Пасивни интегратор и диференцијални кругови

Say Hello to Smart Panels, an EcoStruxure™ Power Connected Solution from Schneider Electric (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Пасивни интегратор и диференцијални кругови

АЦ електрични кругови


Питање 1


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Калкулус је грана математике која потиче од научних питања везаних за стопе промјена . Најједноставније стопе промјене за већину људи који разумеју су они који се баве временом. На примјер, студент који гледа свој штедни рачун с времена на вријеме смањивши како плаћа школарину и друге трошкове веома је забринут због стопе промјене ( долара годишње троше).

У рачуну имамо посебну реч за описивање стопа промене: дериват . Једна од ознака која се користи за изражавање деривата (стопа промјене) појављује се као фракција. На пример, ако променљива С представља износ новца на штедном рачуну ученика и т представља време, стопа промјене долара током времена би се написала овако:

дС


дт

Следећи скуп података даје стварне бројеве овом хипотетичком сценарију:

Датум: 20. новембар
Савинг баланце баланце (С) = $ 12, 527.33
Стопа потрошње ((дС / дт)) = -5, 749, 01 годишње

Наведите неке од једнаџби које сте видели у својој студији електронике која садржи деривате и објасните како се стопа промјене односи на стварни феномен који описују те једначине.

Открити одговор Сакриј одговор

Напон и струја за кондензатор:

и = Ц дв


дт

Напон и струја индуктора:

в = Л ди


дт

Електромагнетна индукција:

в = Н д φ


дт

Остављам вам да опишете како се стопа промене током времена једне променљиве односи на друге варијабле у сваком од сценарија описаних овим једнаџбинама.

Следеће питање: зашто је количина деривата на студентском штедном рачуну изражена као негативни број "белешке скривене"> Напомене:

Сврха овог питања је увести концепт деривата студентима на начине који су њима познати. Надамо се да је почетни сценарио смањеног штедног рачуна нешто што могу да се односе!

Веома важан аспект овог питања је дискусија коју ће између вас и ваших студената довести у везу између односа између стопе промјене у три једначине дате у одговору. Веома је важно да ваши ученици схвате овај концепт да би могли вербално описати како дериват функционише у свакој од ових формула. Можда желите да их изразите у реалистичким терминима, као да описују како направити илустративни експеримент за демонстрацију у учионици.

Питање 2

Како се брзина протока пуњења (струје) у и из кондензатора односи на количину напона преко својих терминала? Како се стопа воде уводи и излази из пловила у односу на количину воде која се чува у том броду?

Открити одговор Сакриј одговор

Уместо да вам дамо одговор овде, дозволићу вам да то схватите сами. Веома пажљиво размишљајте о аналогији воде-у-суду приликом одговора на ово питање! Напуните чашу водом, ако је потребно, да бисте стекли интуитивно разумевање ових количина.

Напомене:

Постојање такве одговарајуће аналогије за акцију кондензатора чини објашњење непотребним, чак и ако се у почетку мало размишља о разумевању. Важно је да ученици јасно разликују количину струје, напона и напуњености у кондензаторском колу исто као што јасно разликују количину течности, брзину протока и запремину течности у хидрауличном систему.

Питање 3


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Према формула "Охм'с Лав" за кондензатор, струја кондензатора је пропорционална временском деривату напона кондензатора:

и = Ц дв


дт

Други начин говора јесте да се констатује да кондензатори разликују напон у односу на вријеме, и изразити овај временски дериват напона као струју.

Претпоставимо да смо имали осцилоскоп способан за директно мерење струје или барем претварач струје до напона који можемо спојити са једним од улазних сонди да би се омогућило директно мерење струје на једном каналу. Са таквим постављањем инструмента, могли бисмо директно плотирати напон кондензатора и кондензаторску струју заједно на истом екрану:

За сваку од следећих таласних облика напона (канал Б), плотирајте одговарајући кондензаторски струјни талас (канал А) како би се појавио на екрану осцилоскопа:

Напомена: амплитуда ваших тренутних парцела је произвољна. Оно што ме занима овде је облик сваког тренутног таласа!

