ΗΜΜΥ 203 Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων Ενδιάμεση Εξέταση Τετάρτη 20/10/2010, ΛΑ132 Παρατηρήσεις 1. Η εξέταση θα είναι πρακτική. Θα σας δοθούν άγνωστα προβλήματα τα οποία θα πρέπει να λύσετε. Το πρώτο πρόβλημα θα είναι προσομοίωση σε PSPICE. Φροντίστε να έχετε μαζί σας τον κωδικό για πρόσβαση στους υπολογιστές του Τμήματος. 2. Πρέπει να βρίσκεστε στο χώρο της εξέτασης έγκαιρα. Δεν θα γίνεται κανένας δεκτός (ειδικά στην περίπτωση των δευτερων ομάδων) 3 λεπτά μετά την έναρξη της εξέτασης. 3. Δεν θα δοθεί καμιά παράταση. Η εξέταση θα τελειώσει ακριβώς όπως προνοεί το πρόγραμμα. 4. Κανένας δεν θα επιτρέπεται να αποχωρήσει από την αίθουσα πριν από το τέλος της εξέτασης (για τις πρώτες ομάδες.) 5. Θα εξετάζεστε στους πάγκους που βρίσκεστε συνήθως. Στους ίδιους πάγκους εξετάζονται και άλλοι γι αυτό φροντίστε να τους αφήσετε σε καλή κατάσταση. 6. Απαγορεύεται αυστηρά η χρήση σημειώσεων, εγχειριδίων, βιβλίων ή οποιουδήποτε άλλου υλικού εκτός από γραφική ύλη, υπολογιστική μηχανή και οργάνων του εργαστηρίου. 7. Απαγορεύεται η συνομιλία κατά την διάρκεια της εξέτασης 8. Απαγορεύεται, επίσης, η ανταλλαγή οποιωνδήποτε υλικών ή συσκευών. Αν νομίζετε ότι θα χρειαστείτε οτιδήποτε (π.χ. υπολογιστική μηχανή, γομολάστιχα, μολύβια κλπ.) πρέπει να έχετε μεριμνήσει να το φέρετε από πριν. Αν υπάρχει πρόβλημα μιλήστε μόνο με τους βοηθούς. 9. Προσοχή! Παράβαση των πιο πάνω κανονισμών σημαίνει αυτόματο μηδενισμό στη εξέταση! Κάνετε τις μετρήσεις σας πολύ προσεκτικά και μην στρογγυλοποιείτε περισσότερο από όσο πρέπει γιατί κάποιες μετρήσεις δεν θα είναι σωστές. Οι μετρήσεις σας πρέπει να έχουν τον σωστό αριθμό δεκαδικών. Όλα τα κυκλώματα μπορούν να υλοποιηθούν με τα στοιχεία που ήδη έχετε! Φροντίστε να απαντάτε τις ερωτήσεις. Κυκλώματα, σχεδιαγράμματα και αριθμοί χωρίς εξήγηση δεν θεωρούνται απαντήσεις! Σημειώσεις: Οι εσωτερικές αντιστάσεις του πολυμέτρου είναι Βολτόμετρο: 10ΜΩ, Αμπερόμετρο: 1kΩ Ορθότητα μετρήσεων παλμογράφου: ± 3% Ορθότητα Ψηφιακού Πολυμέτρου: ± 0.05% Ορθότητα μετρήσεων από την οθόνη του παλμογράφου: ± 0.5 μικρή υποδιαίρεση (minor div) 1
Κάθε σταθμός στο Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Μετρήσεων είναι εξοπλισμένος με τα πιο κάτω: Είδος Τιμή Ποσ. Είδος Τιμή Ποσ. Αντιστάσεις 10 Ω 2 Πηνία 1 mh 2 100 Ω 2 10 mh 2 300 Ω 2 47 mh 2 680 Ω 2 1 kω 2 Πυκνωτές 270 pf 2 1.2 kω 2 0.022μF 2 2.2 kω 2 1 μf 3 3.3 kω 2 2.2 μf 2 3.9 kω 2 4.7 μf 2 4.7 kω 2 10 μf 2 5.1 kω 2 100 μf 2 5.6 kω 2 6.2 kω 2 Δίοδοι 1Ν4001 2 6.6 kω 2 10 kω 6 Ποτενσιόμετρα 10 kω 1 12 kω 2 22 kω 1 15 kω 2 22 kω 2 27 kω 2 33 kω 2 36 kω 2 56 kω 2 68 kω 2 91 kω 2 330 kω 2 10 MΩ 2 2
Άσκηση 1 (PSPICE) 30/100 Ο Καραγκιόζης και ο Χατζηαβάτης, που είναι ως συνήθως άνεργοι, πείθουν τον Πασά ότι είναι ηλεκτρολόγοι για να βγάλουν κανένα φράγκο. Ο Πασάς θέλει να φτιάξει ένα καινούργιο σύστημα συναγερμού για το Σεράι για να προστατεύσει τους θησαυρούς του από τους κλέφτες. Το σύστημα αυτό έχει πολλούς αισθητήρες που χρειάζονται καλά ελεγχόμενες τάσεις οι οποίες να μην είναι πέρα από ±10 % της θεωρητικής τιμής γιατί διαφορετικά θα μπερδεύεται το σύστημα ελέγχου. Οι δύο ηλεκτρολόγοι (τρομάρα τους!) έχουν σχεδιάσει το πιο κάτω κύκλωμα για να πάρουν αυτή την τάση. Τώρα θέλουν να φτιάξουν πολλά τέτοια όσο πιο φθηνά γίνεται, για να τους μείνει και λίγο κέρδος, αλλά και μέσα στα σωστά πλαίσια λειτουργίας για να μην φάνε και ξύλο. R1 12k R2 33k Out V1 5V V2 15V R5 10k R3 1.2k R4 3.3k 0 1. Αν χρησιμοποιήσουν αντιστάσεις με ανοχή 10% (που στοιχίζουν 0.50), θα φάνε ξύλο; Δικαιολογήστε την απάντηση σας με τη βοήθεια του PSPICE. 2. Ποιος είναι ο μικρότερος αριθμός αντιστάσεων που πρέπει να αντικαταστήσουν με αντιστάσεις ανοχής 1 % (που στοιχίζουν 1) ώστε να είναι σίγουροι ότι όταν κατασκευαστεί το κύκλωμα η τάση εξόδου θα είναι μέσα στα πλαίσια που έχουν θέσει; Ποιες θα είναι αυτές οι αντιστάσεις στο πιο πάνω κύκλωμα; Πόσα θα στοιχίζουν οι αντιστάσεις για το κάθε κύκλωμα? Πρέπει να παραδώσετε το κύκλωμα και να απαντήσετε τις ερωτήσεις ξεκάθαρα και καταγράφοντας ή τυπώνοντας μόνο τα σχετικά αποτελέσματα και όχι όλα τα αρχεία εξόδου! Προσοχή: Σε κάποιους υπολογιστές πιθανών να μην έχουν εγκατασταθεί οι συλλογές. Μπορείτε να προσθέσετε συλλογές (libraries) από τον διάλογο επιλογής στοιχείων πατώντας το κουμπί Add Library και επιλέγοντας όλες τις συλλογές που βρίσκονται στον φάκελο (folder) PSpice. Το ίδιο πρέπει να γίνει και με τις συλλογές από τον διάλογο για την γείωση. 3
4
Άσκηση 2 (Πειραματική) 30/100 Στο Σεράι ο Πασάς έχει αγοράσει καινούργιες γεννήτριες συναρτήσεων για τα μαγικά του λυχνάρια. Δεν είναι όμως σίγουρος για το πλάτος της τάσης εξόδου. Καλεί λοιπόν τον Καραγκιόζη να το μετρήσει. Μια και ο Καραγκιόζης δεν έχει πάρει το μάθημα το ΗΜΥ 203 ζητά την βοήθεια σας για να μην φάει ξύλο. R1 7Vpp, 1 khz Τετραγωνικό Κύμα V1 10k R2 10k R3 10k + Vout - 0 1. Υλοποιήστε το πιο πάνω κύκλωμα και με την βοήθεια του παλμογράφου, βρείτε το πλάτος peakto-peak του σήματος στην έξοδο με την μέγιστη δυνατή ακρίβεια. Περιγράψετε αναλυτικά πως θα υλοποιήσετε το κύκλωμα και πως μετρήσατε το πλάτος peak-to-peak. Καλέστε τον Δερβέναγα (άλλως βοηθό εργαστηρίου) να επιβεβαιώσει την υλοποίηση του κυκλώματος πριν προχωρήσετε. 2. Περιγράψτε την διαδικασία και μετρήστε πειραματικά τον λόγο σήματος-θορύβου της εξόδου σε db. 3. Τι περιμένετε ότι θα γίνει στο λόγο σήματος-θορύβου (σε db) αν μειώσετε το πλάτος του σήματος στο μισό; Επιβεβαιώστε πειραματικά. Περιγράψτε τη διαδικασία για να μην φάτε ξύλο από τον Δερβέναγα. Σημείωση: Η περιγραφή της διαδικασίας είναι σημαντική και βαθμολογείται με 2 μονάδες. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε. Υπογραφή Δερβέναγα 5
6
Άσκηση 3 (Πειραματική) 40/100 Ο Μπάρμπα-Γιώργος αγόρασε ηλεκτρονικές ταυτότητες για τα γίδια του οι οποίες περιλαμβάνουν το πιο κάτω κύκλωμα. Για να λειτουργήσουν σωστά όμως, όμως, πρέπει το κύκλωμα αυτό να είναι γραμμικό. Καλεί λοιπόν το Κολλητήρι να τον βοηθήσει να το ελέγξει. Μια και το Κολλητήρι είναι σκράπα και δεν τα έχει πάει και τόσο καλά στο ΗΜΥ 203 ζητά απεγνωσμένα την βοήθεια σας. D1 R2 Vin DC D1N4002 R1 1k V5 1k Rout 1k + Vout - 5Vdc 0 1. Υλοποιήστε το πιο πάνω κύκλωμα και δείξετε αν είναι ή όχι αναλογικό για Vin μεταξύ -5 και 5 V σε στάδια τουλάχιστον 0.5 V. Καλέστε τον Μπάρμπα-Γιώργο (άλλως βοηθό εργαστηρίου) να επιβεβαιώσει την υλοποίηση του κυκλώματος πριν προχωρήσετε. 2. Για ποιες τιμές του Vin είναι το κύκλωμα αναλογικό μέσα στα πλαίσια του 5% σφάλματος; 3. Για τις τιμές της τάσης εισόδου (Vin) που το κύκλωμα είναι αναλογικό, είναι και γραμμικό; Αποδείξετε πειραματικά την απάντηση σας. Σημειώσεις: Μετρήστε προσεκτικά όλες τις τάσεις και στοιχεία γιατί διαφορετικά θα έχετε πρόβλημα! Η περιγραφή της διαδικασίας είναι σημαντική και βαθμολογείται με 2 μονάδες. Το κύκλωμα υλοποιήθηκε. Υπογραφή Μπάρμπα-Γιώργου 7
8