非常にシンプルなコンピューター
部品と材料
- 3つのバッテリー、それぞれ異なる電圧
- それぞれ10kΩから47kΩの3つの等しい値の抵抗器
抵抗器を選択するときは、抵抗計でそれぞれを測定し、互いに値が最も近い3つを選択します。この実験では精度が非常に重要です！
相互参照
電気回路の教訓 、第1巻、第10章：「DCネットワーク分析」
学習目標
- 抵抗ネットワークが電圧信号平均器としてどのように機能するかを判断するには
- ミルマンの定理の適用を説明するため
回路図
イラスト
手順
この一見粗雑な回路は、数学的に平均化する機能を実行します 3つの電圧信号が一緒になって、特殊な計算の役割を果たします。つまり、3つの量を平均するという1つの数学演算しか実行できないコンピューターです。
図のようにこの回路を構築し、電圧計ですべてのバッテリー電圧を測定します。これらの電圧の数値を紙に書き、それらを平均します（E 1 + E 2 + E 3 、3で割った値）。各バッテリー電圧を測定するときは、黒いテストプローブを「アース」ポイント（ジャンパー線でバッテリーの側面を他のバッテリーに直接接続）に接続したままにし、赤いプローブを他のバッテリー端子に接触させます。ここでは極性が重要です！回路図の1つのバッテリーが、他の2つのマイナス側に「上」に「逆方向」に接続されていることがわかります。このバッテリーの電圧は、正しく接続されたデジタルメーターで測定すると負の量として読み取られ、他のバッテリーは正の量として測定されます。
電圧計が回路図と図に示されているポイントで回路に接続されている場合、3つのバッテリーの電圧の代数平均を記録する必要があります。抵抗値が互いに非常に厳密に一致するように選択されている場合、この回路の「出力」電圧も計算された平均と非常に厳密に一致する必要があります。
1つのバッテリーが切断されている場合、出力電圧は残りのバッテリーの平均電圧と等しくなります。以前に取り外したバッテリーを平均回路に接続していたジャンパー線が相互に接続されている場合、回路は残りの2つの電圧を0ボルトと一緒に平均化し、より小さな出力信号を生成します。
この回路の非常に単純なことは、ほとんどの人がそれを「コンピューター」と呼ぶことを思いとどまらせますが、それは間違いなく平均化の数学的機能を実行します。この機能を実行するだけでなく、最新のデジタルコンピュータよりもはるかに高速に実行されます。パーソナルコンピュータ（PC）や押しボタン式計算機などのデジタルコンピュータは、一連の個別のステップで数学演算を実行します。アナログコンピュータは、オームの法則とキルヒホッフの法則を算術目的で利用して計算を継続的に実行します。「答え」は、電圧が回路を伝播するのと同じ速さで（理想的には光速で！）計算されます。
アンプと呼ばれる回路を追加 、アナログコンピュータネットワークの電圧信号は、ブーストされ、他のネットワークで再利用されて、さまざまな数学関数を実行することができます。このようなアナログコンピュータは、数値微分と積分の微積分演算の実行に優れているため、複雑な機械的、電気的、さらには化学的なシステムの動作をシミュレートするために使用できます。かつて、アナログコンピュータは工学研究のための究極のツールでしたが、それ以来、デジタルコンピュータ技術に大きく取って代わられてきました。デジタルコンピュータは、理論速度ははるかに遅いものの、アナログコンピュータよりもはるかに高い精度で数学演算を実行できるという利点があります。
コンピューターシミュレーション
SPICEノード番号を使用した回路：
ネットリスト（次のテキストを逐語的に含むテキストファイルを作成します）：
電圧平均器v11 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>
このSPICEネットリストを使用すると、デジタルコンピューターにアナログコンピューターをシミュレートさせることができます。アナログコンピューターは、3つの数値を平均します。明らかに、私たちは数値を平均化するという実際的なタスクのためにこれを行っているのではなく、回路について、そして回路のコンピューターシミュレーションについてもっと学ぶためにこれを行っています！
関連するワークシート：
- ミルマンの定理ワークシート
産業技術