Открити одговор Сакриј одговор

Следеће питање: који електронски уређај може извршити функцију "претварача струје до напона", тако да би могли да користимо осцилоскоп за мерење кондензаторске струје "белешке скривене"> Напомене:

Ево, питам ученике да пренесе тренутну брзину промјене напонског таласа на тренутну амплитуду тренутног таласног облика. Само концептуална вежба у дериватима.

Питање 4


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Према формула "Охм'с Лав" за кондензатор, струја кондензатора је пропорционална временском деривату напона кондензатора:

и = Ц дв


дт

Други начин говора јесте да се констатује да кондензатори разликују напон у односу на вријеме, и изразити овај временски дериват напона као струју.

Можемо направити једноставно коло да би произвели излазни напон пропорционалан струји кроз кондензатор, попут овога:

Отпорник се зове шунт, јер је дизајниран да произведе напон пропорционалан струји, у сврху паралелног ("шанта") - повезаног волтметра или осцилоскопа за мерење те струје. У идеалном случају, отпорник за шантање постоји само да би нам помогао да измеримо струју, а не да ометамо струју кроз кондензатор. Другим речима, његова вриједност у охмима треба бити врло мала у односу на реактанцу кондензатора (Р схунт <

<Кс Ц).

Претпоставимо да на улаз овог пасивног диференцијског кола повежемо изворе напона са следећим таласним обликом. Скицирајте облик облика таласног облика излазног времена (временски дериват) на сваком екрану осцилоскопа, као и облик излазног напона стварног кола (наравно, који ће бити не-идеалан):

Напомена: амплитуда ваших парцела је произвољна. Оно што ме занима овде је облик идеалних и стварних таласних облика излазног напона!

Напомена: Препоручујем да изградите овај круг и тестирате га помоћу сигнала улазног напона троугластог, синусног и квадратног таласа како бисте добили одговарајуће стварне облике таласног излазног напона!

Открити одговор Сакриј одговор

Следеће питање: с обзиром да се Р шутира <

<Кс Ц, да би отпор у било којој значајној мери умањио струју кондензатора, шта то указује на потребну временску константу (τ) пасивног диференцијског кола "белешке скривене"> Напомене:

Ово питање заиста најбоље одговара експериментисањем. Препоручујем да имате генератора сигнала и осцилоскопа у учионици да бисте демонстрирали рад овог пасивног диференцијског кола. Изазовите ученике да постављају опрему и управљају њом!

Питање 5

Уопштено говорећи, колико је "временских константи" вредно времена потребно да се напон и струја "уклопи" у њихове крајње вриједности у РЦ или ЛР склопу, од тренутка када је прекидач затворен?

Открити одговор Сакриј одговор

Ако сте рекли, "вриједи пет константа" (5 τ), можда не размишљате довољно дубоко! У стварности, напон и струја у таквом кругу никад не коначно достигне стабилне вредности, јер је њихов приступ асимптотичан.

Међутим, након 5 временских вриједности временских константи, варијабле у РЦ или ЛР колу ће се поравнати до 0, 6% од њихових крајњих вриједности, што је довољно за већину људи да назову "завршни".

Напомене:

Одговарајући на "5 константа времена", колико је протекло време између прелазног догађаја и "коначног" решавања напона и тренутних вредности, широко је распрострањено, али у великој мери погрешно схваћено. Наишао сам на више од дипломираних електронских програма који стварно верују да постоји нешто посебно у вези са бројем 5, као да се све зауставља тачно 5 константа времена вредне времена након што се прекидач прекине.

