Microsoft PowerPoint - 医用工学概論実習1203.ppt [互換モード]

CR 結 合 回 路 の 抵 抗 電 圧 ER は 微 分 回 路 になる 低 域 遮 断 フィルタ コンデンサ 電 圧 Ec は 積 分 回 路 になる 高 域 遮 断 フィルタ

センサ sensor (トランスデューサ)の 実 験 温 度 や 明 るさの 情 報 を 抵 抗 値 や 電 圧 などの 電 気 信 号 情 報 に 変 換 するセンサの 動 作 を 確 かめる

サーミスタ Thermistor 温 度 の 情 報 を 抵 抗 値 に 変 換 するセンサ

サーミスタ の 端 子 を ワニぐちコードでテスターの プラスおよびマイナス 端 子 に 接 続 テスターの COM 端 子 に 黒 コード ド V Ω 端 子 に 赤 コードを 接 続 ロータリースイッチはΩに 設 定

サーミスタ の 先 端 を 指 で 触 れて 温 めたり 金 属 に 触 れさせて 冷 やしたりして サーミスタは ミスタは 温 度 上 昇 で 抵 抗 値 が 下 がることを 確 認 してください

CdS カドミウムセル 硫 化 カドミウム 明 るさの 情 報 を 抵 抗 値 に 変 換 するセンサ

CdS の 端 子 を ワニぐちコードでテスターの プラスおよびマイナス 端 子 に 接 続 テスターの COM 端 子 に 黒 コード ド V Ω 端 子 に 赤 コードを 接 続 ロータリースイッチはΩに 設 定

CdSの 先 端 を ライトで 照 らしたり 手 でおおって 暗 くしたりして CdS は 明 るさ( 明 度 )の 上 昇 で 抵 抗 値 が 下 がる ことを 確 認 してください

フォト ダイオード Photo Diode 明 るさの 情 報 を 電 圧 に 変 換 するセンサ

フォトダイオードの 端 子 をワニぐちコードでテスターの プラスおよびマイナス 端 子 に 接 続 テスターの COM 端 子 に 黒 コード ド V Ω 端 子 に 赤 コードを 接 続 ロータリースイッチは V に 設 定

フォトダイオードの 先 端 を ライトで 照 らしたり 手 でおおって 暗 くしたりして フォトダイオードは ドは 光 を 当 てると 電 圧 を 発 生 する ( 発 電 起 電 力 が 発 生 する)ことを 確 認 してください

実 験 矩 形 波 に 対 する CR 結 合 回 路 の 応 答 発 振 器 の 波 形 を 矩 形 波 に 切 り 替 え オシロスコープの CH1 に 接 続 周 波 数 を 遮 断 周 波 数 に 設 定 し 振 幅 を 2cm 波 長 を 6cm に 調 整

コンデンサ ( フィルムコンデンサ 1 個 50 円 ) 表 示 の 読 み 方 ( 250V は 耐 圧 250V の 意 味 実 験 では 数 V しか 加 わらない ) 1.0 K = 1.0 μf.1 K = 0.1 μf.033 K = 0.033033 μff

抵 抗 器 1 個 4 円

矩 形 波 に 対 する CR 結 合 回 路 の 抵 抗 電 圧 はじめに 時 定 数 の 短 い 方 の 回 路 を 使 用 する 発 振 器 の 出 力 を CR 結 合 回 路 の 両 端 につなぐ 抵 抗 両 端 の 電 圧 を オシロスコープの CH1 につなぐ

表 示 される 波 形 を 観 察 し 理 論 式 と 比 較 する

周 波 数 を 遮 断 周 波 数 より 低 くすると 電 圧 が 変 化 する 瞬 間 のみ 電 圧 の 絶 対 値 が 大 きく 速 やかに 0V に 収 束 することを 確 認 する ( 微 分 回 路 ) 周 波 数 を 遮 断 周 波 数 より 高 くすると 電 圧 が 緩 やかに 変 化 し 0V に 収 束 する 前 に 次 の 矩 形 波 に 対 する 反 応 が 出 現 することを 確 認 する これらの 結 果 を 理 論 的 に 説 明 し レポートして 下 さい

