη ζώνη είναι πορτοκαλί, επομένως το 1 ο ψηφίο είναι 3. Η δεύτερη ζώνη είναι πορτοκαλί, επομένως το 2 ο ψηφίο είναι 3. Η τρίτη ζώνη είναι κόκκινη, επομένως το 3 ο ψηφίο είναι 2. Η τέταρτη ζώνη είναι πορτοκαλί επομένως ακολουθούν 3 μηδενικά Η πέμπτη ζώνη είναι πράσινη που σημαίνει ανοχή 0,5%. Η ονομαστική τιμή της αντίστασης 332.000Ω = 332kΩ και έχει ανοχή 0,5%. Άρα, η πραγματική τιμή θα είναι μεταξύ 332kΩ 0,5 0,5 332kΩ = 332kΩ 1,66kΩ = 330,34kΩ και 332kΩ + 332kΩ = 100 100 332kΩ + 1,66kΩ = 333,66kΩ. 2.6 Αριθμητικός κώδικας Παρόλο που η χρωματική κωδικοποίηση χρησιμοποιείται ευρέως, υπάρχουν αντιστάσεις, όπως οι αντιστάσεις επιφανειακής στήριξης, που φέρουν χαραγμένα ψηφία ή/και γράμματα για να προσδιορίσουν την ονομαστική τιμή και την ανοχή. Ένας τρόπος αριθμητικής κωδικοποίησης της τιμής μίας αντίστασης είναι η χρήση 3 ψηφίων, όπως παρουσιάζεται στην Εικόνα 10. Τα δύο πρώτα ψηφία είναι τα πρώτα ψηφία της τιμής, ενώ το τρίτο ψηφίο παρέχει τον πολλαπλασιαστικό παράγοντα, δηλαδή το πλήθος των μηδενικών μετά το δεύτερο ψηφίο. Αυτός ο τρόπος προσδιορισμού της τιμής μίας αντίστασης περιορίζεται σε αντιστάσεις με τιμή 10Ω ή μεγαλύτερη. = 12.000Ω = 12kΩ 1 ο ψηφίο 2 ο ψηφίο Πολλαπλασιαστής (πλήθος μηδενικών μετά το 2 ο ψηφίο) Εικόνα 10. Παράδειγμα χρήση αριθμητικής κωδικοποίησης για την τιμή αντίστασης. Ένας άλλο συνηθισμένος τρόπος κωδικοποίησης της τιμής αντίστασης είναι χρήση 2 ή 3 ψηφίων και ενός από τα γράμματα R, K ή Μ. Το γράμμα υποδηλώνει τον πολλαπλασιαστή της τιμής και η θέση του υποδηλώνει τη θέση της υποδιαστολής: R σημαίνει πολλαπλασιαστής 1 (δηλαδή κανένα μηδενικό μετά τα ψηφία) 8
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ K σημαίνει πολλαπλασιαστής 1.000 (δηλαδή τρία μηδενικά μετά τα ψηφία) Μ σημαίνει πολλαπλασιαστής 1.000.000 (δηλαδή έξι μηδενικά μετά τα ψηφία) Με αυτόν τον τρόπο κωδικοποίησης, τιμές από 100 έως 999, προσδιορίζονται από τρία ψηφία μόνο, χωρίς κανένα γράμμα. Η επόμενη εικόνα παρέχει τρία παραδείγματα αυτού του τύπου κωδικοποίησης. = 22Ω = 2,2ΜΩ = 220kΩ 1 ο ψηφίο 2 ο ψηφίο Υποδιαστολή και πολλαπλασιαστής 1 ο ψηφίο 2 ο ψηφίο Υποδιαστολή και πολλαπλασιαστής 1 ο ψηφίο 2 ο ψηφίο Υποδιαστολή και πολλαπλασιαστής 3 ο ψηφίο Εικόνα 11. Παραδείγματα προσδιορισμού τιμής αντίστασης με χρήση ψηφίων και γραμμάτων. 9
ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ 3 Εξοπλισμός Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα. Είδος Μοντέλο Σειριακός Αριθμός Ψηφιακό πολύμετρο 3 1 2 ψηφίων Breadboard Κουτί υλικών 4 Εργαστηριακή διαδικασία Β1. Θεωρώντας αντιστάσεις ανοχής 5%, να συμπληρωθεί ο επόμενος πίνακας με το χρώμα κάθε ζώνης. Πίνακας 4-1. Ονομαστική Τιμή Ζώνη 1 Ζώνη 2 Ζώνη 3 Ζώνη 4 330 Ω 2,2 kω 56 kω 100 kω 1 ΜΩ 4,7 ΜΩ Β2. Για κάθε μία από τις επόμενες αντιστάσεις, να συμπληρωθεί ο επόμενος πίνακας με την ονομαστική τιμή, την ανοχή, τη μικρότερη τιμή και τη μεγαλύτερη τιμή της αντίστασης. Πίνακας 4-2. Αντίσταση Ονομαστική Τιμή Ανοχή Μικρότερη τιμή Μεγαλύτερη τιμή 10
