Elektrolaboratoriet RAPPORT. Oppgave nr. 1. Spenningsdeling og strømdeling. Skrevet av xxxxxxxx. Klasse: 09HBINEA. Faglærer: Tor Arne Folkestad

Transkript

1 Elektrolaboratoriet RAPPORT Oppgave nr. 1 Spenningsdeling og strømdeling Skrevet av xxxxxxxx Klasse: 09HBINEA Faglærer: Tor Arne Folkestad Oppgaven utført, dato: Rapporten innlevert, dato: Faglærers kommentarer: Signatur og dato

2 Innhold 1.0 Innledning Spenningsdelerens funksjon Utstyr Konstruksjon av spenningdeleren Strømdelerens funksjon Utstyr Konstruksjon av strømdeleren Konklusjon

3 1.0 Innledning Målet med denne laboratorieoppgaven er først å konstruere en spenningsdeler ved hjelp av lineære motstander som kan dele en oppgitt spenning fra en spenningskilde ned til en mindre oppgitt spenning ut. Vi skal etterpå lage en spenningsdeler hvor vi ved hjelp av en bryter kan velge to forskjellige nivå på spenningen ut. Vi skal også konstruere kretser som fungerer som strømdelere. Først skal vi lage en enkel krets hvor vi får lys i en lysdiode, og etterpå skal vi konstruere en krets hvor vi får fullt utslag på et analogt indikatorinstrument som har fullt utslag på 300 µa, og da skal vi i kretsen ha 30 ma. Målet med denne oppgaven er å konstruere en spenningsdeler og en strømdeler. Ved å bruke lineære motstander skal vi lage en krets hvor vi kan få ut en ønsket spenningsverdi. Videre skal vi konstruere en krets hvor vi, ved hjelp av en bryter, kan få ut to forskjellige spenningsverdier avhengig av stillingen til bryteren. Disse to kretsene er spenningsdelere. I kretsen som fungerer som strømdeler skal vi få lys i en diode og montere et analogt indikatorinstrument. Instrumentet viser fullt utslag på 300 µa, og da skal vi i kretsen ha en total strøm på 30 ma. 2.0 Spenningsdeling og strømdeling 2.1 Spenningsdelernes funksjon Spenningsdelernes funksjon i disse oppgavene er at en oppgitt spenning inn i en krets, V s = 24 V, skal deles opp slik at vi først får V 0 = 9,0 V ± 0,5 V på utgangen. Etterpå skal vi ved hjelp av en bryter kunne velge mellom V 0 = 9,0 V ± 0,5 V, og V 0 = 12,0 V± 0,5 V på utgangen. Utspenningene skal måles når vi ikke har belastning på utgangen. Videre skal ikke motstandene ha mer effekt enn 0,5 watt. 2.2 Utstyr Multimeter Spenningsforsyning Koblingsbrett Motstander Svitsj 3

4 2.3 Konstruksjon av spenningsdeleren Vi startet med å tegne en enkel krets med to motstander, hvor vår spenning skulle hentes ut over den ene av dem. For å unngå problemer med effekten over motstandene valgte vi høye motstandsverdier, dette for å begrense strømmen i kretsen. Effekten kan regnes ut med formelen P=VI. Maksimal strøm, I, i kretsen er da P/V=0,5/24=0,0208. Så brukte vi ohms lov, V=RI, for å finne minimums motstandsverdi vi kunne ha i kretsen for å være innenfor oppgitt effekt. R=V/I=24/0,0208=1152Ω. Vi valgte da verdien 1kΩ på den ene motstanden, og regnet oss frem til verdien på den andre. Ved å snu formelen Vo=(Ro/Rtot)Vs fant vi ut at den andre motstanden måtte være 1,67kΩ. Vi valgte å bruke motstandsverdien verdien 1,8kΩ. Denne kretsen er vist i figur 1 nedenfor. Spenningsverdien er beregnet av dataprogrammet Yenka, som vi har brukt til å tegne kretsen. Vår måling viste 8,58 V. Dette avviket skyldes motstandsverdiene aldri er 100 % nøyaktig, som regel er det oppgitt ±5 %. Verdien er uansett innenfor den oppgitte marginen på ± 0,5 V i oppgaven. Fig. 1: Skjemategning av spenningsdeleren i oppgave a. Etterpå konstruerte vi en krets hvor vi ved hjelp av en bryter skulle velge mellom to forskjellige spenninger på utgangen. Siden den ene spenningen vi skulle ha ut var 9 V kunne vi bruke kretsen vi laget i oppgave a. For å få ut spenningen 12 V måtte vi bruke enda en motstand, som ved lukket bryter blir i parallell med motstanden på 1,8kΩ. Ved å snu formelen Vo=(Ro/Rtot)Vs fant vi ut at den motstandsverdien på parallellkoblingen måtte være 1kΩ. Ved å bruke formelen = får vi motstandsverdien2,25kω. Vi valgte å bruke en motstand på 2,2kΩ. Kretsen er vist i figur 2 under. Med åpen bryter måler vi samme spenning som i forrige oppgave, noe som var forventet. Med lukket bryter måler vi 12,07 V, også her har vi et lite avvik fra verdien som Yenka beregner. Verdien er uansett innenfor oppgavens margin. 4

