Komputer yang Sangat Sederhana

BAGIAN DAN BAHAN

• Tiga baterai, masing-masing dengan voltase berbeda
• Tiga resistor dengan nilai yang sama, masing-masing antara 10 kΩ dan 47 kΩ

Saat memilih resistor, ukur masing-masing resistor dengan ohmmeter dan pilih tiga yang nilainya paling dekat satu sama lain. Presisi sangat penting untuk eksperimen ini!

REFERENSI SILANG

Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 1, bab 10:“Analisis Jaringan DC”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Untuk menentukan bagaimana jaringan resistor dapat berfungsi sebagai rata-rata sinyal tegangan
• Untuk mengilustrasikan penerapan Teorema Millman

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Sirkuit kasar yang menipu ini menjalankan fungsi rata-rata secara matematis tiga sinyal tegangan bersama-sama dan memenuhi peran komputasi khusus. Dengan kata lain, ini adalah komputer yang hanya dapat melakukan satu operasi matematika:rata-rata tiga besaran bersama-sama.

Bangun sirkuit ini seperti yang ditunjukkan dan ukur semua tegangan baterai dengan voltmeter. Tulis angka tegangan ini di atas kertas dan rata-ratakan bersama-sama (E₁ + E₂ + E₃ , dibagi tiga). Saat Anda mengukur setiap voltase baterai, jaga agar probe uji hitam tetap terhubung ke titik "arde" (sisi baterai langsung terhubung ke baterai lain dengan kabel jumper), dan sentuh probe merah ke terminal baterai lainnya. Polaritas penting di sini! Anda akan melihat satu baterai dalam diagram skematik terhubung "mundur" ke dua lainnya, sisi negatif "naik". Tegangan baterai ini seharusnya terbaca sebagai kuantitas negatif saat diukur dengan meteran digital yang terhubung dengan benar, baterai lainnya berukuran positif.

Ketika voltmeter dihubungkan ke sirkuit pada titik yang ditunjukkan dalam skema dan ilustrasi, voltmeter harus mencatat rata-rata aljabar dari tegangan tiga baterai. Jika nilai resistor dipilih untuk sangat cocok satu sama lain, tegangan "output" dari rangkaian ini juga harus sesuai dengan rata-rata yang dihitung.

Jika salah satu baterai dicabut, tegangan keluaran akan sama dengan tegangan rata-rata baterai yang tersisa. Jika kabel jumper yang sebelumnya menghubungkan baterai yang dilepas ke sirkuit rata-rata terhubung satu sama lain, sirkuit akan rata-rata dua tegangan yang tersisa bersama-sama dengan 0 volt, menghasilkan sinyal output yang lebih kecil:

Kesederhanaan sirkuit ini menghalangi kebanyakan orang untuk menyebutnya sebagai "komputer", tetapi tidak dapat disangkal melakukan fungsi matematika rata-rata. Tidak hanya melakukan fungsi ini, tetapi juga melakukannya lebih cepat daripada komputer digital modern mana pun! Komputer digital, seperti komputer pribadi (PC) dan kalkulator tombol tekan, melakukan operasi matematika dalam serangkaian langkah-langkah diskrit. Komputer analog melakukan perhitungan secara terus menerus, memanfaatkan Hukum Ohm dan Kirchhoff untuk tujuan aritmatika, "jawaban" dihitung secepat tegangan merambat melalui sirkuit (idealnya, pada kecepatan cahaya!).

Dengan penambahan sirkuit yang disebut penguat , sinyal tegangan di jaringan komputer analog dapat ditingkatkan dan digunakan kembali di jaringan lain untuk melakukan berbagai macam fungsi matematika. Komputer analog tersebut unggul dalam melakukan operasi kalkulus diferensiasi dan integrasi numerik, dan dengan demikian dapat digunakan untuk mensimulasikan perilaku sistem mekanik, listrik, dan bahkan kimia yang kompleks. Pada suatu waktu, komputer analog adalah alat utama untuk penelitian teknik, tetapi sejak itu sebagian besar telah digantikan oleh teknologi komputer digital. Komputer digital menikmati keuntungan melakukan operasi matematika dengan presisi yang jauh lebih baik daripada komputer analog, meskipun pada kecepatan teoretis yang jauh lebih lambat.

SIMULASI KOMPUTER

Skematis dengan nomor node SPICE:

Netlist (buat file teks yang berisi teks berikut, kata demi kata):

Rerata tegangan 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 

Dengan netlist SPICE ini, kita dapat memaksa komputer digital untuk mensimulasikan komputer analog, yang rata-rata tiga angka bersama-sama. Jelas, kami tidak melakukan ini untuk tugas praktis dari angka rata-rata, melainkan untuk mempelajari lebih lanjut tentang sirkuit dan lebih banyak tentang simulasi komputer sirkuit!

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Teorema Millman