매우 간단한 컴퓨터

부품 및 재료

<울>

3개의 배터리, 각각 다른 전압

각각 10kΩ ~ 47kΩ 사이의 3개의 등가 저항기

저항을 선택할 때 저항계로 저항을 측정하고 서로 가장 가까운 값을 3개 선택합니다. 이 실험에서는 정밀도가 매우 중요합니다!

상호 참조

전기 회로의 교훈 , 1권, 10장:"DC 네트워크 분석"

학습 목표

<울>

저항 네트워크가 전압 신호 평균기로 기능할 수 있는 방법 결정

Millman의 정리의 적용을 설명하기 위해

개략도

그림

지침

이 믿을 수 없을 정도로 조잡한 회로는 수학적으로 평균 기능을 수행합니다. 3개의 전압 신호를 함께 사용하여 특수한 계산 역할을 수행합니다. 즉, 세 가지 양을 함께 평균화하는 하나의 수학 연산만 수행할 수 있는 컴퓨터입니다.

그림과 같이 이 회로를 만들고 전압계로 모든 배터리 전압을 측정합니다. 이 전압 수치를 종이에 작성하고 함께 평균하십시오(E₁ + E₂ + E₃ , 3으로 나눈 값). 각 배터리 전압을 측정할 때 검정색 테스트 프로브를 "접지" 지점(점퍼 와이어로 다른 배터리에 직접 연결된 배터리 측면)에 연결하고 빨간색 프로브를 다른 배터리 단자에 터치합니다. 여기서 극성이 중요합니다! 회로도에서 배터리 하나가 "뒤로" 연결된 다른 두 개, 음극 쪽이 "위쪽"으로 연결된 것을 알 수 있습니다. 이 배터리의 전압은 올바르게 연결된 디지털 미터로 측정했을 때 음의 양으로, 다른 배터리는 양으로 측정되어야 합니다.

전압계가 회로도와 그림에 표시된 지점에서 회로에 연결되면 3개 배터리 전압의 대수 평균을 등록해야 합니다. 저항 값이 서로 매우 가깝게 일치하도록 선택되면 이 회로의 "출력" 전압도 계산된 평균과 매우 가깝게 일치해야 합니다.

하나의 배터리가 분리되면 출력 전압은 나머지 배터리의 평균 전압과 같습니다. 이전에 제거한 배터리를 평균 회로에 연결했던 점퍼 와이어가 서로 연결된 경우 회로는 0볼트와 함께 나머지 두 전압을 평균화하여 더 작은 출력 신호를 생성합니다.

이 회로의 단순한 단순성 때문에 대부분의 사람들은 이를 "컴퓨터"라고 부르지 않지만 평균화의 수학적 기능을 수행한다는 점은 부인할 수 없습니다. 이 기능을 수행할 뿐만 아니라 최신 디지털 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 수행합니다! 개인용 컴퓨터(PC) 및 푸시 버튼 계산기와 같은 디지털 컴퓨터는 일련의 개별 단계에서 수학 연산을 수행합니다. 아날로그 컴퓨터는 산술 목적으로 옴과 키르히호프의 법칙을 이용하여 연속적인 방식으로 계산을 수행합니다. "답"은 회로를 통해 전압이 전파되는 속도로(이상적으로는 빛의 속도로!) 계산됩니다.

증폭기라고 하는 회로 추가 , 아날로그 컴퓨터 네트워크의 전압 신호는 다양한 수학적 기능을 수행하기 위해 증폭되고 다른 네트워크에서 재사용될 수 있습니다. 이러한 아날로그 컴퓨터는 수치 미분 및 적분의 미적분 연산을 수행하는 데 탁월하며 복잡한 기계, 전기 및 화학 시스템의 거동을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 한때 아날로그 컴퓨터는 공학 연구를 위한 궁극적인 도구였으나 그 이후로는 디지털 컴퓨터 기술로 대체되었습니다. 디지털 컴퓨터는 이론적인 속도는 훨씬 느리지만 아날로그 컴퓨터보다 훨씬 더 정밀하게 수학 연산을 수행할 수 있다는 이점을 누리고 있습니다.

컴퓨터 시뮬레이션

SPICE 노드 번호가 있는 도식:

Netlist(다음 텍스트를 포함하는 텍스트 파일 만들기, 그대로):

전압 평균기 v1 1 0 v2 0 2 dc 9 v3 3 0 dc 1.5 r1 1 4 10k r2 2 4 10k r3 3 4 10k .dc v1 6 6 1 .print dc v(4,0) .end 

이 SPICE 넷리스트를 사용하여 디지털 컴퓨터가 아날로그 컴퓨터를 시뮬레이트하도록 할 수 있습니다. 분명히, 우리는 숫자를 평균화하는 실제 작업을 위해 이 작업을 수행하는 것이 아니라 회로에 대해 더 많이 배우고 회로의 컴퓨터 시뮬레이션에 대해 더 많이 배우기 위해 이 작업을 수행합니다!

관련 워크시트:

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Millman의 정리 워크시트