5 . Fig. 2: Skjemategninger av spenningsdeler med bryter 2.4 Strømdelerens funksjon I denne oppgaven skulle vi først få en rød lysdiode til å lyse. Vi måtte da konstruere en krets som oppfylte oppgitte kriterier med hensyn til strøm gjennom lysdioden og utslaget på et analogt indikatorinstrument. Vi måtte bruke strømdeling, da indikatorinstrumentet skulle ha 300 µa ved fullt utslag mens lysdioden skulle ha 10 ma. 2.5 Utstyr Spenningsforsyning Multimeter Motstander Lysdioder Analogt indikatorinstrument 2.6 Konstruksjon av strømdeleren Siden spenningen over dioden var oppgitt til å skulle være ca. 2 V, fant vi ut at vi måtte koble en motstand i serie med denne. Verdien på denne beregna vi ut fra at spenninga over den skulle være 10 V, og strømmen gjennom den på 10 ma. Vi kom da frem til ved hjelp av å snu Ohms lov, V=RI, at motstanden måtte ha en verdi på 1 kω. Verdien på 10 V kom vi frem til siden spenningskilden i oppgaven var oppgitt til 12 V, og 12 V minus spenninga over lysdioden på 2 V blir da 10 V. Vi beregnet motstander slik at det gikk ca 10mA i grenen til dioden, og ca 20mA i grenen med motstandene og instrumentet. Siden det analoge indikatorinstrumentet hadde en ohmsk motstand på 650 Ω, kom vi frem til at vi måtte koble denne i parallell med en motstand på 10 Ω for at strømmen gjennom instrumentet skulle være 300 µa når strømmen i kretsen er på 30 ma. For å få verdien på 590 Ω som vi ønsket å bruke måtte vi seriekoble 2 motstander, en på 470 Ω og en på 120 Ω. Motstanden på 650 Ω er bare tegnet inn for å illustrere indikatorinstrumentets motstand. Verdien på 303 µa er verdien Yenka beregner ut fra komponentene i kretsen. 5

6 I neste krets skulle vi få to lysdioder til å lyse, en rød og en grønn. Den røde skal føre en strøm på 10 ma og den grønne en strøm på 20 ma. Vi kom da frem til kretsen under, og som Yenka har beregnet så har indikatoren fullt utslag på 300 µa, og da er strømmen totalt i kretsen på 30 ma. 3.0 Konklusjon Vi plundret litt i starten, da det er noen år siden vi har jobba med slike ting, men etter hvert så gikk det greit. Vi startet dårlig med en liten regnefeil da vi skulle beregne motstandsstørrelsene på den første oppgaven, men vi oppdaga fort hva vi hadde gjort feil da vi fikk feil måleresultat først. Etter å ha fått det ønskede resultatet i den første oppgaven, var den andre spenningsdeleren enkel å konstruere. Vi måtte improvisere noe ved å seriekoble motstander for å oppnå riktig verdi, men det gikk greit. Den første kretsen med strømdeling var noe mer utfordrende. Etter noe diskutering og beregning, kom vi til slutt frem til et utkast som kunne testes, og det viste seg at det gikk greit. Siden vi da fikk til denne, ble den neste bare noen nye utregninger for å komme frem til riktige verdier. 6