Um computador muito simples

PEÇAS E MATERIAIS

• Três baterias, cada uma com uma voltagem diferente
• Três resistores de igual valor, entre 10 kΩ e 47 kΩ cada

Ao selecionar resistores, meça cada um com um ohmímetro e escolha três que tenham o valor mais próximo um do outro. A precisão é muito importante para este experimento!



REFERÊNCIAS CRUZADAS

Aulas de circuitos elétricos , Volume 1, capítulo 10:"Análise de Rede DC"



OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

• Para determinar como uma rede de resistores pode funcionar como um mediador de sinal de tensão
• Para ilustrar a aplicação do Teorema de Millman

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO







ILUSTRAÇÃO











INSTRUÇÕES

Este circuito aparentemente rudimentar desempenha a função de calcular a média matematicamente três sinais de tensão juntos e, portanto, cumprem uma função computacional especializada. Em outras palavras, é um computador que pode fazer apenas uma operação matemática:calcular a média de três quantidades juntas.

Construa este circuito conforme mostrado e meça todas as tensões da bateria com um voltímetro. Escreva esses valores de tensão no papel e calcule a média deles juntos (E ₁ + E ₂ + E ₃ , dividido por três). Ao medir a tensão de cada bateria, mantenha a ponta de prova preta conectada ao ponto de “aterramento” (o lado da bateria diretamente ligado às outras baterias por fios de jumper) e toque a ponta de prova vermelha no outro terminal da bateria. A polaridade é importante aqui! Você notará uma bateria no diagrama esquemático conectada "ao contrário" às outras duas, com o lado negativo "para cima". A tensão desta bateria deve ser lida como uma quantidade negativa quando medida por um medidor digital conectado corretamente, as outras baterias medindo positivo.

Quando o voltímetro é conectado ao circuito no ponto mostrado no esquema e nas ilustrações, ele deve registrar a média algébrica das tensões das três baterias. Se os valores do resistor forem escolhidos para coincidir muito próximos, a tensão de “saída” deste circuito deve coincidir com a média calculada muito próximos também.

Se uma bateria for desconectada, a tensão de saída será igual à tensão média das baterias restantes. Se os fios de jumper que conectavam anteriormente a bateria removida ao circuito médio estiverem conectados uns aos outros, o circuito fará a média das duas tensões restantes junto com 0 volts, produzindo um sinal de saída menor:







A simples simplicidade desse circuito impede a maioria das pessoas de chamá-lo de “computador”, mas ele desempenha inegavelmente a função matemática de calcular a média. Ele não apenas executa essa função, mas a executa muito mais rápido do que qualquer computador digital moderno pode! Computadores digitais, como computadores pessoais (PCs) e calculadoras de botões, executam operações matemáticas em uma série de etapas discretas. Computadores analógicos realizam cálculos de maneira contínua, explorando as Leis de Ohm e Kirchhoff para fins aritméticos, a "resposta" calculada tão rápido quanto a voltagem se propaga através do circuito (idealmente, na velocidade da luz!).

Com a adição de circuitos chamados amplificadores , os sinais de voltagem em redes de computadores analógicos podem ser aumentados e reutilizados em outras redes para realizar uma ampla variedade de funções matemáticas. Esses computadores analógicos se destacam na execução de operações de cálculo de diferenciação e integração numérica e, como tal, podem ser usados ​​para simular o comportamento de sistemas mecânicos, elétricos e até mesmo químicos complexos. Ao mesmo tempo, os computadores analógicos eram a ferramenta definitiva para a pesquisa de engenharia, mas desde então foram amplamente suplantados pela tecnologia de computador digital. Os computadores digitais têm a vantagem de realizar operações matemáticas com uma precisão muito melhor do que os computadores analógicos, embora em velocidades teóricas muito mais lentas.



SIMULAÇÃO DE COMPUTADOR

Esquema com números de nó SPICE:







Netlist (faça um arquivo de texto contendo o seguinte texto, literalmente):

 Voltage média 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 

Com esta netlist SPICE, podemos forçar um computador digital a simular um computador analógico, que calcula a média de três números juntos. Obviamente, não estamos fazendo isso para a tarefa prática de calcular a média de números, mas sim para aprender mais sobre circuitos e mais sobre simulação de circuitos por computador!



PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha do Teorema de Millman