矩 形 波 に 対 する CR 結 合 回 路 のコンデンサ 電 圧 再 度 短 い 時 定 数 の 回 路 を 使 用 し 発 振 器 の 周 波 数 を 遮 断 周 波 数 にする 振 幅 を 2cm 波 長 を 6cm に 調 整 発 振 器 の 出 力 を CR 結 合 回 路 の 両 端 につなぐ コンデンサ 両 端 の 電 圧 を オシロスコープの CH1 につなぐ

表 示 される コンデンサ 電 圧 波 形 を 観 察 し 理 論 式 と 比 較 する

周 波 数 を 遮 断 周 波 数 より 低 くすると 電 圧 が 変 化 すると 速 やかに 入 力 電 圧 に 収 束 することを 確 認 周 波 数 を 遮 断 周 波 数 より 高 くすると 電 圧 が 緩 やかに 変 化 することを 確 認 する ( 積 分 回 路 )

パルス 波 ( 矩 形 波 )に 対 する 時 定 数 τ と 正 弦 波 に 対 する 遮 断 周 波 数 f との 関 係 は 直 感 では 関 連 付 けることは 難 しいが とりあえず f = 1/( 2 π τ ) の 関 係 があることを 覚 えて 下 さい

実 験 1 CR 結 合 回 路 の 抵 抗 電 圧 発 振 器 の 正 弦 波 出 力 を CR 結 合 回 路 の 両 端 につなぐ 抵 抗 両 端 の 電 圧 を オシロスコープの CH1 につなぐ

発 振 器 の 周 波 数 を この 装 置 の 上 限 周 波 数 の 2000 KHz (2MHz) にする 抵 抗 電 圧 の 振 幅 がCRT 上 で 4cmになるように 調 整 する この 実 験 が 終 了 するまで 振 幅 調 整 つまみを 触 れない ように 注 意 する

次 に 発 振 器 の 周 波 数 を 0Hz( ( 直 流 )にする 抵 抗 電 圧 の 振 幅 がCRT 上 で 0cmになることを 確 認 する 次 第 に 周 波 数 を 上 げ 振 幅 が 0.4cm (10%) 0.8cm (20%) 1.2cm (30%) 1.6cm (40%) 2.0cm (50%) 2.4cm (60%) 2.8cm (70%) 3.2cm (80%) 3.6cm (90%) 4.0cm (100%) を 示 す 周 波 数 を 記 録 する

例 振 幅 2.8cm (70 %) 周 波 数 34 Hz 振 幅 (%) 周 波 数 (Hz) 0 0 10 3 20 7 30 13 40 16 50 22 60 29 70 34 80 47 90 68 100 125

この 結 果 を Excel で 表 にして 下 さい ( 横 軸 にしたい 値 を Aカラムに 縦 軸 にしたい 値 を Bカラムに 入 れて グラフウィザードを 用 いる ) CR 結 合 回 路 の 抵 抗 電 圧 出 力 は 低 周 波 を 遮 断 することを 確 認 し 理 解 して 下 さい

CR 結 合 回 路 の 時 定 数 τを 求 める τ=cr 例 : C = 0.047μF 047μF R = 100 kω τ= 0.0047 0047 sec 低 域 遮 断 周 波 数 f ( 電 圧 振 幅 を 1/ 2 = 70.7% 7% にする 周 波 数 ) を 求 める 例 : f = 1 / ( 2πτ) = 33.88 Hz 実 験 結 果 をみて 適 切 な 結 果 が 得 られたか 確 認 する

実 験 2 CR 結 合 回 路 の コンデンサ 電 圧 発 振 器 の 正 弦 波 出 力 を CR 結 合 回 路 の 両 端 につなぐ コンデンサ 両 端 の 電 圧 を オシロスコープの CH1 につなぐ

10 Hz 以 上 の 周 波 数 で コンデンサ 電 圧 が 最 大 になる 周 波 数 を 探 してください (10Hz 以 下 では ケーブル 自 体 が 持 つ 抵 抗 と 静 電 容 量 で 電 圧 が 下 がる ) 最 大 電 圧 を 示 す 周 波 数 で 振 幅 が 4cm になるように 調 整

次 に 発 振 器 の 周 波 数 を 2000 khz にする コンデンサ 電 圧 の 振 幅 が CRT 上 で0cmになることを 確 認 する 次 第 に 周 波 数 を 下 げ 振 幅 が 0.4cm (10%) 0.8cm (20%) 1.2cm (30%) 1.6cm (40%) 2.0cm (50%) 2.4cm (60%) 2.8cm (70%) 3.2cm (80%) 3.6cm (90%) 4.0cm (100%) を 示 す 周 波 数 を 記 録 する

