Α΄ μέρος: ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ & ΚΑΤΑΤΟΠΙΣΗ

Τ. Ε. Ι. ΠΕΙΡΑΙΑ
ΣΧΟΛΗ: Σ.Τ.Εφ.
ΤΜΗΜΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι
Άσκηση 2η: ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ
Απαιτούμενος εξοπλισμός
Αντίσταση
: 22Ω /1W
Πυκνωτής
: 330 nF/16V
Πηνίο
: 1mH/10Ω
Διακόπτης
: Push - button
Λυχνίες
: 3.5V/φανού και 6V/minion (σε αμπούλα)
Πηγές
: Τροφοδοτικό
Υλικά
: Breadboard και αγωγοί.
1. Το BreadBoard και το στήσιμο του ηλεκτρικού κυκλώματος
(Οι πινακίδες που σας έχουν παραχωρηθεί διαφέρουν στην μορφή, αλλά είναι δομημένες με τον ίδιο
τρόπο).
Οι οριζόντιες σειρές, με εσωτερική σύνδεση οπών, αναφέρονται στις μπάρες των δυναμικών τάσης
και οι ακραίες οπές υποδέχονται τους αγωγούς τροφοδοσίας ισχύος. (+V η επάνω και 0V η κάτω
σειρά). Οι κατακόρυφες στήλες, με εσωτερική σύνδεση οπών, προορίζονται για το στήσιμο της
κατασκευής (συνδεσμολογία των κυκλωμάτων).
Κατασκευή φυσικού κυκλώματος επί του BreadBoard,
(αντιστοιχεί στο διάγραμμα κυκλώματος του σχεδίου έργου).
Το υλικό των κυκλωμάτων, με άκρα καλώς και κακώς διαμορφωμένα.
Στα υλικά εκείνα, που τα πόδια είναι σχετικά κοντά, συγκολλούνται αγωγοί επέκτασης και, μάλιστα, στους
εύκαμπτους αγωγούς γαλβανίζονται οι απολήξεις, για να διευκολύνουν στην άμεση τοποθέτηση του
εξαρτήματος πάνω στο BreadBoard.
2. Breadboard – η βάση ανάπτυξης των κυκλωμάτων.
Το BreadBoard (Β-Β) είναι μια ειδική πινακίδα που χρησιμεύει για το στήσιμο των ηλεκτρονικών
κυκλωμάτων. Η τοποθέτηση και η απόσπαση των υλικών του κυκλώματος, στην επιφάνεια της
πινακίδας είναι απλή και εύκολη, γιατί στις συνδέσεις και αποσυνδέσεις δεν παρεμβάλλονται ενώσεις
και κολλήσεις. Η ανάπτυξη ενός κυκλώματος επί του breadboard δεν πρέπει να είναι αυθαίρετη, γιατί
μία συνδεσμολογία που μεγαλώνει χωρίς προγραμματισμό και τάξη, μπορεί να οδηγήσει σε λάθος
κατασκευή. Η σωστή τοποθέτηση, διευθέτηση και συναρμολόγηση των υλικών - εξαρτημάτων, βοηθά
στην άμεση κατανόηση του κυκλώματος, στην γρήγορη διεξαγωγή των μετρήσεων και στην
αποτελεσματική εντόπιση των ατελειών. Επιβάλλεται το κτίσιμο του πειραματικού κυκλώματος, να
ακολουθεί την τοπολογία του θεωρητικού κυκλώματος.
 Υπάρχουν διάφορα είδη breadboards σε μορφή και μέγεθος, τελικά λίγο - πολύ όλοι οι τύποι
υπακούουν στην ίδια κατασκευαστική δομή. Στα συνήθη breadboards, οι ομάδες ζεύγους που
χωρίζονται από τις νησίδες, έχουν οριζόντια εσωτερική σύνδεση κελιών και αναφέρονται
στις μπάρες. Οι άνω και κάτω σειρές προορίζονται να εξασφαλίσουν, αντίστοιχα, θετικό και
αρνητικό δυναμικό, ενώ, η μεσαία σειρά μηδενικό δυναμικό – γη και προορίζονται για το
σημείο αναφοράς του κυκλώματος - κοινό. Οι ομάδες των πεντάδων, που περιέχονται μεταξύ
των αυλακιών έχουν κατακόρυφη εσωτερική σύνδεση κελιών, αναφέρονται στην περιοχή
συνδεσμολογίας και προορίζονται για την διασυρμάτωση των κυκλωμάτων.
i. Αναγνωρίστε την πειραματική πινακίδα – breadboard, πριν την χρησιμοποιήσετε.