У стварности, правило о палети "5 временских константи" као временски распоред у РЦ и ЛР круговима је само апроксимација. Негде се сјећам читања старог уџбеника који је одредио десет константа времена као вријеме које је потребно за све варијабле да достигну своје крајње вриједности. Друга стара књига објавила је седам константа времена. Мислим да смо нестрпљиви, јер се годинама свирају!

Питање 6

Претпоставимо да вас колега електронски техничар прилази дизајнерском проблему. Потребно му је једноставно коло које изводи кратке импулсе напона сваки пут када се прекидач активира, тако да рачунар прима сваки импулсни сигнал сваки пут када се прекидач активира, уместо континуираног "укључивања" сигнала све док је прекидач активиран :

Техничар предлаже да направите круг пасивног диференцијала за његову примену. Никада нисте чули за овај круг, али вероватно знате где можете да истражите како бисте сазнали шта је то! Он вам каже да је савршено у реду ако коло генерише негативне напонске импулсе када је прекидач деактивиран: све што он брине јесте један позитиван импулс напона на рачунар сваки пут када се прекидач активира. Такође, импулс треба да буде веома кратак: не дуже од 2 милисекунде у трајању.

С обзиром на ове информације, нацртајте схематски дијаграм за практичан пасивни диференцијални круг унутар тачкастих линија, заједно са вриједностима компоненте.

Открити одговор Сакриј одговор

Да ли сте стварно мислили да ћу вам такође дати вриједности компоненте // // ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/01219к03.пнг ">

Овај круг ће свакако радити на стварању кратких импулса напона на рачунарски улаз, али би и вероватно уништио улазно коло рачунара након неколико активирања прекидача! Објаснити зашто.

Напомене:

Понашање диференцијског кола може бити збуњујуће ученицима са изложеношћу рачуна, јер излаз таквог кола није стриктно повезан са брзином промене улазног напона током времена. Међутим, ако је временска константа кола кратка у односу на период улазног сигнала, резултат је довољно близу за многе апликације.

Питање 7

Закључи излазну валну облику пасивног диференцијског кола, претпостављајући да је улаз симетрични квадратни талас, а РЦ временска константа кола је око једне петине ширине импулса квадратног таласа:

Открити одговор Сакриј одговор

Следеће питање: # 1: шта би морало да се промени у овом пасивном диференцијском колу да би резултат био ближе идеални диференцијацији "белешке скривене"> Напомене:

Замолите ученике да упоређују понашање овог круга пасивног диференцијала са оном савршеног диференцијатора (са τ = 0). На који начин изгледати дериват квадратног таласа?

Питање 8


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Потенциометри су веома корисни уређаји у области роботике, јер нам омогућавају да представљамо позицију машине у смислу напона. У овом конкретном случају, потенциометар који је механички повезан са зглобом роботске руке представља угловну позицију руке тако што излази одговарајући напонски сигнал:

Како се роботска рука врти горе и доле, потенциометарска жица се помера дуж унутрашњег отпорног трака, стварајући напон који је директно пропорционалан положају руке. Волтметар повезан између брисача потенциометра и тла ће затим означити положај руке. Рачунар са аналогним улазним портом који је повезан са истим тачкама ће моћи да мјери, снима и (ако је повезан и са кругом управљачког склопа мотора) контролише положај руке.

Ако повежемо потенциометар са излазом у диференцијално коло, добићемо још један сигнал који представља нешто друго о акцији роботске руке. Која физичка варијабла даје излазни сигнал диференцијатора "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/03644к02.пнг">

Открити одговор Сакриј одговор

Излазни сигнал кола диференцијатора представља угаону брзину роботске руке, према следећој једначини:

в = дк


дт

Где,

в = брзина

к = положај

т = време

Питање о следећем питању: која врста сигнала добићемо ако двапутрамирамо сигнал позиције (тј. Повезати излаз првог диференцијског кола на улаз другог диференцијског кола)?

Напомене:

Ово питање тражи од студената да се односе на концепт временске диференцијације на физичко кретање, као и да им дају веома практичан примјер како би се могао користити коло пасивног диференцијала. У стварности, мора се веома пажљиво користити диференцијални круг за сигнале из стварног света, јер различити фактори наговештавају звук високе фреквенције. Будући да су сигнали реалног света често "бучни", то доводи до пуно буке у диференцираним сигналима.

Питање 9


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Један од основних принципа рачунања је процес који се зове интеграција . Овај принцип је важан за разумевање јер се манифестује у понашању капацитета. Срећом, постоје више познатих физичких система који такође манифестирају процес интеграције, што олакшава разумијевање.

Ако уведемо константан проток воде у цилиндрични резервоар са водом, ниво воде унутар тог резервоара ће се током времена повећавати константно:

Према условима рачуна, рекли смо да резервоар интегрише проток воде у висину воде. То значи да једна количина (проток) диктира стопу промјене у времену друге количине (висине).

Као резервоар за воду, електрични капацитети такође показују феномен интеграције у односу на време. Која електрична количина (напон или струја) диктира брзину промене током којег је друга количина (напон или струја) у капацитету "# 9"> Открити одговор Сакри одговор

У капацитету, напон је временски интеграл струје. То значи да примењена струја "кроз" кондензатор диктира брзину промјене напона преко кондензатора током времена.

Питање изазов: да ли можете да размислите о начину на који би могли да искористимо сличност капацитивне интеграције напона / струје како би симулирали понашање резервоара за воду или било који други физички процес описан истим математичким односом?

Напомене:

Концепт интеграције не мора бити сасвим сложен. Електрични феномени попут капацитивности и индуктивности могу послужити као одлични контексти у којима ученици могу истражити и разумјети апстрактне принципе рачунања. Количина времена које одлучите да посветите расправи о овом питању зависиће од тога колико су математички способни ваши ученици.

Надамо се да ће изазовно питање изазвати машту ваших ученика, јер схватају корисност електричних компоненти као аналогних за друге врсте физичких система.

Питање 10


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Један од основних принципа рачунања је процес који се зове интеграција . Овај принцип је важан за разумевање јер се манифестује у понашању индуктивности. Срећом, постоје више познатих физичких система који такође манифестирају процес интеграције, што олакшава разумијевање.

Ако уведемо константан проток воде у цилиндрични резервоар са водом, ниво воде унутар тог резервоара ће се током времена повећавати константно:

Према условима рачуна, рекли смо да резервоар интегрише проток воде у висину воде. То значи да једна количина (проток) диктира стопу промјене у времену друге количине (висине).

Као резервоар за воду, електрична индукција такође показује феномен интеграције у односу на време. Која електрична количина (напон или струја) диктира брзину промене током којег времена је друга количина (напон или струја) у индукцији "# 10"> Открити одговор Сакри одговор

У индукцији, струја је временски интеграл напона. То значи да примењени напон преко индукторја диктира брзину промене струје кроз индуктор током времена.

Питање изазова: да ли можете да размислите о начину на који би могли да искористимо сличност индуктивне интеграције напона / струје како би симулирали понашање резервоара за воду или било који други физички процес описан истим математичким односом?

Напомене:

Концепт интеграције не мора бити сасвим сложен. Електрични феномени попут капацитивности и индуктивности могу послужити као одлични контексти у којима ученици могу истражити и разумјети апстрактне принципе рачунања. Количина времена које одлучите да посветите расправи о овом питању зависиће од тога колико су математички способни ваши ученици.

Питање 11

Опишите шта се дешава са напоном кондензатора у овом кругу током времена, јер се напаја преко извора константне струје:

Сада, одредите идеалне вриједности за В и Р што ће резултирати сличним понашањем у кондензаторском кругу које се напаја извором напона умјесто тренутним извору:

Ваши одговори ће, наравно, бити квалитативни а не квантитативни. Објасните да ли би временска константа кола напајања напоном требало да буде велика или мала, и зашто.

Открити одговор Сакриј одговор

И В и Р би требали бити изузетно велике вриједности како би имитирају понашање тренутног извора.

Напомене:

У овом питању, питам ученике да идентификују понашање истинског круга интегратора, а затим га супротстављају понашањем онога што је прецизније познато као круг одлагања првог реда (РЦ круг напаја извор напона). Наравно, ова два круга се не понашају исто, али кроз разумне изборе В и Ц, може се учинити да круг "заостајања" запањује истински интеграторски круг преко практичног опсега напона кондензатора.

Питање 12

Релативно је лако пројектовати и направити електронско коло да би направио сигнале напона квадратних таласа. Тежи инжењер је кола која директно генерише сигнале троугластог таласа. Уобичајени приступ у електронском дизајну када су потребни таласни таласи за апликацију је повезивање пасивног интеграторског кола на излаз квадратног таласног осцилатора, овако:

Међутим, свако ко упознаје РЦ кола ће схватити да пасивни интегратор неће извести прави талас триангле, већ ће излазити са таласима са "заобљеним" главним и заокруженим ивицама:

Шта се може учинити са вредностима Р и Ц, како би се најбоље приближио правом таласу троугла "# 12"> Открити одговор Сакри одговор

Максималне вредности Р и Ц најбоље ће приближити прави талас триангле. Последице избора екстремно великих вредности за Р и / или Ц није тешко одредити - остављам то за вас да објасните!

Напомене:

Ово питање тражи од ученика да препознају конфузне потребе дизајна и да избалансирају једну потребу против другог. Веома практичне вештине овде, пошто апликације из стварног живота готово увек захтевају неку врсту практичног компромиса у фази пројектовања.

Ако ученици не могу схватити шта се мора жртвовати како би се постигла линеарна линија, реците им да направе такав круг и виде себе!

Питање 13

Дизајнирајте круг пасивног интегратора користећи отпорник и индуктор уместо отпорника и кондензатора:

Осим комплетирања шемата индукционог кола, квалитативно се наводе жељене вриједности Л и Р како би се постигао излазни таласни облик који највише личе на прави вал триангле. Другим речима, тражимо велики или мали индуктор; велики или мали отпорник "# 13"> Открити одговор Сакриј одговор

За максималну "треуголичасту" таласну опругу, одаберите велику вриједност за Л и малу вриједност за Р.

Следеће питање: објасните како избори вредности за Л и Р прате исте разлоге као и избори за Р и Ц у кругу РЦ пасивног интегратора.

Напомене:

Објасните својим ученицима да иако ЛР интеграторска кола су могућа, скоро их никада не користе. РЦ кола су много практичније. Замолите их да одреде зашто је ово!

Питање 14

Када погледате схематски дијаграм за пасивни интеграторски круг, требало би да вас подсети на другу врсту кола које сте раније видели: пасивни филтер филтра :

Који специфични тип пасивног филтера пасивни интеграторски круг личи на "# 14"> Открит одговор Сакриј одговор

Одговор на ово питање је тако лако за вас да истражите, било би увреда да га одштампате овде!

Напомене:

Ово питање је прилично лако и пружа логичан корак да припреми ученике за анализу фреквенцијског домена пасивних интеграторних кругова.

Питање 15

"Јефтини" начин електронског стварања таласних облика који подсећају на синусне таласе је коришћење пар пасивних интеграторних кола, један за претварање квадратних таласа у псеудо-трокутне таласе, а затим за претварање псеудо-троугластих таласа у псеудо-сине таласе:

Из Фуријеве теорије знамо да квадратни талас није ништа друго до низ синусоидних таласних облика: основна фреквенција плус све чудне хармонике при смањењу амплитуде. Гледајући два интегратора као пасивна кружна филтра, објасните како је могуће добити псеудо-синусни талас са улазом квадратног таласа како је приказано у горњој дијаграму. Такође, објасните зашто крајњи излаз није прави синусни талас, али само подсјећа на синусни талас.

