第15节 非常简单的电脑(修订中)
[TOC]
零件和材料
- 三节电池，每节电压不同
- 三个等值电阻，每个电阻在 10 kΩ 和 47 kΩ 之间
选择电阻时，用欧姆表测量每个电阻，并选择三个值最接近的电阻。精度对于这个实验非常重要！
交叉引用
电路课程，第 1 卷，第 10 章：“直流网络分析 (opens new window)”
学习目标
- 确定电阻网络如何用作电压信号平均器
- (opens new window)
原理图，示意图
插图
指示
这个看似粗糙的电路执行了对三个电压信号进行数学_平均_的功能，因此完成了专门的计算任务。换句话说，它是一台只能做一个数学运算的计算机：将三个量平均起来。
如图所示构建此电路并使用电压表测量所有电池电压。将这些电压数字写在纸上，然后将它们平均在一起（E 1 + E 2 + E 3，除以三）。测量每节电池电压时，保持黑色测试探针连接到“接地”点（电池一侧通过跳线直接连接到其他电池），红色探针接触另一个电池端子。极性在这里很重要！您会注意到示意图中的一个电池“向后”连接到另外两个，负极“向上”。当通过正确连接的数字仪表测量时，该电池的电压应读取为负值，其他电池测量为正值。
当电压表在原理图和插图所示的点连接到电路时，它应该记录三个电池电压的代数平均值。如果选择的电阻值彼此非常匹配，则该电路的“输出”电压也应与计算的平均值非常匹配。
如果一个电池断开，输出电压将等于其余电池的平均电压。如果以前将拆下的电池连接到平均电路的跨接线相互连接，则电路会将剩余的两个电压平均为 0 伏，从而产生较小的输出信号：
该电路的简单性使大多数人不敢称其为“计算机”，但不可否认的是，它执行了求平均值的数学功能。它不仅执行此功能，而且执行速度比任何现代数字计算机都快！数字计算机，例如个人计算机 (PC) 和按钮计算器，以一系列离散步骤执行数学运算。模拟计算机以连续的方式执行计算，利用[欧姆定律](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct- 基尔霍夫定律 (opens new window)进行算术运算，“答案”的计算速度与电压在电路中传播的速度一样快（理想情况下，以光速！）。
通过添加称为放大器 (opens new window)的电路，模拟计算机网络中的电压信号可以被提升并在其他网络中重新使用，以执行各种数学函数。这种模拟计算机擅长执行数值微分和积分的微积分运算，因此可用于模拟复杂的机械、电气甚至化学系统的行为。曾几何时，模拟计算机是工程研究的终极工具，但从那时起已在很大程度上被数字计算机技术所取代。数字计算机具有比模拟计算机更精确地执行数学运算的优势，尽管理论速度要慢得多。
电脑模拟
带有 SPICE 节点号的示意图：
网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字）：
电压平均器 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
使用这个SPICE (opens new window)网表，我们可以强制数字计算机模拟模拟计算机，将三个数字加起来平均。显然，我们这样做并不是为了求平均数的实际任务，而是为了更多地了解电路和电路的计算机模拟！
相关练习：
总目录：