 Εντοπίστε τις υποδοχές τροφοδοσίας και παρακολουθήστε τις προεκτάσεις τους προς τις
γραμμές δυναμικών τάσης.
 Επισημάνατε τις νησίδες απομόνωσης, τα αυλάκια διαχωρισμού και παρατηρήστε την
ομαδοποίηση των οπών – κελιών σε διατάξεις δυάδων και πεντάδων.
Το χρώμα των ακροδεκτών και των προεκτάσεων προς τις μπάρες, υποδηλώνουν την πολικότητα –
δυναμικά τάσης – της τροφοδοσίας, έτσι, όπου:
 κόκκινο→(+V)
 μαύρο→ (–V) και
 πράσινο→(0V).
3. Στήσιμο και λειτουργία ηλεκτρικού κυκλώματος.
Ο όρος «ηλεκτρικό κύκλωμα», προσδιορίζει ένα τουλάχιστον κλειστό βρόγχο και κυκλοφορία
ηλεκτρικού ρεύματος. Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα μπορεί να παρουσιαστεί με πολλούς τρόπους. Η
περίπτωση του σχεδίου έργου δηλώνεται, ως διάγραμμα κυκλώματος, ενώ αυτή της κατασκευής
πάνω σε πινακίδα–breadboard, ως φυσικό κύκλωμα. Οι συνιστώσες του ηλεκτρικού κυκλώματος
σε ένα διάγραμμα κυκλώματος είναι στοιχεία (σύμβολα), ενώ, σε ένα φυσικό κύκλωμα είναι
συσκευές (υλικά).
i. Αναγνωρίστε τα σύμβολα στο κυκλωματικό διάγραμμα του σχεδίου έργου και ξεχωρίστε τα
αντίστοιχα εξαρτήματα, από τα υλικά του πειράματος που σας δόθηκαν.
 Αναπτύξατε επί του breadboard (φυσικό) κύκλωμα, που να ανταποκρίνεται στο
(κυκλωματικό) διάγραμμα.
 Ζητήστε να ελεγχθεί το αποτέλεσμα της εργασίας σας, πριν την παροχή τροφοδοσίας.
Η κατασκευή αυτή, επί του breadboard, λέμε ότι συνιστά το «κύκλωμα ενσυρμάτωσης» και η
διαδικασία υλοποίησής του, την «συνδεσμολογία κυκλώματος».
ii. Ρυθμίστε το τροφοδοτικό για παροχές 3,5V/300mA και λειτουργήστε το κύκλωμα με την λυχνία
φανού.
 Κλείστε τον διακόπτη, ώστε να ανάψει η λυχνία.
 Ανοίξτε τον διακόπτη, ώστε να σβήσει η λυχνία.
Όταν η λυχνία είναι αναμμένη, λέμε ότι το κύκλωμα είναι κλειστό, ενώ, όταν η λυχνία είναι
σβησμένη, λέμε ότι το κύκλωμα είναι ανοιχτό.
 κλειστό κύκλωμα  πιεσμένος διακόπτης  ανοιχτό φως και
 ανοιχτό κύκλωμα  απίεστος διακόπτης  κλειστό φως
iii. Παρατηρείστε τις ενδείξεις των ενσωματωμένων οργάνων του τροφοδοτικού και σημειώστε τις
τιμές στις δύο περιπτώσεις λειτουργίας του κυκλώματος.
