ΗΜΥ203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Συνδεσμολογίες Παράλληλων Αντιστάσεων και Χρήση Ποτενσιόμετρου στη Διαίρεση Τάσης και Ρεύματος Διδάσκων: Δρ. Γιώργος Ζάγγουλος Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Ατζέντα 1. Μετρήσεις σε κυκλώματα με παράλληλες αντιστάσεις. 2. Διαιρέτης τάσης με χρήση ποτενσιόμετρου 3. Διαιρέτης ρεύματος με χρήση ποτενσιόμετρου 4. Παραδείγματα για εργαστήρια 1-4 Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 2
Μετρήσεις σε κυκλώματα (μόνο) με παράλληλες αντιστάσεις Τι θα συμβεί στο Rολικό αν προστεθεί ή αφαιρεθεί μια αντίσταση (μικρή ή μεγάλη) Τι θα συμβεί στο I των άλλων αντιστάσεων αν προστεθεί ή αφαιρεθεί μια αντίσταση (μικρή ή μεγάλη) Τι θα συμβεί στο Iολικό αν προστεθεί ή αφαιρεθεί μια παράλληλη αντίσταση (μικρή ή μεγάλη) Τι θα συμβεί στην κάθε τάση αν προστεθεί μια αντίσταση 50Ω παράλληλα στις ήδη παράλληλες αντιστάσεις Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 3
Διαιρέτης τάσης με χρήση ποτενσιόμετρου Το ποτενσιόμετρο έχει μια σταθερή ολική αντίσταση μεταξύ των άκρων 1-3 και δύο μεταβαλλόμενες αντιστάσεις μεταξύ των άκρων 1-2 και 2-3. Προσοχή! Η ολική αντίσταση δεν ισούται ακριβώς με το άθροισμα των 2 μεταβαλλόμενων αντιστάσεων λόγω κατασκευαστικού περιορισμού. Ο τρόπος υπολογισμού των αντιστάσεων ενός διαιρέτη τάσης για τροφοδοσία φορτίου με μικρή ή μεγάλη Ωμική αντίσταση είναι ο ίδιος; Ποίες είναι οι επιπλέον πράξεις που πρέπει να γίνουν και πότε είναι αναγκαίες; Παράδειγμα με γεννήτρια σημάτων και μικρή R Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 4
Διαιρέτης Τάσης και Ρεύματος με ποτενσιόμετρο (Παραδείγματα με 1 και 2 ποτενσιόμετρα) R 1 R 1 + V R1 - I R1 5V R 2 + V R2 - Βολτόμετρο R=10MΩ 10V R 2 I R2 R 3 I R3 Αμπερόμετρο VR1 = (R1/R1+R2) x Vs VR2 = (R2/R1+R2) x Vs ΙR1= ΙR2 = Vs/(R1+R2) R TOTAL upper terminal 3 R 1 R 2 2 ΙR1 = Vs/(R2xR3/R2+R3) + R1 ΙR2 = (R3/R2+R3) x ΙR1 ΙR3 = (R2/R2+R3) x ΙR1 VR1 = R1 x Vs /(R1 + R2,3) VR2 = VR3 = R2,3 x Vs /(R1 + R2,3) center or "wiper" terminal 1 lower terminal Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 5
1 ο Παράδειγμα Εξέτασης Έχετε στη διάθεση σας αντιστάσεις με τιμές 10Χ, 100Χ, 1000Χ, 10000Χ, 100000Χ και 10000000Χ, όπου το Χ μπορεί να πάρει μία από τις ακόλουθες τιμές: 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2 και 9.1. I. Σχεδιάστε ένα κύκλωμα διαιρέτη τάσης (με τις διαθέσιμες αντιστάσεις) το οποίο θα τροφοδοτείται με τάση 6.0V DC και θα δίνει στην έξοδο τάση 2.3 ± 0.1 Volts. Θα πρέπει επίσης το ολικό ρεύμα στο κύκλωμα να βρίσκεται μεταξύ 0.4mA και 0.6mA. II. Αφού δείξετε την πορεία σχεδιασμού του κυκλώματός σας, υλοποιήστε το στην πλακέτα, μετρήστε την τάση εξόδου και το ολικό ρεύμα από 3 φορές και σημειώστε τα αποτελέσματά σας με τον σωστό αριθμό δεκαδικών. III. Υπολογίστε το ποσοστιαίο σφάλμα μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής τιμής τόσο για την τάση εξόδου όσο και για το ρεύμα και δικαιολογήστε το κάθε ένα αναλυτικά. Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 6
2 ο Παράδειγμα Εξέτασης Δίνεται το ακόλουθο κύκλωμα το οποίο πρέπει να υλοποιήσετε στην εκπαιδευτική πλακέτα. Ρυθμίστε την πηγή σας στα 20 κηz και τάση Vrms = 4V. I. Μετρήστε το ρεύμα και την τάση σε κάθε αντίσταση με το πολύμετρο. II. Υπολογίστε το ποσοστιαίο σφάλμα μεταξύ θεωρητικής και πειραματικής τιμής για τα μεγέθη: VR3, VR4, VR5, IR4, IR5, IR6 πιο κάτω και δικαιολογήστε το κάθε σφάλμα ξεχωριστά. Προσοχή! Στους υπολογισμούς θα χρειαστεί και η εσωτερική αντίσταση του οργάνου, εκτός και αν ο επηρεασμός που προκύπτει είναι αμελητέος Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 7
Μαθησιακοί Στόχοι Εργαστήριο 4 Σχέση αντίστασης, τάσης και ρεύματος σε παράλληλες συνδεσμολογίες. Σχεδιασμός διαιρέτη τάσης με/χωρίς επίδραση του φορτίου Χρήση ποτενσιόμετρου σε διαιρέτη τάσης και ρεύματος Επηρεασμός μέτρησης από την αντίσταση του πολυμέτρου Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 8
Παρατηρήσεις από τις 2 επαναληπτικές ασκήσεις Εύρεση Rmin και Rmax από τον περιορισμό του Ι Υπολογισμός λόγου αντιστάσεων Vout/Vrest = Rout/Rrest Επιλογή Rout και υπολογισμός Rrest Έλεγχος αν Rmin < (Rout + Rrest) < Rmax Υλοποίηση κυκλώματος και επιβεβαίωση με μετρήσεις Επηρεασμός αντίστασης οργάνου μέτρησης Αβεβαιότητα και αριθμός δεκαδικών Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 9
Απορίες Email: zaggoulos.george@ucy.ac.cy Σεπτέμβριος 16 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Γ.Ζ. - 10