Электроника:Эксперименты/Электрические цепи постоянного тока/Индикатор скорости изменения

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Индикатор скорости изменения[1]

Оборудование и материалы

  • Две батарейки по 6 вольт
  • Конденсатор, 0,1 мкФ (каталог Radio Shack №272-135)
  • Резистор 1 МОм
  • Потенциометр, однооборотный, 5 кОм, линейный конус (каталог Radio Shack №271-1714)

Значение потенциометра не особенно критично, хотя теоретически устройства с более низким сопротивлением будут работать лучше для этого эксперимента, чем устройства с высоким сопротивлением. Я использовал потенциометр на 10 кОм для этой схемы с отличными результатами.

Ссылки по теме

  • «Уроки по электрическим цепям», том 1 «Постоянный ток», глава 13: «Конденсаторы»

Цели эксперимента

  • Проиллюстрировать, как построить схему дифференциатора
  • Получить эмпирическое понимание функции исчисления производной

Принципиальная схема

Рис. 1. Принципиальная схема дифференциатора.
Рис. 1. Принципиальная схема дифференциатора.

Иллюстрации

Рис. 2. Цепь дифференциатора, реализованная на клеммной колодке.
Рис. 2. Цепь дифференциатора, реализованная на клеммной колодке.

Ход эксперимента

Измерьте напряжение между клеммой потенциометра и точкой «массы», показанной на схеме (отрицательная клемма нижней 6-вольтовой батареи). Это входное напряжение для схемы, и вы можете видеть, как оно плавно меняется от нуля до 12 вольт, когда потенциометр поворачивается на полный диапазон. Поскольку потенциометр здесь используется как делитель напряжения, такое поведение не должно вас удивлять.

Теперь измерьте напряжение на резисторе 1 МОм, перемещая потенциометр. Настоятельно рекомендуется цифровой вольтметр, и я советую установить его в очень чувствительный (милливольтовый) диапазон, чтобы получить самые надёжные показания. Что показывает вольтметр, пока потенциометр не перемещается? Медленно поверните потенциометр по часовой стрелке и обратите внимание на показания вольтметра. Медленно поверните потенциометр против часовой стрелки и обратите внимание на показания вольтметра. Какую разницу вы видите между двумя разными направлениями движения потенциометра?

Попробуйте переместить потенциометр таким образом, чтобы вольтметр давал устойчивые небольшие показания. Какое движение потенциометра обеспечивает наиболее стабильное напряжение на резисторе 1 МОм?

В исчислении функция, представляющая скорость изменения одной переменной по сравнению с другой, называется производной. Эта простая схема иллюстрирует понятие производной путём создания выходного напряжения, пропорционального скорости изменения входного напряжения во времени. Поскольку данная схема выполняет расчётную функцию дифференцирования по времени (вывод производной по времени входящего сигнала), её называют дифференцирующей схемой (или просто дифференциатором).

Как и усредняющая схема, показанная ранее в этой главе, схема дифференциатора является своего рода аналоговым компьютером. Дифференциация – гораздо более сложная математическая функция, чем нахождение среднего арифметического, особенно когда она реализована в цифровом компьютере, поэтому эта схема – отличная демонстрация элегантности аналоговой схемы, выполняющей математические вычисления.

Более точные схемы дифференциатора могут быть построены путём объединения резисторно-конденсаторных цепей со схемами электронных усилителей. Для получения более подробной информации о вычислительных схемах перейдите к главе «Аналоговые интегральные схемы» в этом томе «Эксперименты».

См.также

Внешние ссылки