Όταν οι ενδείξεις τάσης και ρεύματος είναι μη μηδενικές, τότε μόνον λαμβάνει χώρα παροχή:
Ηλεκτρικής ισχύος P  V  I
ή Ενέργειας W  P  t
Τα στοιχεία αντίστασης, χωρητικότητας και αυτεπαγωγής λέγονται παθητικά, επειδή
καταναλώνουν ή αποθηκεύουν την ηλεκτρική ενέργεια που τους προσφέρεται και συνήθως
δηλώνονται ως ιδανικός αντιστάτης, πυκνωτής και πηνίο.
Τα στοιχεία τάσης και ρεύματος (ανεξάρτητα και εξαρτημένα) λέγονται ενεργητικά, γιατί
παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια και συνήθως δηλώνονται ως ιδανική πηγή τάσης και ρεύματος. Τα
στοιχεία των ισοδύναμων κυκλωμάτων, μπορεί να είναι γραμμικά ή μη γραμμικά και χρονικά
σταθερά ή μεταβαλλόμενα.
i. Σχεδιάστε το ισοδύναμο κύκλωμα του φυσικού κυκλώματος με τις αντιστάσεις, που μελετήσατε
εργαστηριακά.
 Αναγνωρίστε, τον ωμικό ως γραμμικό αντιστάτη, τη λυχνία ως μη γραμμικό αντιστάτη και
το τροφοδοτικό ως ιδανική πηγή τάσης.
 Αποδώστε το ισοδύναμο κύκλωμα στο συνεχές, δηλ. αντιστοιχίστε μια προς μια τις
συσκευές του φυσικού κυκλώματος με τα στοιχεία τους - πρότυπα.
Κάθε ισοδύναμο, διέπεται από τους νόμους των ηλεκτρικών κυκλωμάτων (Νόμοι Kirchhoff) και
το κάθε στοιχείο, προσδιορίζεται από μια σχέση τάσης – ρεύματος (V/I – χαρακτηριστική).
ii. Επιλύσατε το ισοδύναμο κύκλωμα, που μόλις σχεδιάσατε στο συνεχές και βρείτε τις μεταβλητές
τάσης και ρεύματος του κάθε στοιχείου.
 Προσανατολίστε, με συνδυασμένες φορές αναφοράς τάσης και ρεύματος, (πολικότητες +/–
και βέλη), τα στοιχεία και προσδιορίστε κατεύθυνση περιφοράς () στο βρόγχο.
 Εφαρμόστε την απλούστερη μέθοδο επίλυσης και βρείτε την τάση και το ρεύμα σε κάθε ένα
από τα στοιχεία του κυκλώματος.
Η επίλυση ενός κυκλώματος που περιέχει μη γραμμικούς αντιστάτες παρουσιάζει δυσκολίες, αλλά
στην παρούσα περίπτωση, με την υπόθεση πως η λυχνία εργάζεται κάτω από τα ονομαστικά
δεδομένα, τα πράγματα είναι πολύ απλά, και, βασικά, η επίλυση περιορίζεται στην εύρεση της
τάσης και του ρεύματος στον γραμμικό αντιστάτη. Η τάση, θα υπολογισθεί από το νόμο τάσεων
Kirchhoff:
VR  VS  V  9  3,5  5,5 V
και το ρεύμα, που είναι κοινό για όλα τα στοιχεία, από το νόμο Ohm:
I
VR 5,5

 0, 25 A
R
22
Συμπληρωματικά, η αντίσταση της λυχνίας κάτω από τις συνθήκες αυτές, θα κατέχει τιμή:
R 
3,5
 14 
0, 25
iii. Σχεδιάστε τα ισοδύναμα των κυκλωμάτων που περιέχουν τον πυκνωτή και το πηνίο.
 Δεχθείτε ότι στο συνεχές ο πυκνωτής είναι ένα ανοιχτoκύκλωμα και το πηνίο ένα
βραχυκύκλωμα και αποδώστε τα αντίστοιχα ισοδύναμα κυκλώματα.
 Δικαιολογείστε γιατί στην περίπτωση του πυκνωτή η λυχνία δεν άναψε, ενώ στην περίπτωση
του πηνίου κατεστράφη - κάηκε.