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Β3. Για τις χρωματικές ζώνες που δίνονται στον επόμενο πίνακα, να προσδιοριστεί η ονομαστική τιμή και η ανοχή. Πίνακας 4-3. Χρώματα Ονομαστική τιμή Ανοχή Κόκκινο, γκρίζο, βιολετί, κόκκινο, καφέ Μπλε, μαύρο, κίτρινο, κίτρινο, χρυσό, καφέ Λευκό, πορτοκαλί, καφέ, καφέ, καφέ Β4. Σε τι τιμές αντιστάσεων αντιστοιχούν οι παρακάτω κωδικοποιήσεις; a. 470 b. 5R6 c. 68K d. 10M e. 3M3 Β5. Την ημέρα διεξαγωγής της άσκησης θα σας δοθούν 10 αντιστάσεις διαφορετικής ονομαστικής τιμής και ανοχής. Εκτελέστε τις ακόλουθες ενέργειες: a. Με βάση τα χρώματα των αντιστάσεων, βρείτε την ονομαστική τιμή και την ανοχή τους. b. Τοποθετήστε κάθε αντίσταση στο breadboard, ώστε να μην βραχυκυκλώνονται οι ακροδέκτες της. c. Μετρήστε με το πολύμετρο την τιμή κάθε αντίστασης, επιλέγοντας την πιο κατάλληλη κλίμακα στο πολύμετρο. d. Υπολογίστε την ποσοστιαία απόκλιση, dev, ανάμεσα στη μετρούμενη τιμή R και στην ονομαστική τιμή R nom χρησιμοποιώντας την ακόλουθη σχέση: e. Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα. dev = R R nom R nom 100 Πίνακας 4-4. α/α Ονομαστική τιμή Ανοχή Μετρούμενη Τιμή 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ποσοστιαία απόκλιση 11
ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Β6. Εάν το πολύμετρο του εργαστηρίου για τις κλίμακες 200/2k/20k/200k/2M έχει ακρίβεια ±(0.8%+3), βρείτε για κάθε μία από τις προηγούμενες αντιστάσεις το κάτω και το άνω όριο της πραγματικής τιμής. Πίνακας 4-5. α/α Κάτω όριο πραγματικής τιμής Άνω όριο πραγματικής τιμής 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Β7. Την ημέρα διεξαγωγής της άσκησης, θα σας δοθεί ένα δίκτυο αντιστάσεων. Είναι ένα εξάρτημα με 9 ακροδέκτες που περιλαμβάνει 8 αντιστάσεις σταθερής τιμής 1kΩ. Όλες οι αντιστάσεις έχουν κοινό ακροδέκτη αυτόν που φέρει μία κουκίδα. Εκτελέστε τις ακόλουθες ενέργειες: a. Τοποθετήστε το δίκτυο αντιστάσεων στο breadboard, ώστε να μην βραχυκυκλώνονται οι ακροδέκτες του. b. Μετρήστε την αντίσταση μεταξύ του κοινού ακροδέκτη και κάθε επόμενου ακροδέκτη επιλέγοντας τη βέλτιστη κλίμακα στο πολύμετρο. Επιβεβαιώστε ότι και οι 8 αντιστάσεις είναι 1kΩ. Β8. Την ημέρα διεξαγωγής της άσκησης, θα σας δοθεί μία ειδική αντίσταση, η οποία ονομάζεται φωτοαντίσταση. Η φωτοαντίσταση έχει την ιδιότητα να μεταβάλλει την τιμή της αντίστασης που παρουσιάζει ανάλογα με την ένταση του φωτισμού. Εκτελέστε τις ακόλουθες ενέργειες: a. Τοποθετήστε τη φωτοαντίσταση στο breadboard, ώστε να μην βραχυκυκλώνονται οι ακροδέκτες της. b. Μετρήστε με το πολύμετρο την τιμή της αντίστασης. Καθώς δεν είναι εξαρχής γνωστή η τιμή της αντίστασης, επιλέξτε στο πολύμετρο τη μεγαλύτερη κλίμακα και μειώστε συνεχώς την κλίμακα μέχρι να βρείτε τη μικρότερη κλίμακα που υπερβαίνει τη μετρούμενη τιμή. c. Σκεπάστε την κεφαλή της αντίστασης με τα χέρια σας και επαναλάβατε τη μέτρηση. d. Φωτίστε έντονα την κεφαλή της αντίστασης με τον φακό του κινητού σας και επαναλάβατε τη μέτρηση. e. Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα Πίνακας 4-6. Κατάσταση Φωτισμός περιβάλλοντος Σκεπασμένη με τα χέρια Έντονος φωτισμός Μέτρηση 12