実 験 1 と 同 じく 結 果 を Excel で 表 にして 下 さい CR 結 合 回 路 の コンデンサ 電 圧 出 力 は 高 周 波 を 遮 断 する ことを 確 認 し 理 解 して 下 さい 高 域 遮 断 周 波 数 f を 求 める ( 電 圧 振 幅 を 1/ 2 =707%にする 70.7% 周 波 数 ) 実 験 結 果 をみて 適 切 な 結 果 が 得 られたか 確 認 する

実 験 3 抵 抗 電 圧 と コンデンサ 電 圧 の 位 相 差 CR 結 合 回 路 の 両 端 に 発 振 器 の 出 力 電 圧 をつなぎ オシロスコープの CH1 に 抵 抗 電 圧 をつなぎ CH2 に コンデンサ 電 圧 をつなぐ CH1 CH2 CH2 のマイナス( 黒 ) 電 極 は オシロスコープ 内 で 電 気 的 につながっているので 同 じ 部 位 をつなぐ ( 黒 電 極 は 抵 抗 とコンデンサが 結 合 している 部 位 に ) CH2 発 振 器 CH1

CH1 の 抵 抗 電 圧 の 電 極 のプラスマイナスが CH2 の コンデンサ 電 圧 の 電 極 と 向 きが 逆 転 している コンデンサ 電 圧 信 号 の 波 形 が 反 転 表 示 されている これを 解 決 するボタンがオシロスコープに 用 意 され ている ( CH2 INVERT ボタン; CH2 信 号 のプラスマイナスを 反 転 させる )

発 振 器 の 周 波 数 を 遮 断 周 波 数 に 設 定 する ( 抵 抗 電 圧 とコンデンサ 電 圧 が 等 しくなる 周 波 数 ) SOURCEレバーを CH1 に 設 定 して CRT 上 で CH1 の 信 号 を 振 幅 3cm 波 長 8cm の 正 弦 波 (sin 曲 線 )に 調 節 する

SOURCEレバーを CH2 にすると CRT 上 に CH2 の 信 号 が 表 示 される 振 幅 3cm 波 長 8cm の 余 弦 波 の 反 転 波 形 ( - cos 曲 線 ) が 表 示 される コンデンサ 電 圧 は 抵 抗 電 圧 より 90 位 相 が 遅 れている (1/4 波 長 遅 い) ことが 確 認 できる

VERT MODE スイッチを ALT または CHOP に 切 り 替 えると CH1( 抵 抗 電 圧 )と CH2(コンデンサ 電 圧 )が 同 時 表 示 される 遮 断 周 波 数 に 設 定 した 状 態 で CH1と CH2の 波 形 の 振 幅 が ともに2cmになるように CH1とCH2の 振 幅 を 調 整 してください 周 波 数 を 遮 断 周 波 数 から 少 しずらすと 振 幅 に 差 が 生 じることを 確 認 して 下 さい

VERT MODE スイッチを ADD に 切 り 替 えると CH1( 抵 抗 電 圧 )と CH2(コンデンサ 電 圧 )の 和 が 表 示 される 遮 断 周 波 数 に 設 定 した 状 態 で 振 幅 がともに 2cm のCH1と CH2の 和 の 信 号 の 振 幅 が 4cmにならないことを 確 認 して 下 さい 理 論 上 2cm の 2 倍 になることを 理 解 して 下 さい

X-Y ボタンを 押 すと 縦 軸 に CH1 ( 抵 抗 電 圧 ) 横 軸 に CH2 (コンデンサ 電 圧 ) の リサージュ 曲 線 が 出 る 円 が 描 画 される ( 位 置 は HORIZONTAL POSITION で 調 整 して 下 さい )

円 が 描 画 される 理 由 ( コンデンサ 電 圧 が 抵 抗 電 圧 よりも 位 相 が90 遅 れる 理 由 ) をレポートして 下 さい また 遮 断 周 波 数 よりも 周 波 数 を 高 くすると 上 下 に 長 い 楕 円 に 変 形 し 低 くすると 左 右 に 長 い 楕 円 に 変 形 する この 理 由 も 各 自 考 えてレポートして 下 さい