4. Λειτουργία του κυκλώματος στο εναλλασσόμενο
Τα χαρακτηριστικά λειτουργίας ενός κυκλώματος στο εναλλασσόμενο δε συμπίπτουν εν γένει με
εκείνα στο συνεχές. Η παρουσία πυκνωτών και πηνίων διαφοροποιεί τη συμπεριφορά του
κυκλώματος και τούτο, γιατί η δράση τους – ορθότερα η αντίδραση – εξαρτάται από τη συχνότητα
σε αντίστροφη αναλογία. Συνήθως, η μελέτη δεν περιορίζεται σε μια μόνο συχνότητα, αλλά
επεκτείνεται σε μια μικρή ή μεγάλη περιοχή συχνοτήτων.
i. Υλοποιείστε ηλεκτρικό κύκλωμα σειράς από αντιστάτη, λυχνία και γεννήτρια.
 Συρματώστε επί του breadboard σε διαδοχική σύνδεση τον αντιστάτη με την minion – “ψείρα”
λυχνία των 6V/32mA και οδηγείστε την συνδεσμολογία από την υψηλή στάθμη της γεννήτριας,
με τη χαμηλή αντίσταση εξόδου.
 Επιλέξατε ημιτονικό σήμα, με ρύθμιση μεγίστου πλάτους και διεγείρατε το κύκλωμα.
Η λυχνία, αρκετές φορές, αποτελεί απλό και αποτελεσματικό όργανο ελέγχου της λειτουργίας ενός
κυκλώματος, έλλειψη άλλου περισσότερου σύνθετου και αξιόπιστου. (Εδώ, φωτεινή λυχνία δείχνει
ότι το κύκλωμα είναι σωστό → δεν υπάρχει ατέλεια, αντίθετα, σκοτεινή λυχνία δείχνει ότι το
κύκλωμα είναι λάθος → υπάρχει βλάβη).
ii. Μελετήστε, από τη φωτεινότητα της λυχνίας, τα χαρακτηριστικά λειτουργίας του κυκλώματος
με τη συχνότητα.
 Τοποθετηθείτε στην συχνότητα 1KHz και καταγράψτε – οπτικά την ένταση φωτισμού της
λυχνίας.
 Σαρώστε την περιοχή συχνοτήτων 20Hz20KHz και επισημάνατε, τυχόν μεταβολή στην
ένταση φωτισμού.
Οι αντιστάτες, σε αντίθεση με τους πυκνωτές και τα πηνία, δεν υπόκεινται στην επίδραση της
συχνότητας, το αμετάβλητο του φωτισμού της λυχνίας φανερώνει ότι τόσο ο γραμμικός όσο και ο
μη γραμμικός αντιστάτης δεν επηρεάζονται από τη συχνότητα.
iii. Επαναλάβατε διαδικασίες με τον πυκνωτή και το πηνίο, στη θέση του αντιστάτη και
ολοκληρώστε τις εργασίες σας.
 Επαναλειτουργήστε το κύκλωμα και μελετήστε τη συμπεριφορά του, κάτω από την ίδια
σειρά ενεργειών, με την παρουσία αρχικά του πυκνωτή και έπειτα του πηνίου.
 Τερματίστε την πειραματική διαδικασία, μηδενίστε την τάση της διέγερσης και αποσυνδέστε
το κύκλωμα.
Οι πυκνωτές και τα πηνία, σε αντίθεση με τους αντιστάτες, επιδέχονται την δράση της συχνότητας
και η μεταβολή του φωτισμού στη λυχνία αυτό ακριβώς φανερώνει. (Ειδικότερα, πιο απλά και πιο
συγκεκριμένα λέμε, πως ο πυκνωτής στις χαμηλές συχνότητες συμπεριφέρεται ως ουσιαστικό
ανοιχτοκύκλωμα και στις υψηλές ως βραχυκύκλωμα, αντίθετα για το πηνίο λέμε, πως στις
χαμηλές συχνότητες συμπεριφέρεται ως ουσιαστικό βραχυκύκλωμα και στις υψηλές ως
ανοιχτοκύκλωμα).

Download Report