ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ( Εργαστήριο ) Α εξαμήνου 1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΤΟ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ ΣΑΝ ΟΡΓΑΝΟ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ, ΠΗΓΕΣ ΤΑΣΗΣ, ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΚΑΙ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΤΑΣΗΣ. 1. Εισαγωγή: Ο ηλεκτρισμός υφίσταται στην ζωή του ανθρώπινου είδους από την χαραυγή της ύπαρξης του ανθρώπου σαν είδος. Αρχικά είχε την μορφή του φυσικού φαινομένου, του κεραυνού που οι πρωτόγονοι άνθρωποι ερμήνευαν ως ενέργεια των Θεών σε οποιαδήποτε θρησκεία. Το όνομα του οφείλεται στο ήλεκτρον, την ελληνική ονομασία για το κεχριμπάρι. Εδώ και χιλιάδες χρόνια ήταν γνωστό ότι το κεχριμπάρι, όταν τρίβεται με ένα ύφασμα, αποκτά ηλεκτρικές ιδιότητες. Γύρω στα 1800 ο Ιταλός φυσικός Alessandro Volta κατασκεύασε την πρώτη μπαταρία, με την οποία μπορούσε να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα μια εφαρμογή του ηλεκτρισμού για τα πειράματά του. Μέχρι τότε ήταν γνωστοί μόνο οι σπινθήρες. Μπαταρίες χρησιμοποιούμε και σήμερα για τη λειτουργία κάποιων συσκευών. Μορφές στην έρευνα για το ηλεκτρικό ρεύμα υπήρξαν δυο άνθρωποι, ο Thomas Alva Edison και ο Nikola Tesla, μαθητής του πρώτου αλλά τελικά και δάσκαλος του. Οι δυο αυτές προσωπικότητες συγκρούστηκαν πάνω στο θέμα της καταλληλότερης μορφής ηλεκτρισμού για τον άνθρωπο, ο πρώτος υπερασπιστής της DC τάσης, ο δεύτερος της AC μορφής της. Τα διεθνή σύμβολα για την μορφή της τάσης είναι: Εκτός από το μέγεθος ΤΑΣΗ και τις μορφές που αυτή μπορεί να έχει, άλλα σημαντικά μεγέθη του ηλεκτρισμού είναι το ΡΕΥΜΑ που διαρρέει ένα κύκλωμα αλλά και η ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ που παρουσιάζει το κύκλωμα αυτό όταν του εφαρμόζεται μια κάποια τάση. Στη χώρα μας το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1889 για το φωτισμό του ιστορικού κέντρου της Αθήνας. Το 1905 ηλεκτροφωτίζονται οι περισσότεροι δρόμοι της πρωτεύουσας, αλλά μέχρι το 1950 μόνο 823 πόλεις και χωριά, από τα 11.600 που υπήρχαν, είχαν ρεύμα για κάποιες ώρες και με αρκετές διακοπές. Παρόλη τη δυσκολία για την ολοκλήρωση του δικτύου, η χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος άλλαξε την εικόνα της χώρας. Είναι εντυπωσιακό ότι, αν και η ιστορία του ηλεκτρικού ρεύματος είναι σχετικά μικρή, η καθημερινή μας ζωή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από αυτό.
Σήμερα θα εξετάσουμε το πρώτο μέγεθος, την ΤΑΣΗ και τις μορφές της και θα πάρουμε μετρήσεις της τάσης αυτής με ένα όργανο που είναι σε θέση να μετρήσει όλα τα παραπάνω μεγέθη και λέγεται πολύμετρο. 2. Το πολύμετρο, περιγραφή και τρόπος χρήσης μας: Στην παρακάτω φωτογραφία βλέπετε ένα από τα τυπικά πολύμετρα του εργαστηρίου Πάνω σε αυτό μπορούμε να διακρίνουμε τα σύμβολα V ( από την μονάδα μέτρησης ΤΑΣΗΣ, Volt ), A ( από την μονάδα μέτρησης ρεύματος, Ampere ) και Ω ( από την ελληνική λέξη Ωμόμετρο που παράγεται με την σειρά της από την ονομασία της μονάδας μέτρησης αντίστασης, Ohm ). Επίσης διακρίνονται: Ο κεντρικός διακόπτης του ON-OFF που θέτει το πολύμετρο σε λειτουργία ή το κλείνει. Κλείνουμε πάντα το πολύμετρο μας όταν δεν πρόκειται να το χρησιμοποιήσουμε για να μην καταναλώνεται άσκοπα η μπαταρία του. Ο επιλογέας του οργάνου ( στη φωτογραφία στη θέση V ). Με αυτόν μπορούμε να επιλέξουμε πριν πραγματοποιήσουμε σύνδεση του με οτιδήποτε: α. Τι μέγεθος πρόκειται να μετρήσουμε και β. Την μέγιστη ένδειξη στη θέση αυτή π.χ. V για μέτρηση τάσης.
Στη φωτογραφία ορίζεται ότι μέγιστη τάση που μπορεί να μετρηθεί από αυτό είναι 1000Vp-p για DC και AC τάσεις ( περίπου ίσο με 350V rms ) Δεξιά τους διακόπτες RANGE, AC/DC, -MEM και HOLD. O RANGE καθορίζει το αν το πολύμετρο μας θα λειτουργεί σαν όργανο μέτρησης ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ( AUTO στην οθόνη του οργάνου ) ή θα απενεργοποιείται η δυνατότητα αυτή. Η δυνατότητα αυτή θα απενεργοποιείται ΜΟΝΟ όταν σας ζητηθεί! Ο AC/DC καθορίζει τι μορφή τάσης θα μετρηθεί. Όταν πατηθεί, για AC θα παρουσιάζεται η σχετική ένδειξη AC στη οθόνη αλλιώς δεν θα εμφανίζεται τίποτα ( μέτρηση DC τάσης ). Ο ΜΕΜ απεικονίζει την διαφορά μεταξύ δυο διαδοχικών μετρήσεων και σπανίως χρησιμοποιείται στις μετρήσεις μας. Τέλος, ο διακόπτης HOLD κρατάει απεικονισμένη την τελευταία μέτρηση μας εμφανίζοντας και την σχετική ένδειξη στην οθόνη του οργάνου. Όσο η ένδειξη αυτή υφίσταται, το όργανο ΔΕΝ μπορεί να κάνει άλλη απεικόνιση μέτρησης. Aντίστοιχα, το ίδια ισχύουν και για τις μετρήσεις των άλλων μεγεθών του πολύμετρου. Για το συγκεκριμένο πολύμετρο, μέτρηση AC/DC ρεύματος σε τρείς μέγιστες ενδείξεις κλίμακας ( δείτε φωτογραφία) 30mA, 300ma και 10Α και ωμικής αντίστασης. Ειδικά για την τελευταία μέτρηση, είναι απαραίτητη η απουσία τάσης στο κύκλωμα. Η αντίσταση ενός κυκλώματος ή μιας μεμονωμένης αντίστασης πραγματοποιείται ΜΟΝΟ χωρίς εφαρμογή τάσης πάνω σε αυτήν. Σε αντίθετη περίπτωση, το πολύμετρο κινδυνεύει με καταστροφή του! Τέλος, κάτω στη φωτογραφία απεικονίζονται οι είσοδοι του οργάνου: COM, σε αυτόν συνδέεται πάντα ο μαύρος ακροδέκτης που συνοδεύει το πολύμετρο. Η ονομασία του έρχεται από την Αγγλική λέξη Common=Κοινός και είναι αντίστοιχος με την γείωση ή Ground. Για τα DC μεγέθη εδώ συνδέεται ο αγωγός από το πλην (-) της εκάστοτε πηγής ενώ για τα AC είναι αδιάφορο το πρόσημο. ΑVΩ, σε αυτόν συνδέεται ο κόκκινος ακροδέκτης και η ονομασία του προέρχεται από τα αρχικά των τριών μεγεθών προς μέτρηση. Για τα DC μεγέθη εδώ συνδέεται ο αγωγός από το συν (+) της εκάστοτε πηγής, και όμοια για το AC είναι αδιάφορο το πρόσημο. Ειδικά για την μέτρηση ρεύματος, στη φωτογραφία κάτω από τον σχετικό ακροδέκτη ορίζεται σαν μέγιστη τιμή ρεύματος τα 300mA. Κάθε ανώτερη τιμή από αυτήν θα μετρηθεί ακολουθώντας τις οδηγίες παρακάτω!
10Α, σε αυτόν συνδέεται ο κόκκινος ακροδέκτης ΜΟΝΟ όταν θα παρθεί μέτρηση ρεύματος πάνω από 300mA. Η ενέργεια αυτή θα εκτελείται ΜΟΝΟ όταν σας ζητηθεί! 3. Πηγές τάσης για την πραγματοποίηση των ασκήσεων Στον πάγκο εργασίας σας υπάρχουν δυο πηγές τάσης, η μια προερχόμενη τάση από το τροφοδοτικό της παρακάτω φωτογραφίας που παρέχει τάσεις συνεχούς τάσης (DC): Στην πρόσοψη του διακρίνονται: 1. Ο κεντρικός διακόπτης POWER που θέτει το τροφοδοτικό πολλαπλών τάσεων σε κατάσταση λειτουργίας. 2. Δυο (2) ρυθμιστικά της τάσης εξόδου τα οποία ρυθμίζουν την τάση εξόδου το πρώτο με υψηλό βήμα ανεβάσματος της τάσης (COARSE), το δεύτερο την μικρομετρική άνοδο της (ακριβείας, FINE) 3. Άλλα δυο (2) ρυθμιστικά του ρεύματος εξόδου τα οποία ρυθμίζουν το μέγιστο ρεύμα που θα επιτρέψει το τροφοδοτικό να διαρρεύσει το όποιο κύκλωμα με τις ίδιες COARSE και FINE ενδείξεις.
4. Τρεις ακροδέκτες εξόδου από τους οποίους θα χρησιμοποιούνται ΠΑΝΤΑ ο κεντρικός ( σήμανση γείωσης ) και ο δεξιά ( σήμανση +, όπως απεικονίζεται στη φωτογραφία ) ακροδέκτης. 5. Τέλος, οι δυο οθόνες απεικόνισης της τάσης και του ρεύματος εξόδου, από τις οποίες βλέπουμε τι τάση δίνουν οι ακροδέκτες εξόδου και πόσο ρεύμα καταναλώνει η διάταξη μας. Για κανέναν λόγο δεν πραγματοποιούμε σύνδεση του τροφοδοτικού με το όποιο κύκλωμα μας χωρίς έλεγχο από τον διδάσκοντα ή τον βοηθό διδάσκοντα. Ιδιαίτερη προσοχή και κατά την τροφοδότηση να μην υπάρξει βραχυκύκλωμα στη έξοδο του και στους αγωγούς ( καλώδια ) από αυτήν!! Αντίστοιχα, για την παροχή εναλλασσόμενης τάσης (AC) θα χρησιμοποιήσετε το τροφοδοτικό της παρακάτω φωτογραφίας: Το τροφοδοτικό αυτό παρέχει μια και μόνη τάση εξόδου 9V AC, αυτή θα είναι και η μόνη μέτρηση AC που θα μετρήσετε στην σημερινή άσκηση.
ΠΟΡΕΙΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: 1. Με το πολύμετρο σας έτοιμο για μέτρηση DC τάσης και με τοποθετημένους κατάλληλα τους ακροδέκτες σύνδεσης του, θέστε σε λειτουργία το τροφοδοτικό σας και ρυθμίστε την τιμή της τάσης εξόδου από αυτό στις τιμές που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: Ρυθμιζόμενη τιμή εξόδου από τροφοδοτικό 3 6 9 12 15 Μέτρηση όπως απεικονίζεται στη οθόνη του τροφοδοτικού Μέτρηση με το πολύμετρο 2. Κλείστε το τροφοδοτικό DC, αποσυνδέστε κάθε ακροδέκτη από την έξοδο του. 3. Συνδέστε το τροφοδοτικό AC σε μία από τις πρίζες του πάγκου σας, ετοιμάστε το πολύμετρο σας για μέτρηση AC τάσης. Ακολουθώντας ρητά τις οδηγίες των διδασκόντων, μετρήστε την τάση εξόδου του τροφοδοτικού AC με το πολύμετρο σας και συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα: Τιμή αναφοράς από τα στοιχεία του pack AC τάσης Τιμή που μετρήθηκε στην έξοδο του με το πολύμετρο 4. Συγκρίνετε τις μετρήσεις σας με αυτές των τάσεων αναφοράς για DC και AC. Αν παρατηρείτε κάτι, αναφέρετε το παρακάτω: 5. Σημειώστε τα στοιχεία σας: ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ Αρ. Μητρώου Υπογραφή