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Β9. Την ημέρα διεξαγωγής της άσκησης, θα σας δοθεί μία ειδική αντίσταση, η οποία ονομάζεται θερμοαντίσταση. Η θερμοαντίσταση έχει την ιδιότητα να μεταβάλλει την τιμή της αντίστασης που παρουσιάζει ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Εκτελέστε τις ακόλουθες ενέργειες: a. Τοποθετήστε τη θερμοαντίσταση στο breadboard, ώστε να μην βραχυκυκλώνονται οι ακροδέκτες της. b. Μετρήστε με το πολύμετρο την τιμή της αντίστασης. Καθώς δεν είναι εξαρχής γνωστή η τιμή της αντίστασης, επιλέξτε στο πολύμετρο τη μεγαλύτερη κλίμακα και μειώστε συνεχώς την κλίμακα μέχρι να βρείτε τη μικρότερη κλίμακα που υπερβαίνει τη μετρούμενη τιμή. c. Πιάστε με το χέρι σας την κεφαλή της αντίστασης και επαναλάβατε τη μέτρηση. d. Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 4-7. Κατάσταση Κεφαλή αντίστασης ελεύθερη Άγγιγμα κεφαλής με το χέρι Μέτρηση Β10. Την ημέρα διεξαγωγής της άσκησης, θα σας δοθεί μία ειδική αντίσταση, η οποία ονομάζεται πιεζοαντίσταση. Η πιεζοαντίσταση έχει την ιδιότητα να μεταβάλλει την τιμή της ανάλογα με την πίεση που δέχεται στην κεφαλή της. Εκτελέστε τις ακόλουθες ενέργειες: a. Τοποθετήστε τη πιεζοαντίσταση στο breadboard, ώστε να μην βραχυκυκλώνονται οι ακροδέκτες της. b. Μετρήστε με το πολύμετρο την τιμή της αντίστασης. Καθώς δεν είναι εξαρχής γνωστή η τιμή της αντίστασης, επιλέξτε στο πολύμετρο τη μεγαλύτερη κλίμακα και μειώστε συνεχώς την κλίμακα μέχρι να βρείτε τη μικρότερη κλίμακα που υπερβαίνει τη μετρούμενη τιμή. c. Ασκήστε πίεση στην κεφαλή της αντίστασης και επαναλάβατε τη μέτρηση. d. Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα. 5 Ερωτήσεις Πίνακας 4-8. Κατάσταση Μέτρηση Χωρίς πίεση Με πίεση Ε1. Ποια είναι η μεγαλύτερη απόκλιση που παρουσιάζει ο Πίνακας 4-4; Είναι δυνατόν να βρεθεί μια τιμή εκτός των ορίων που καθορίζει η ανοχή της αντίστασης; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ε2. Έστω ότι στα άκρα της φωτοαντίστασης που χρησιμοποιήσατε εφαρμοστεί μία σταθερή τάση; Σε ποια περίπτωση η αντίσταση θα διαρρέεται με περισσότερο ρεύμα; Σε σκοτεινό ή σε φωτεινό περιβάλλον; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 13
ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Ε3. Τι συμβαίνει στην τιμή της θερμοαντίστασης που χρησιμοποιήσατε όταν αυξάνεται η θερμοκρασία; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ε4. Επαναλάβατε την ερώτηση Ε2 για την περίπτωση της πιεζοαντίστασης. 14