Een zeer eenvoudige computer

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Drie batterijen, elk met een ander voltage
• Drie gelijkwaardige weerstanden, elk tussen 10 kΩ en 47 kΩ

Wanneer u weerstanden selecteert, meet u ze allemaal met een ohmmeter en kiest u er drie die qua waarde het dichtst bij elkaar liggen. Precisie is erg belangrijk voor dit experiment!

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 10:"DC-netwerkanalyse"

LEERDOELSTELLINGEN

• Om te bepalen hoe een weerstandsnetwerk kan functioneren als een gemiddelde spanningssignaal
• Toepassing van de stelling van Millman illustreren

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Dit bedrieglijk grove circuit vervult de functie van wiskundig middeling drie spanningssignalen samen en vervult zo een gespecialiseerde rekenkundige rol. Met andere woorden, het is een computer die maar één wiskundige bewerking kan uitvoeren:drie grootheden samen middelen.

Bouw deze schakeling op zoals afgebeeld en meet alle accuspanningen met een voltmeter. Schrijf deze spanningscijfers op papier en middel ze samen (E₁ + E₂ + E₃ , gedeeld door drie). Wanneer u elke batterijspanning meet, houdt u de zwarte testsonde aangesloten op het "massa" -punt (de zijkant van de batterij die rechtstreeks met de andere batterijen is verbonden door middel van jumperdraden), en raakt u met de rode sonde de andere batterijpool aan. Polariteit is hier belangrijk! U zult merken dat één batterij in het schematische diagram "achterwaarts" is verbonden met de andere twee, negatieve kant "naar boven". De spanning van deze batterij moet worden gelezen als een negatieve grootheid wanneer deze wordt gemeten door een correct aangesloten digitale meter, terwijl de andere batterijen positief zijn.

Wanneer de voltmeter op het circuit is aangesloten op het punt dat wordt weergegeven in het schema en de illustraties, moet deze het algebraïsche gemiddelde van de drie accuspanningen registreren. Als de weerstandswaarden zo worden gekozen dat ze zeer goed met elkaar overeenkomen, moet de "uitgangsspanning" van dit circuit ook zeer goed overeenkomen met het berekende gemiddelde.

Als één accu wordt losgekoppeld, zal de uitgangsspanning gelijk zijn aan de gemiddelde spanning van de overige accu's. Als de jumperdraden die voorheen de verwijderde batterij met het gemiddelde circuit verbonden met elkaar zijn verbonden, zal het circuit de twee resterende spanningen samen met 0 volt middelen, waardoor een kleiner uitgangssignaal wordt geproduceerd:

De pure eenvoud van dit circuit weerhoudt de meeste mensen ervan om het een 'computer' te noemen, maar het vervult ontegensprekelijk de wiskundige functie van middeling. Het voert niet alleen deze functie uit, maar het voert het ook veel sneller uit dan welke moderne digitale computer dan ook! Digitale computers, zoals personal computers (pc's) en rekenmachines met drukknoppen, voeren wiskundige bewerkingen uit in een reeks discrete stappen. Analoge computers voeren continu berekeningen uit, gebruikmakend van de wetten van Ohm en Kirchhoff voor een rekenkundig doel, het "antwoord" berekend zo snel als de spanning zich door het circuit voortplant (idealiter met de snelheid van het licht!).

Met de toevoeging van circuits genaamd versterkers , spanningssignalen in analoge computernetwerken kunnen worden versterkt en hergebruikt in andere netwerken om een ​​breed scala aan wiskundige functies uit te voeren. Dergelijke analoge computers blinken uit in het uitvoeren van de rekenbewerkingen van numerieke differentiatie en integratie, en kunnen als zodanig worden gebruikt om het gedrag van complexe mechanische, elektrische en zelfs chemische systemen te simuleren. Ooit waren analoge computers het ultieme instrument voor technisch onderzoek, maar sindsdien zijn ze grotendeels verdrongen door digitale computertechnologie. Digitale computers hebben het voordeel dat ze wiskundige bewerkingen veel nauwkeuriger kunnen uitvoeren dan analoge computers, zij het met veel lagere theoretische snelheden.

COMPUTERSIMULATIE

Schema met SPICE-knooppuntnummers:

Netlijst (maak een tekstbestand met de volgende tekst, letterlijk):

Spanningsgemiddelde 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 

Met deze SPICE-netlijst kunnen we een digitale computer dwingen een analoge computer te simuleren, die drie getallen bij elkaar optelt. Uiteraard doen we dit niet voor de praktische taak om getallen te middelen, maar om meer te leren over circuits en meer over computersimulatie van circuits!

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Stelling van Millman