Открити одговор Сакриј одговор

Ова два интегратора дјелују као филтер ниске емисије другог реда, умањујући хармонике у квадратном таласу далеко више од фундаменталних.

Питање изазова: да ли излазни талас висе подсећа на синусни талас када је изворна фреквенција повећана или смањена "белешке скривене"> Напомене:

Једном када студенти имају концептуално разумијевање теорије Фоуриерја (не-синусоидни таласасти облици нису ништа више од серије надложених синусоида, све хармонично повезане), они поседују моћно средство за разумијевање нових кругова као што је овај. Наравно, могуће је разумјети круг као што је овај из перспективе временског домена, али је увид у то из перспективе фреквенцијског домена омогућио још један слој увида.

Случајно, може се експериментисати таквим кругом помоћу 0.47 μФ кондензатора, 1 кΩ отпорника и основне фреквенције од око 3 кХз. Гледање амплитуде излазног таласа са осцилоскопом је упечатљиво, посебно у односу на амплитуду сигнала!

Питање 16

Изведите следеће реченице са једним од ових израза: "краће од", "дуже од" или "једнако". Затим објасните зашто временска константа сваког типа круга мора бити тако.

Пасивни интеграторски кругови треба да имају временске константе које су ( попуњавање у празном ) период интегрисања таласа.
Кругови пасивних диференцијатора треба да имају временске константе које су ( попуњавање у празном ) период диференцираног облика таласа.
Открити одговор Сакриј одговор

Пасивни интегратори морају имати успорене константе времена, док пасивне диференцијале морају имати брз константе времена, како би се разумно интегрирали и разликовали.

Напомене:

Ако ученици не разумеју зашто је то, дозволите им да раде кроз примјер проблема, како би видјели како ће изгледи излазних таласа изгледати за различите периоде и временске константе. Запамтите да нагласите шта идеални интегратор или диференцијал треба да уради!

Питање 17


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


И улаз и излаз овог кола су квадратни таласи, иако је излазни таласни сигнал мало изобличен и има много мање амплитуде:

Препознајете једну од РЦ мрежа као пасивни интегратор, а другу као пасивни диференцијал. Шта сличност излазног таласа у поређењу са улазним таласним формама указује на разлику и интеграцију као функције које се примјењују на таласне облике "# 17"> Открити одговор Сакри одговор

Диференцијација и интеграција су математички инверзне функције једне од других. Што се тиче бљескалице, било која функција је реверзибилна тако што накнадно примјењује другу функцију.

Следеће питање: ово коло неће радити као што је приказано ако су обе Р вредности исте, а обе Ц вредности су исто као и. Објасните зашто, а такође описати која вриједност (и) би морала бити другачија да би се омогућило да се изворни квадратни опсег вретена опорави на коначним излазним терминалима.

Напомене:

Та интеграција и диференцијација су инверзне функције, вероватно ће бити очигледне већ вашем ученицима са више математичким наклоњењем. За друге, то може бити откривање.

Ако време дозволи, можда ћете желети да разрадите границе ове комплементарности. Као и сви са позадином рачунара, интеграција уводи произвољну константу интеграције. Дакле, ако степен интегратора прати диференцијску фазу, може се додати пристраност ДЦ-а до излаза који није присутан на улазу (или виза-верса!).

╥ ╥ д


дк

(ф (к)) дк = ф (к) + Ц

У кругу као што је ово где интеграција претходи диференцијацији, идеално не постоји губитак од константног губитка ДЦ:

д


дк

╥ ╥ ф (к) дк⌉ ⌋ = ф (к)

Међутим, будући да су то заправо "лаг" и "леад" мреже, пре него стварне интеграције и фазе диференцирања, респективност ДЦ који се примјењује на улаз неће вјерно репродуковати на излазу. Будући да би прави интегратор имао улазни утицај на ДЦ и производио излаз са линеарним пристрасним рампингом, пасивни интегратор ће претпоставити излазну пристраност једнаку улазној пристрасности.

Успут, следеће вредности добро функционишу за демонстрацијски круг: Стога, степен диференцијације која следи, савршена или не, нема нагиб за диференцирање, тако да на излазу неће бити пристраности ДЦ.


Фусноте:

Ако вам то није очигледно, предлажем да извршите анализу Суперпоситиона на пасивном интегратору (размислите о АЦ, а затим размотрите ДЦ посебно) и потврдите да је В ДЦ (излаз) = В ДЦ (у) . Пасивно диференцијално коло би морало имати бесконачну временску константу (τ = ∞) како би се генерисала ова пристрасност
!

Питање 18


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Одредите који ће одговор бити на константном ДЦ напону који се примјењује на улазу ових (идеално) кругова:

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Замолите ученике да одговоре у практичном контексту, као што су брзина и растојање објекта који се помера (где је брзина временски дериват удаљености, а растојање је временски интеграл брзине).

Питање 19


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


У рачуналу, диференцијација је инверзна операција нешто друго што се зове интеграција . Дакле, диференцијација "не-чини" интеграција која ће се вратити на првобитну функцију (или сигнал). Да бисмо то илустровали електронским путем, можемо спојити диференцијално коло на излаз интеграторског кола и (идеално) добити исти сигнал истог, који смо ставили:

На основу онога што знате о диференцијацији и диференцијским круговима, какав сигнал мора изгледати између интегратора и диференцијалних кругова за производњу финалног излаза квадратних таласа "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/ имагес / куиз / 03645к02.пнг ">

Открити одговор Сакриј одговор

Следеће питање: шта шематски дијаграми пасивних интегратора и диференцијалних кругова изгледају као "скривене белешке"> Напомене:

Ово питање упознаје студенте са концептом интеграције, након њиховог претходног познавања диференцијације. Пошто би они већ требали бити упознати са другим примерима инверзних математичких функција (арцфункције у тригонометрији, логи и моћи, квадрати и корени, итд.), Ово не би требало бити превише. Чињеница да им можемо показати поништавање интеграције са диференцијацијом треба довољно доказати.

У случају да желите да демонстрирате овај принцип "уживо" у учионици, предлажем да доведете генератора сигнала и осцилоскопа у класу и направите следећи круг на плочи:

Излаз није савршен квадратни талас, с обзиром на учитавање ефеката диференцијског круга на интеграторском колу, као и несавршености сваке операције (што је пасивни умјесто активни интегратор и диференцијални кругови). Међутим, облици таласа су довољно јасни да илуструју основни концепт.

Питање 20

Када дизајнеру кола је потребан круг како би се обезбедило временско кашњење, он или она скоро увек бира РЦ круг уместо ЛР круга. Објасни зашто је то.

Открити одговор Сакриј одговор

Кондензатори су генерално јефтинији и лакши за рад са индукционим круговима за прављење кругова времена кашњења.

Напомене:

Одговор овде дат је намерно минималан. Требали бисте замолити своје ученике да одговоре више пажљивији од овога! Питајте их зашто су кондензатори јефтинији од индуктора. Замолите их да објасне шта се подразумева "лакшим радом", у техничком смислу.

Питање 21

ЛР диференцијално коло се користи за претварање таласа троугла у квадратни талас. Један дан након година правилног рада, круг не успева. Уместо излаза квадратног таласа, он излази на талас триангла, управо онолико колико и таласни облик мерен на улазу кола. Утврдите која је највероватнија грешка компоненте у кругу.

Открити одговор Сакриј одговор

Индуктор није отворен.

Следеће питање: ово није једини могући неуспех, али то је највероватније. Објасните шта би други неуспех могли бити, а такође и зашто је овде дат један овде највероватнији.

Напомене:

У овом кругу постоје само две компоненте, тако да одређивање могућих грешака не би требало да представља проблем. Да бисте разликовали између индукционог пропусника у односу на отпорник који није успео, треба знати који су типови грешака компоненти чешћи (и зашто!).

Питање 22

Израчунајте излазни напон овог кола пасивног диференцијала 1 милисекунда након пораста ивице сваког позитивног импулса квадратног таласа (где квадратни талас прелази од -5 волти до +5 волти):

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз = 2.82 волта @ 1 мс након пораста ивице

Напомене:

Ово питање није ништа друго до вежба у временским константним круговима кола: одређивање колико је излазни напон распадао од максимума од 10 волти након 1 милисекунде. Замолите ученике да поделе своје технике за решавање проблема са цијелом класом.

Питање 23

Израчунајте излазни напон овог круга пасивног диференцијера од 150 микросекунди након пораста ивице сваког пулса "цлоцк" (где квадратни талас прелази од 0 волта до +5 волти):

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз = 1.172 волта @ 150 μс након пораста ивице

Напомене:

Ово питање није ништа друго до вјежба у временским константним круговима кола: одређивање колико је излазни напон распадао од његовог врха од 5 волта након 150 μс. Замолите ученике да поделе своје технике за решавање проблема са цијелом класом.

Питање 24

Пасивни диференцијал се користи за "скраћивање" ширине импулса квадратног таласа слањем диференцираног сигнала у коло детектора нивоа, што даје "висок" сигнал (+5 волти) кад год улаз већи од 3, 5 волта и " ниски "сигнал (0 волти) кад год улаз пада испод 3, 5 волта:

Сваки пут када сигнал излазног напона диференцијатора прелази до +5 волти и брзо се распада на 0 волти, то доводи до тога да коло детектора нивоа излази уски напонски пулс, што је оно што желимо.

Израчунајте колико ће бити широк овај завршни излазни пулс ако је улазна (квадратни талас) фреквенција 2, 5 кХз.

Открити одговор Сакриј одговор

т пулсе = 11, 77 μс

Напомене:

Ово питање захтијева од студената да израчунају дужину времена у РЦ колу, с обзиром на специфичне нивое напона и вриједности компоненте. То је врло практично питање, јер би можда било потребно некада изградити или решити такав круг!

Питање 25

Пасивни интеграторски круг се енергише квадратним таласним сигналом са амплитудом од 12В и максималном фреквенцијом од 65, 79 Хз:

Одредите максимални напон излазног таласа:

Напомена: излазни таласни облик ће се центрирати тачно на пола пута између два врха улазног квадратног таласа као што је приказано на слици осцилоскопа. Не одговарајте вашем одговору на релативне величине два таласна облика, јер сам намјерно искривио калибрацију слике екрана осцилоскопа, тако да се два таласна облика не бирају једна с другом.

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз (пеак-то-пеак) = 8, 025 волти

Следеће питање: компоненте које се састоје од овог кола су неправилно величине уколико се очекује да функционишу као разумно тачан интегратор . Предложите боље компоненте компоненте за учесталост интегрисаног сигнала.

Питање изазов: напишите формулу која решава овај пеак-то-пеак излазни напон (В излаз ) с обзиром на максимални улазни напон (В ин ), вредност отпорника Р, вредност кондензатора Ц и фреквенца сигнала ф.

Напомене:

Ово је интересантан проблем за постављање. Питајте ученике који приступ су користили, тако да сви могу да виде различите технике за решавање проблема. Основао сам своје решење на једначини распадања кола РЦ е- т / τ са к волтима што су моје почетно стање и -6 волти су моје последње стање (ако је време т бесконачно), онда сам само решио за к. Са мојим методом, к је максимални сигнални напон, а не врх-до-врх, па сам га удвостручио да бих добио коначан одговор.

Мој одговор за изазовно питање је следећи:

В оут = В у (1 - е ((-1) / 2РЦф) )


1 + е ((-1) / 2РЦф)

Може да варира . . .

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →