Прецизни диодни кругови

Прецизни оптики за осветителни LED системи (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Прецизни диодни кругови

Аналогни интегрирани кругови


Питање 1

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво измерите и забележите све компоненте прије изградње кола.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализирај круг, решавање за све напонске и тренутне вредности.
  6. Пажљиво измерите све напоне и струје како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

Избегавајте да користите модел 741 оп-амп, осим ако не желите да оспорите вештине дизајна кола. Постоји више свестраних оп-амп модела који су обично доступни за почетника. Препоручујем ЛМ324 за ДЦ и ниске фреквенције, и ТЛ082 за АЦ пројекте који укључују аудио или вишу фреквенцију.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли мјерне грешке проузроковане "учитавањем" мерача. Препоручујем вредности отпорника између 1 кΩ и 100 кΩ.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 2

Честа врста графика која се користи за описивање рада електронске компоненте или под-склопа је карактеристика преноса, која показује однос између улазног сигнала и излазног сигнала. На примјер, карактеристика преноса за једноставно отпорно склопно напајање напона је равна линија:

Једном када се графикон пренесе, може се користити за предвиђање излазног сигнала кола са одређеним улазним сигналом. У овом случају, карактеристика преноса за 2: 1 круг разводника напона нам говори да ће коло излазити +3 волти за улаз од +6 волти:

Можемо користити исту карактеристику преноса за плотирање излаза дељивача напона добијањем улазног сигнала АЦ:

Иако је овај пример (делилац напона са односом 2: 1) прилично тривијалан, то показује како се карактеристике преноса могу користити за предвиђање излазног сигнала мреже која даје одређени улазни сигнал. Тамо где су графички параметри трансфера практичнији, предвиђају понашање нелинеарних кола. На пример, карактеристика трансфера за идеалан полу-таласни исправљач изгледа овако:

Скицирајте карактеристику трансфера за реалистичну диоду (силицијум, са падом напона од 0, 7 волта), и користите ову карактеристику да бисте плотирали реверзибилну излазну таласну полувремену с обзиром на синусоидни улаз:

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Карактеристични графички прикази пружају елегантан начин скицирања излазног таласа за било коју електричну мрежу, линеарну или нелинеарну. Метода у којој се тачке дуж улазног таласа одражавају и преносе на еквивалентне тачке на излазном таласном облику оправдава назив овог аналитичког алата. Уверите се да ваши ученици имају прилику да науче како да користе овај алат, јер може пружити сјајан увид у изобличење електронских и електромагнетних уређаја.

Питање 3

Одредите излазни напон овог кола, под претпоставком да је силиконска диода (0, 7 волта типичног пада напријед):

Сада, одредити излазни напон истог круга са Сцхоттки диодом (типично напријед ка 0, 4 волта) умјесто силиконске ПН спојне диоде:

Сада, одредите излазни напон истог круга помоћу диоде која емитује светлост (типична напона ка висини од 1, 7 волта):

Коментар о излазним напонима ова три круга: шта то указује на ефекат падања напона на диода на излазу опампа "# 3"> Откриј одговор Сакри одговор

У оба кола, излазни напон је прецизно -2 волти.

Следеће питање: шта је другачије унутар ова три кола, ако не и излазни напон?

Напомене:

Сам по себи, ови кругови су прилично бескорисни. Њихова сврха је да припреми ученике да разумеју како прецизне исправљачке кругове раде, показујући како негативне повратне информације доводе до тога да диодни напонски пад напушта небитан. Ово је још један пример моћи негативних повратних информација и суштински концепт за разумевање свих прецизних (опамп-дривен) диодних кругова.

Питање 4

Одредите излазни напон овог кола за два различита вриједности улазног напона: +5 волти и -5 волти, под претпоставком кориштења обичних силиконских исправљача:

На основу ових података (и било којег другог услова за унос желите да тестирате овај склоп испод), опишите шта је функција овог кола.

Открити одговор Сакриј одговор

Када је В ин = +5 волти, В излаз = -5 волти

Када је В = -5 В, В излаз = 0 В

Ово коло је прецизни исправљач.

Напомене:

Радите са својим студентима како бисте анализирали понашање овог кола, користећи Охмов закон и основни принцип негативних повратних информација (нултални диференцијални улазни напон). Питајте своје ученике да ли је важно које врсте диода се користе (силицијум против германија у односу на емитовање светлости).

Питање 5

Овај опампни круг се зове прецизни исправљач . Анализирајте свој излазни напон док се улазни напон глатко повећава од -5 волти до +5 волти и објасните зашто је коло вредно њеног имена:

Претпоставимо да су обе диоде у овом склопу силиконске прекидачке диоде са номинално напоном напона напона од 0, 7 волта.

Открити одговор Сакриј одговор

Сваки позитиван улазни напон, ма колико мали, се "рефлектује" на излазу као негативни напон једнаке (апсолутне) магнитуде. Излаз овог кола остаје тачно на 0 волти за било који негативни улазни напон.

Питање о следећем питању: да ли би утицало на излазни напон ако пад напона напона било које диоде повећа "белешке скривене"> Напомене:

Ток круга прецизних исправљача је теже да ученици схвате него непрекидајуће преокретаче или неинвертирајуће кружне појачаваче. Проведите време анализирањем овог кола заједно у класи са својим ученицима, тражите од њих да одреде величине свих напона у кругу (и правцима струје) за дате услове напона напона.

Разумевање да ли промене у паду напона напона диода утичу на функцију прецизног исправљачког кола је битно. Ако ученици не схвате ништа друго о овом кругу, то је веза између падова напона на диоду и карактеристика преноса улазних / излазних сигнала.

Питање 6

Објасните зашто сљедеће опампско коло не може да се користи као исправљач у кругу АЦ-ДЦ напајања:

Открити одговор Сакриј одговор

Ево назнака: где се опамп добија од "скривених белешки"> Напомене:

Веровали или не, ја сам заправо седео једном у електронској класи и слушао инструктора који представља прецизно исправљачки опамп круг као "прецизни исправљач за напајање". Такође је био озбиљан, тврдећи да је ова врста кола коришћена да би се обезбедили дељени (+ В / -В) напонски излази за врхунске напојне уређаје. Најтужнији део овог искушења је у томе што ниједан од његових ученика није препознао ништа лоше у својој изјави (или се бар није осећао угодно у постављању питања о томе).

Питање 7

Предвидите како ће утицати на рад овог прецизног исправљачког кола као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Ресистор Р 1 не отвори:
Ресистор Р 2 отказао:
Диода Д 1 није отворена:
Диода Д 2 није отворена:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Отпорник Р 1 не отвори: В излаз постаје једнак 0 волти све време.
Ресистор Р 2 не отвара: В излазна сатурација негативна када је В ин је позитиван, а В излази до +1, 4 волти када је В ин негативан (у зависности од тога како је излаз напуњен другим колом).
Диода Д 1 не отвара: Нормални рад када је В ин је позитиван (В оут = - В ин ), В оут = В када је В ин негативан (пуни талас, инверзна исправка!).
Диод Д 2 се не отвара: Нормални рад када је В ин негативан (В излаз = 0 В), В излаз = В када је В ин позитиван (полу талас, не-инверзна ректификација!).

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

Питање 8

Следеће коло се понекад назива сепаратор поларитета . Измислите неке услове тестирања које бисте користили како бисте "доказали" рад кола, затим анализирајте круг под тим замишљеним условима и видите шта су резултати:

Објасните шта сваки излаз ради у овом кругу "поларитета сепаратор" за било који дати улазни напон.

Открити одговор Сакриј одговор

В оут1 излаз је инверзан (негативан) било ког позитивног улазног напона, док је В оут2 излаз инверзан (позитиван) било ког негативног улазног напона.

Напомене:

Ово коло је добар увод у коло са прецизним исправљачем са пуним таласом, иако је његово деловање мало теже разумије него што је овде.

Питање 9

Одредите излазни напон овог кола за два различита вриједности улазног напона: +4 волти и -4 волти. Одредите напон на сваком чвору у односу на тло као део ваше анализе:

На основу ових података (и било којег другог услова за унос желите да тестирате овај склоп испод), опишите шта је функција овог кола.

Открити одговор Сакриј одговор

Ово коло је прецизни пуно-таласни исправљач.

Напомене:

Много је лакше анализирати понашање овог кола са позитивним улазним напоном него што је то анализирати са негативним улазним напоном! Постоји тенденција да студенти дођу до закључка када анализирају понашање кола са негативним улазним напоном:

Грешка изгледа разумно све док се не направи анализа струје . Ако су ови напони били тачни, Кирцххоффов садашњи закон би се прекршио на првом опамповом виртуелном основу:

Питање 10

Објасните како можете обрисати поларитет излаза овог прецизног исправљачког круга:

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Одговор на ово питање може изгледати превише очигледно да обоје питају. У стварности, то је само још један изговор за анализу комплетног струјног круга, у комплету са свим струјама и падовима напона!

Питање 11

Један проблем код покретања ПММЦ-а (трајног магнетног мјерача) покушава да их нађе на АЦ-у умјесто ДЦ-а. Пошто су ови покретачи мјерења осетљиви на поларитет, њихове игле само вибрирају напред и назад бескористан начин када се напајају наизменичном струјом:

Исти проблем има и друге мерне уређаје и кругове дизајниране за рад са ДЦ, укључујући и најсавременије аналогно-дигиталне конверзионе кругове који се користе у дигиталним бројилима. Некако, морамо бити у стању да исправимо измјерену количину измјеничног напона у ДЦ за ова мерна кола како би исправно функционисали.

