Indikator für die Änderungsrate

TEILE UND MATERIALIEN

• Zwei 6-Volt-Batterien
• Kondensator, 0,1 µF (Radio Shack Katalog # 272-135)
• 1 MΩ Widerstand
• Potentiometer, Singleturn, 5 kΩ, linearer Konus (Radio Shack Katalog # 271-1714)

Der Potentiometerwert ist nicht besonders kritisch, obwohl Einheiten mit niedrigerem Widerstand theoretisch für dieses Experiment besser funktionieren als Einheiten mit hohem Widerstand. Ich habe für diese Schaltung ein 10-kΩ-Potentiometer mit hervorragenden Ergebnissen verwendet.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 13:„Kondensatoren“

LERNZIELE

• Um zu veranschaulichen, wie eine Differenzierschaltung aufgebaut wird
• Um ein empirisches Verständnis der Ableitungsrechnungsfunktion zu erhalten

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Messen Sie die Spannung zwischen der Schleiferklemme des Potentiometers und dem im Schaltplan gezeigten „Masse“-Punkt (dem Minuspol der unteren 6-Volt-Batterie). Dies ist die Eingangsspannung für die Schaltung, und Sie können sehen, wie sie sanft zwischen null und 12 Volt variiert, wenn der Potentiometerregler auf den vollen Bereich gedreht wird. Da das Potentiometer hier als Spannungsteiler dient, sollte Sie dieses Verhalten nicht überraschen.

Messen Sie nun die Spannung am 1 MΩ-Widerstand, während Sie den Potentiometerregler bewegen. Ein digitales Voltmeter wird dringend empfohlen, und ich empfehle, es auf einen sehr empfindlichen Bereich (Millivolt) einzustellen, um die stärksten Anzeigen zu erhalten. Was zeigt das Voltmeter an, wenn das Potentiometer nicht ist? bewegt werden? Drehen Sie das Potentiometer langsam im Uhrzeigersinn und beachten Sie die Anzeige des Voltmeters. Drehen Sie das Potentiometer langsam gegen den Uhrzeigersinn und beachten Sie die Anzeige des Voltmeters. Welchen Unterschied sehen Sie zwischen den beiden unterschiedlichen Bewegungsrichtungen der Potentiometersteuerung?

Versuchen Sie, das Potentiometer so zu bewegen, dass das Voltmeter eine stetige, kleine Anzeige liefert. Welche Art von Potentiometerbewegung bietet die ruhigste Spannung am 1 MΩ Widerstand?

In der Analysis wird eine Funktion, die die Änderungsrate einer Variablen im Vergleich zu einer anderen darstellt, als Ableitung bezeichnet . Diese einfache Schaltung veranschaulicht das Konzept der Ableitung, indem eine Ausgangsspannung proportional zur Änderungsrate der Eingangsspannung im Zeitverlauf . erzeugt wird . Da diese Schaltung die Calculus-Funktion der Differenzierung nach der Zeit durchführt (die Zeitableitung eines eingehenden Signals ausgibt), wird sie als Differentiator bezeichnet Schaltung.

Wie der Durchschnitt Schaltung weiter oben in diesem Kapitel gezeigt, ist die Differenzierschaltung eine Art analoger Computer. Die Differenzierung ist eine weitaus komplexere mathematische Funktion als die Mittelwertbildung, insbesondere wenn sie in einem digitalen Computer implementiert ist. Daher ist diese Schaltung eine hervorragende Demonstration der Eleganz analoger Schaltungen bei der Durchführung mathematischer Berechnungen.

Genauere Differenzierschaltungen können durch die Kombination von Widerstands-Kondensator-Netzwerken mit einem elektronischen Verstärker aufgebaut werden Schaltungen. Weitere Informationen zu Rechenschaltungen finden Sie im Kapitel „Analoge integrierte Schaltungen“ in diesem Experimente-Band.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für passive Integrator- und Differentiatorschaltungen