Наизглед очигледно решење је коришћење рецтифера моста направљеног од четири диода за извршавање исправке:

Проблем овде је напонски пад напона исправљача. Ако меримо велике напоне, овај губитак напона може бити занемарљив. Међутим, ако меримо мале напоне АЦ, пад може бити неприхватљив.

Објасните како прецизна кола исправног круга израђена са опампом могу адекватно да реагују на ову ситуацију.

Открити одговор Сакриј одговор

Прецизно опампно коло може исправити напон наизменичне струје без губитка напона, што омогућава покретање ДЦ мерача (или аналогно-дигитални конверзиони претварач) да функционише како је пројектован.

Напомене:

Сврха овог питања је пружити практичан контекст за прецизне исправљачке кругове, гдје студенти могу предвидјети стварну апликацију.

Питање 12

Претпоставимо да се диода Д1 у овом кругу прецизних исправљача не отвори. Какав ефекат то има на излазном напону "// ввв.беаутицрев.цом.ау//суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/01174к01.пнг">

Напомена: ако вам помаже, нацртајте табелу слика која се односи на В са В-ом и базирајте свој одговор на табелираним резултатима.

Открити одговор Сакриј одговор

Уместо излазног напона који остане на тачно 0 волти за било који позитивни улазни напон, излаз ће бити једнак (позитивном) улазном напону, под претпоставком да остаје истоваран као што је приказано.

Питање изазов: која математичка функција ради ова кола, а диода Д1 није отворена?

Напомене:

Имајте на уму да дати неуспјех не чини бескорисном везу, већ своју функцију претвара у нешто другачије! Ово је важна лекција за ученике да разумеју: неуспјех компонената не доводи увијек до потпуног нефункционалног кола. Коло може наставити да функционише, само другачије. И, у неким случајевима као што је ова, нова функција може изгледати чак и намерно!

Питање 13

Одредите излазни напон овог кола за следеће услове напона напона:

В 1 = +2 волти
В 3 = -1, 5 волти
В 1 = +2, 2 волти

Напомена: ако сматрате да је ово коло сувише сложено да бисте анализирали све одједном, размислите о начину да га поједноставите тако да га можете анализирати у једном тренутку.

Открити одговор Сакриј одговор

Излазни напон ће бити +2, 2 волти, прецизно.

Следеће питање: која функција ово коло врши "скривене белешке"> Напомене:

Још један аспект овог питања за размишљање са ученицима је процес поједностављења, посебно за оне студенте који имају потешкоћа у анализи читавог кола. Које методе поједностављења су размишљали ваши ученици када су приступили овом проблему? Који закључци се могу извући о општем концепту поједностављења проблема (као технике за решавање проблема)?

Питање 14

Ово коло се назива " пеак фолловер-анд-холд", узимајући последњи највећи позитиван улазни напон и "држи" ту вредност на излазу док не дође до већег позитивног улазног напона:

Дајте кратко објашњење о томе како ово коло ради, као и сврху и функцију прекидача "ресет". Такође, објасните зашто ФЕТ улазни опамп је потребан за последњу фазу амплификације.

Открити одговор Сакриј одговор

Допустићу ти да схватиш како коло ради! С обзиром на потребу ФЕТ улаза, дозволите ми да кажем ово: ако би струја пристрасности последњег опампа била превелика, коло би "изгубио своју меморију" од последње позитивне вриједности пике током времена.

Следеће питање: како бисте предложили одабир вредности отпорника Р и кондензатора Ц "// ввв.аллабоутцирцуитс.цом/видео-лецтурес/јунцтион-фиелд-еффецт-трансисторс-јфет/"> ЈФЕТ за могућност електронског ресетовања.

Напомене:

Питајте своје ученике да ли могу размишљати о практичним апликацијама за ову врсту кола. Има их много!

Сматрам да је занимљиво да сам у два веома поштована текста о опамповом колу пронашао следећи пеак следбеника и држање кола дат као практичан примјер:

Ово коло садржи две грешке: прво је то што прекидач за ресет прелази у земљу, а не -В. То чини функцију ресетирања поставити подразумевани излаз на 0 волти, што онемогућава да коло накнадно прати и задржи било који улазни сигнал испод потенцијала земље. Друга грешка нема отпорник пре ресетног прекидача. Без отпорника на месту, затварање прекидача за ресет поставља тренутни кратки спој на излазу првог опампа. Одређено, присуство отпорника ствара пасивну фазу интегратора (РЦ временска константа) која мора бити одржана знатно брзо, како би се брзо промијене улазних података пратиле и држале, али то није тежак фактор за инжењер.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →