Регулисани извор енергије

DC-DC Boost converter tutorial (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Регулисани извор енергије

Дискретни полупроводнички уређаји и склопови


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 мерите и забележите све компоненте пре изградње кола, бирате вредности отпорника довољно високе да оштетите било коју активну компоненту мало вероватну.
  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.

Када ученици прво сазнају о полупроводничким уређајима и највероватније ће их оштетити неправилним везама у својим колима, препоручујем да експериментишу са великим компонентама високог ватирања (1Н4001 исправљајуће диоде, ТО-220 или ТО-3 транзисторе за случај снаге, итд.) и коришћењем извора напајања из сувих ћелија, а не помоћног напајања. Ово смањује вјероватноћу оштећења компоненте.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли грешке у мерењу узроковане "учитавањем" метра (на високом крају) и избјегавање сагоревања транзистора (на доњем крају). Препоручујем отпорнике 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

Испуните таблицу излазних напона за неколико датих вредности улазног напона у овом колектору појачавача. Претпоставимо да је транзистор стандардна силицијумска НПН јединица, са номиналним базним емитером напонски напон од 0, 7 волта:

В инВ оут
0.0 В
0.5 В
1.0 В
1.5 В
5.0 В
7.8 В

На основу вредности које израчунате, објасните зашто конфигурација кола са заједничким колектора се често назива емитером .

Открити одговор Сакриј одговор

Напон на терминалу транзисторског емитера приближно "прати" напон који се примјењује на базни терминал, дакле име.

В инВ оут
0.0 В0.0 В
0.5 В0.0 В
1.0 В0.3 В
1.5 В0.8 В
5.0 В4.3 В
7.8 В7.1 В

Напомене:

У почетку, транзисторско коло "емитером" може изгледати бесмислено, пошто излазни напон практично једнака улазном напону (посебно за улазне напоне знатно преко 0.7 волти ДЦ). "Оно што је могуће добро је коло као што је" ворксхеет панел панел-дефаулт "итемсцопе>

Питање 3

Испуните таблицу излазних напона, излазних струја и улазних струја за неколико датих вриједности улазног напона у овом колу појачавача колектора. Претпоставимо да је транзистор стандардна силицијумска НПН јединица, са номиналним базним емитером напонски напон од 0, 7 волта:

В инВ оутЈа самЈа напољу
0.0 В
0.4 В
1.2 В
3.4 В
7.1 В
10.8 В

Израчунајте напоне и струјне добитке овог кола из нумеричких вредности у табели:

А В = ΔВ излаз


ΔВ ин

=

А И = ΔИ оут


ΔИ ин

=

Открити одговор Сакриј одговор

В инВ оутЈа самЈа напољу
0.0 В0.0 В0.0 μА0, 0 мА
0.4 В0.0 В0.0 μА0, 0 мА
1.2 В0.5 В2.498 μА0.227 мА
3.4 В2.7 В13.49 μА1.227 мА
7.1 В6.4 В31.97 μА2.909 мА
10.8 В10.1 В50.45 μА4.591 мА

А В = ΔВ излаз


ΔВ ин

= 1

А И = ΔИ оут


ΔИ ин

= 91

Напомене:

Сврха овог питања, поред пружања праксе за анализу ДЦ колектора у колу, је показивање карактеристика струје амплификације заједничког колектора појачала. Ово је важна карактеристика, јер у овој врсти појачавачког кола не постоји амплификација напона.

Овај приступ за одређивање напона напона кола појачавача транзистора је онај који не захтева претходно познавање конфигурација појачавача. Да би добили потребне податке за израчунавање напона, све што треба знати су "први принципи" Охмовог закона, Кирцххоффови закони и основни принципи рада биполарног транзистора. Ово питање је заправо само мисични експеримент : истраживање непознатог облика кола применом познатих правила компоненти кола. Ако студенти сумњају у ефикасност "мисаоних експеримената", потребно је само размислити о успјеху Алберта Ајнштајна, чији су мисични експерименти као патентни уредник (без помоћи експерименталне опреме) омогућили да формулише основу својих теорија релативности.

Питање 4

Сврха тренутног круга огледала је одржавање константне струје кроз оптерећење упркос промјенама отпора тог оптерећења:

Да бисмо грубо моделирали понашање транзистора као аутоматски различитог реостата - константно прилагођавајући отпор како је неопходно да би се струја оптерећења константна - како бисте описали овај реостатски одговор на промјене отпорности на оптерећење // // ввв.беаутицрев.цом.ау/ /суб.аллабоутцирцуитс.цом/имагес/куиз/02656к02.пнг ">

Другим речима, како се повећава оптерећење Р, шта ради Р транзистор - повећава отпорност, смањује отпор или остане исти отпор какав је био раније? Како промјена вриједности Р транзистора утјечу на укупну отпорност склопа?

Открити одговор Сакриј одговор

Са повећањем оптерећења Р, Р транзистор ће смањити отпор тако да одржава константну струју кроз оптерећење и константну укупну вредност Р.

Напомене:

Овај модел тренутног понашања транзистора огледала, иако сурови, служи као добар увод у тему активних оптерећења у транзисторским кружним појачавачима. Овде је транзистор конфигурисан да ради као регулатор константне струје, а затим се серијски поставља са транзистором који повећава напетост, што даје много веће напоне него што је могуће са пасивним оптерећењем (отпоран отпорник).

Питање 5

На основу онога што знате о транзисторима биполарних спојева, шта ће струја колектора учинити (повећати, смањити или остати иста) ако се променљиви напонски извор повећава напоном? Мали, фиксни извор напона (0, 7 волта) је довољан да изврши транзистор, али не довољно да га потпуно сатурира.

Из перспективе извора променљивог напона, шта транзисторски круг "изгледа" као "# 5"> Открити одговор Сакри одговор

Струја колектора ће остати (отприлике) иста као и променљиви извор напона у магнитусу. На тај начин, транзисторски круг "изгледа" као тренутни извор .

Напомене:

Ово питање је заиста ништа друго до преглед карактеристичних крива транзистора. Можда бисте желели да од ваших ученика замолите да повежу понашање овог кола са заједничким карактеристичним кривинама приказаним у уџбеницима за транзисторе биполарних спојева. У ком делу карактеристичне криве ради овај транзистор док регулише струју?

Питање 6

На основу онога што знате о транзисторима биполарних спојева, шта ће тренутни колектор учинити (повећати, смањити или остати исти) ако је отпор променљиве отпорника смањен? Мали извор напона (0.7 волти) је довољан да изврши транзисторско понашање, али не довољно да га потпуно сатурира.

Из перспективе променљивог отпорника, шта остатак транзисторског кола "изгледа" као "# 6"> Открити одговор Сакри одговор

Струја колектора ће остати (отприлике) иста као што је измењен променљиви отпор. На тај начин, транзисторски круг "изгледа" као извор струје до променљивог отпорника.

Напомене:

Ово питање је заиста ништа друго до преглед карактеристичних крива транзистора. Можда бисте желели да од ваших ученика замолите да повежу понашање овог кола са заједничким карактеристичним кривинама приказаним у уџбеницима за транзисторе биполарних спојева. У ком делу карактеристичне криве ради овај транзистор док регулише струју?

Питање 7

Опишите шта се догађа с колекторском струјом транзистора јер се промјењује вриједност променљивог отпорника:

Напомена: корисно је запамтити да пад напона преко ПН споја није потпуно константан јер се струја кроз њега разликује. Постоји нелинеарна веза између пада напона на диоду (В Д ) и струје диода (И Д ) као што је описано у једначини диода :

И Д = И С(((кВ Д ) / НкТ)) - 1)

Открити одговор Сакриј одговор

Транзисторска колекторска струја се подиже и пада са струјом диода, како то диктира варијабилни отпорник. Идеално, ток транзистора колектора прецизно одговара струји диода.

Напомене:

Ово коло је заправо почетак тренутног огледала . Нашао сам да ово представља одличну полазну тачку за учење ученика на операцији линеарног транзистора, као и добро практично увођење постојећих регулационих кругова. Када студенти препознају да су биполарни транзистори у суштини регулатори струје контролисани напоном (иако врло нелинеарни!), Они су спремни да схвате своју примјену као сигнални појачавачи.

Питање 8

Приказано коло је једноставно тренутно огледало . Објасните шта се догађа када се отпор оптерећења мења:

Најновија огледала нису изграђена управо овако. Уместо диоде, користе транзистор (идентичан другом транзистору) са кратким спојем базе и колектора:

Идеално је да су два транзистора изграђена на истом материјалу супстрата, како би увек била на једнакој температури. Објасните зашто је овај дизајн пожељнији првом кругу (помоћу диоде) приказаног у овом питању.

Открити одговор Сакриј одговор

Како се отпор оптерећења мења, струја кроз њега остаје приближно исте. У првом струјном склопу огледала гдје транзистор прима свој контролни сигнал од диоде (умјесто другог транзистора), постоји тенденција да термистички транзистор "побегне", омогућавајући све више и више струје кроз оптерећење током времена.

Следеће питање: објасните како прилагодити циљану вриједност регулиране струје у било ком од ових кругова.

Напомене:

Садашњи огледали збуњују почетнике, првенствено због тога што се не могу схватити слиједећи поједностављени модел силиконске ПН спојнице који опада 0, 7 волта. Напротив, њихов рад је нераскидиво повезан са Схоцклеиовом диодном једнаџбом. Ово питање је стога не само добар преглед те једначине, већ и илуструје како се "модели" које користимо за објашњење ствари понекад показују да су неадекватни.

Питање 9

Два термина која се уобичајено користе у електроници су извор и потоп, у односу на правац електричне струје између активног кола и оптерећења:

Практичан примјер гдје је ова разлика важна јесте у одређеним интегрираним колима (ИЦ "чипови") гдје излазни пинови могу бити у могућности да само потапају струју, само извор струје или оба потопа и извор струје .. Погледајте ове двије примјере, сваки где интегрисано коло "чип" контролише снагу ЛЕД-а. У једном случају, ИЦ је ожичен за извор струје за ЛЕД, ау другом случају је жичано да потоне струју са ЛЕД-а:

Ако је ИЦ једино у могућности да уради једну или другу (изворна или потапајућа струја, али не и оба), велика разлика је у томе како повезујете уређаје за учитавање на њега! Оно што чини разлику између круга које је у стању да створи струју у односу на коло које може да потоне струје је унутрашња конфигурација његових транзистора.

Слично томе, струјно кружно огледало може бити изграђено са било којом изворном струјом или струјом струје, али не и са оба. Направите струјна кружна огледала унутар тачкастих кутија погодних за изворе и потапање струје до отпорника оптерећења:

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Ово питање оспорава способност ученика да "манипулишу" основним струјним огледалом у двије различите конфигурације. У зависности од тога колико су ваши ученици разумели основни концепт, можда бисте желели да проведете додатно време за дискусију у поређењу са два круга, пратећи струју кроз сваки и дискутујући о њиховој операцији уопште.

Иако се може чинити тривијалним за искусног инструктора или стручњака за електронику, варијације дизајна кола које се састоје искључиво од обрнутих компоненти често су прилично збуњујуће ученицима, посебно онима слабијим у вјештинама просторних односа. Подстичем вас да редовно радите са тим ученицима како бисте изградили ову важну вештину визуелизације.

Питање 10

Израчунати приближну количину струје, ово кружно огледало огледала ће покушати да одржи кроз оптерећење Р, узимајући у обзир транзисторе силиција (0.7-волтни напредни спој базних емитера):

Открити одговор Сакриј одговор

Ја учитам ≈ 6.5 мА

Питање о следећем питању: шта би се морало промијенити у овом кругу како би се повећао количина струје кроз отпорник оптерећења без промјене напона напајања "белешке скривене"> Напомене:

Питајте своје ученике да објасне како су добили корак по корак одговор на ово питање.

Питање 11

Израчунати приближну количину струје, ово кружно огледало огледала ће покушати да одржи кроз оптерећење Р, узимајући у обзир транзисторе силиција (0.7-волтни напредни спој базних емитера):

Такође, израчунајте приближну дисипацију снаге транзистора К 2 .

Открити одговор Сакриј одговор

Ја учитам ≈ 4, 57 мА П К2 ≈ 40, 77 мВ

Напомене:

Питајте своје ученике да објасне како су добили корак по корак одговор на ово питање.

Питање 12

Израчунати приближну количину струје, ово кружно огледало огледала ће покушати да одржи кроз оптерећење Р, узимајући у обзир транзисторе силиција (0.7-волтни напредни спој базних емитера):

Такође, израчунајте приближну дисипацију снаге оба транзистора.

Открити одговор Сакриј одговор

Ја учитам ≈ 8, 63 мА П К1 ≈ 6, 041 мВ П К2 ≈ 95, 41 мВ

Питање о следећем питању: како две фигуре дисипације говоре о релативној моћи два транзистора који рукују истим струјама "скривене белешке"> Напомене:

Питајте своје ученике да објасне како су добили корак по корак одговор на ово питање.

Следеће питање је важно из неколико разлога. Прво, студенти морају бити свесни да је дисипација енергије транзистора одређена више него само струја колектора. Друго, различита дисипација ових два транзистора довела би до непрецизности у регулираној струји у кружишту тренутног огледала ако се не предузму мере за изједначавање њихових температура.

Питање 13

Изаберите напон напајања и вредност отпора за Р 1 који ће задржати отприлике 15 мА струје кроз 1 кΩ отпорник оптерећења. Претпоставимо употребу силицијумског транзистора:

Да бисте осигурали доста регулационог опсега (способност одржавања регулисане струје у широком спектру оптерећења отпорности на оптерећење), дизајнирајте свој круг тако да најмање 20 В В ЦЕ пада преко транзистора К 2 . Такође, израчунајте приближну дисипацију снаге транзистора К 2 .

Открити одговор Сакриј одговор

Имајте на уму да је ово само један могући скуп вриједности које испуњавају критерије дате за ово коло. Ваши одговори могу бити различити!

Р 1 = 2.287 кΩ В напон = 35 волта П К2 ≈ 300 мВ

Напомене:

Будући да постоји више од једног текућег одговора за овај проблем дизајна, обавезно затражите од студената да представе различита решења, тражећи од њих да објасне како су добили одговоре на ово питање.

Питање 14

Опишите сврху транзистора у овом АЦ-ДЦ струјном склопу:

Открити одговор Сакриј одговор

Транзистор служи да "појачава" способност струје регулатора напона струје / зенера, да обезбеди далеко већу струју до оптерећења него што је то могуће само уз отпорник / зенер.

Напомене:

Замолите ученике да идентификују конфигурацију овог транзисторског појачала (цоммон-басе, цоммон-емиттер или цоммон цоллецтор "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 15

Инсталирајте потенциометар у овом кругу тако да регулирани излазни напон овог напајања постане подесив:

Изазов: оставите симбол потенциометра на свом месту и направите потребне жичне везе између њега и остатка кола!

Открити одговор Сакриј одговор

Изазовано питање: за било коју дату количину струје оптерећења, која поставка напона ће довести до расипања већине топлотне енергије, ниске, средње или високе "напомене скривене"> Напомене:

Неки ученици могу одабрати потенциометар на излазу напајања (повезивање са терминалом емитера транзистора). Иако ће ово радити, технички, то није добро рјешење јер ће струја оптерећења бити строго ограничена отпорима потенциометра. Разговарајте са својим ученицима зашто је коло чијег одговора практичније.

Одговор на изазовно питање је неинтуитиван, али има смисла када одредите које варијабле утјечу на дисипацију струје транзистора (струја емитера и В ЦЕ ).

Питање 16

Израчунајте приближни излазни напон овог регулираног кола за напајање и количину струје кроз зенер диоде под условима без оптерећења:

Открити одговор Сакриј одговор

В оут ≈ -8, 6 ВИ зенер ≈ 6, 71 мА

Напомене:

Израчунавање излазног напона је много једноставнији задатак него израчунавање струје зенер диоде! Да ли ваши ученици објасне своје технике решавања проблема за ово коло.

Питање 17

Израчунајте приближни излазни напон овог регулисаног кола за напајање, количину струје кроз зенер диоде и (нерегулисаног) напона преко кондензатора 1000 μФ, све под условима без оптерећења:

Открити одговор Сакриј одговор

В излаз ≈ 6.2 ВИ зенер ≈ 25.6 мА В кондензатор = 32.5 В

Напомене:

Израчунавање излазног напона је много једноставнији задатак него израчунавање струје зенер диоде! Да ли ваши ученици објасне своје технике решавања проблема за ово коло.

Питање 18

Предвидите како ће утицати на све компоненте компоненти и струје у овом кругу као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Ресистор Р 1 не отвори:
Транзистор К 1 се не отвори, колектор емитером:
Транзистор К 1 не успева да скрати, колектор емитеру:
Транзистор К 2 се не отвори, колектор емитером:
Транзистор К 2 не завршава, колектор емитером:
Оптерећење није успело:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Отпорник Р 1 не отвара: Нема струје кроз К 1, нема струје кроз К 2, нема струје кроз оптерећење, напон се није испао преко К 1, пуни напон падао преко колектора-емитера К 2 .
Транзистор К1 се не отвара, колектор емитером: Приближно истом струјом кроз Р1, повећана струја кроз К2 базу, повећана струја кроз К2 колектор (струја оптерећења), а мање напона је пао између колектора-емитера К2.
Транзистор К 1 није успио смањити, колектор емитером: Повећан струја кроз Р 1, готово нула струја кроз све прикључке К 2 и оптерећење, пуни напон падао преко колектора-емитера К 2 .
Транзистор К 2 се не отвори, колектор емитером: Нема промене струје за Р 1 или К 1, нулта струја пуњења, пуни напон пада преко колектора-емитер К 2 .
Транзистор К 2 не успева да склони, колектор емитеру: струја кроз Р 1 ће се највероватније повећати, нулти напон ће се смањити преко колектора-емитера К 2, повећати струју кроз К 2 и оптерећење.
Оптерећење није успело: нема промене у било којој струји (у стварности, струја оптерећења ће се мало повећати), повећан пад напона кроз колекторски емитер К 2, могуће прегријавање К 2 .

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 19

Предвидите како ће утицати на излазни напон овог круга напајања као резултат следећих грешака. Такође, обратите пажњу на то да ли ће се неке друге компоненте у овом кругу напунити као резултат сваке грешке. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Примарни намотај трансформатора Т 1 није успио:
Секундарни намотај трансформатора Т 1 није отворен:
Исправна диода Д 3 не отвара:
Зенер диода Д 5 није отворена:
Зенер диода Д 5 није успела:
Ресистор Р 1 не отвори:
Капацитет Ц 2 није успио:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Примарни намотај трансформатора Т 1 не завршава: Осигурач одмах удари, а онда излазни напон пада на нулу (након отпуштања филтер кондензатора).
Секундарни намотај трансформатора Т 1 није отворен: излазни напон пада на нулу (након отпуштања филтера кондензатора Ц 1 и Ц 2 ).
Исправна диода Д3 не отвара: нема промене у излазном напону (осим када је јако учитан, гдје ће се повећати напон валовања).
Зенер диода Д 5 није отворена: излазни напон се повећава на приближно исти ниво као и нерегулисан напон (преко кондензатора Ц 1 ).
Зенер диода Д 5 није успела: Излазни напон пада на нулу (чим Ц 2 може испразнити), отпорник Р 1 може прегријати.
Отпорник Р 1 не отвори: Излазни напон пада на нулу (што је брзо Ц 2 може испразнити).
Кондензатор Ц 2 није успио: Излазни напон падне на веома ниску вриједност, транзистор К 1 ће највероватније бити прегрејан.

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 20

Претпоставимо да је ово регулисано коло за напајање функционисало фино, али сада је престало да излази на било који ДЦ напон:

Иницијална дијагностичка мерења показују да постоји потпун ДЦ (нерегулисан) напон преко кондензатора Ц 1 и нема напона између ДЦ транзистора и тла. Из ових података, где бисте се претпоставили да је проблем "# 20"> Открит одговор Сакриј одговор

Највероватније је Р 1 отказао или зенер диода Д 5 није успела да скрати, тако да транзистору није речено да напаја било који напон на терминалу емитера.

Напомене:

Питајте ученике зашто су дијагностичка мерења описана у питању добра поента да се провери (у редоследу који су узети).

Питање 21

Многи различити типови сензора раде на принципу варијабилног отпора који представља другачију физичку количину. Један такав сензор је заједнички сензор за гориво који се користи у аутомобилским, поморским и индустријским складиштима горива:

Како се ниво горива у резервоару мења, положај пловца се мења, мењајући отпор сензора. Ова промена отпорности се детектује помоћу електричног мерача (посебног типа мерача), који затим пружа визуелну индикацију нивоа горива у резервоару.

Морамо имати прецизан начин мерења електричног отпора како би ова шема могла да ради. Једна уобичајена техника за то је да прође константну струју кроз отпор сензора, а затим мерити напон који је прекривен. Пошто струјни кругови функционишу као актуелни регулатори, и стога се могу користити као актуелни извори, ако се испоручују са спољашњим напоном, могли бисмо да користимо актуелно огледало да би се стално успротивио сензором нивоа горива:

Један проблем са приказаним колом је да ће се сензорска струја мијењати када се напон напајања (+ В) промијени. То може бити важно за нас, јер напон система ДЦ на аутомобилу можда неће бити врло стабилан, а то може довести до непрецизности у мерењу нивоа горива.

Откријмо начин на који би могли да користимо зенер диоде да стабилизирамо напон у овом струјном кругу огледала тако да промене напона у напајању имају минималан утицај на количину струје кроз сензор променљиве отпорности.

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Студенти могу покушати да имплементирају систем регулације напона за читав круг, сензор и све, али то није потребно. Користећи зенер диоде да регулишу напон за десни део тренутног круга огледала тако да десни транзистор (који делује као диода) прима константну струју је све што је потребно. Леви транзистор би требало верно да регулише струју кроз сензор упркос промјенама отпорности сензора и промјенама напона напајања.

Питање 22

Веома корисна карактеристика регулисаног извора напона је електронска гранична струја : круг који ограничава количину струјног извора на оптерећење, како би се избјегло непотребно пухање осигурача. Комбинација транзистора К2 и отпорника Р2 пружа само ову карактеристику за следећи круг регулатора напона:

Опишите како транзистор К2 ограничава струју која се своди на директан кратки спој преко терминала оптерећења.

Открити одговор Сакриј одговор

Транзистор К2 се укључује у случају да прекомерна струја пролази кроз оптерећење, ефикасно повезује катоду зенер диоде на излазни терминал + В, што смањује напон регулационе вредности док се струја оптерећења не смањи на прихватљив ниво.

Следеће питање: које компоненте компоненте морамо промијенити да би се подесила тренутна граница у овом кругу напајања "белешке скривене"> Напомене:

Замолите ученике да идентификују шта је то што укључује транзистор К2.

Ако ученици имају потешкоћа да разумеју ограничавајућу функцију транзистора К2, само им кажите да замените К2 директним кратким (између колектора и емитерских терминала К2) и поново анализирајте круг. Требали би да виде да транзистор К1 не може да се укључи у овом стању.

Врло корисна стратегија у анализи онога што се дешава у електронском колу као променљиве променљиве је замислити оне варијабле које претпостављају екстремне стања. У овом случају, да бисте видели тренд који се јавља када К2 почне да се понаша, замислите да К2 функционише савршено (кратко између колектора и емитера). Насупрот томе, ако желимо да видимо шта би склоп могао да уради под условима где је К2 у резиму режима, само замените К2 са отвореним кругом. Иако није увек поуздан, ова техника често помаже у превазилажењу менталних препрека у анализи, а вештина је да често охрабрујете у својим сесијама дискусије.

Питање 23

Претпоставимо да сте имали досадан посао ручног одржавања излазног напона константног ДЦ генератора. Ваша једина контрола над напоном је подешавање реостата:

Шта бисте требали учинити да бисте одржали напон оптерећења константан ако се отпор оптерећења промени тако да се извлачи више струје "# 23"> Открити одговор Сакри одговор

Да бисте повећали напон оптерећења, морате смањити отпор реостат. Да би ова шема функционисала, напон генератора мора бити већи од напона циљног оптерећења.

Напомена: ова опћа шема регулације напона је позната као серијска регулација, где се серијски отпор разликује за контролу напона на оптерећење.

Напомене:

Правац подешавања реостата би требао бити очигледан, као и чињеница да напон генератора мора бити барем исти као и намјераван (циљни) напон оптерећења. Међутим, можда није очигледно да напон генератора не може бити једнак предвидјеном напону напајања.

Да бисте илустровали нужност овога, питајте ученика како ће систем радити ако је излазни напон генератора био управо једнак предвидјеном напону напајања. Нагласите чињеницу да генератор није савршен: он има свој унутрашњи отпор, чија вриједност не може бити промењена. На коју позицију би реостат требао бити под овим условима, како би се одржао циљани напон на оптерећењу? Да ли се циљни напон уопште може одржати?

Питање 24

Претпоставимо да сте имали досадан посао ручног одржавања излазног напона константног ДЦ генератора. Ваша једина контрола над напоном је подешавање реостата:

Шта бисте требали учинити да бисте одржали напон оптерећења константни ако је отпор оптерећења промијењен како бисте извлачили више струје "# 24"> Ревеал ансвер Хиде ансвер

Да бисте повећали напон оптерећења, морате повећати отпор реостат. Да би ова шема функционисала, напон генератора мора бити већи од напона циљног оптерећења.

Напомена: ова опћа шема регулације напона је позната као регулација шанта, при чему се паралелна (шантна) отпорност мења на напон на оптерећење.

Питање о следећем питању: под претпоставком да напон оптерећења задржава константну вредност од стране упечатљивог реостат оператора упркос флуктуацији струје оптерећења, како бисте карактерисали струју кроз намотај генератора? Да ли се повећава са струјом оптерећења, смањује се са струјом оптерећења или остаје иста? Зашто?

Напомене:

Правац подешавања реостата би требао бити очигледан, као и чињеница да напон генератора мора бити барем исти као и намјераван (циљни) напон оптерећења. Међутим, можда није очигледно да напон генератора не може бити једнак предвидјеном напону напајања.

Да бисте илустровали нужност овога, питајте ученика како ће систем радити ако је излазни напон генератора био управо једнак предвидјеном напону напајања. Нагласите чињеницу да генератор није савршен: он има свој унутрашњи отпор, чија вриједност не може бити промењена. На коју позицију би реостат требао бити под овим условима, како би се одржао циљани напон на оптерећењу? Да ли се циљни напон уопште може одржати?

Корисна аналогија за студенте је аутомобил аутомобила са аутоматским мењачем, при чему се његова брзина контролише педалом кочнице док се педала гаса одржава у сталном положају. То није најефикаснији начин контроле брзине, али ће радити унутар одређених граница!

Питање 25

Опишите како је зенер диода способна да одржава регулисан (скоро константан) напон преко оптерећења, упркос промјенама у струји оптерећења:

Открити одговор Сакриј одговор

Зенер ствара више или мање струје по потреби од генератора (кроз отпорник серије) како би одржао напон на скоро константној вриједности.

Следеће питање: # ако се генератор деси да изађе неки напонски напон (као што то раде сви електромеханички ДЦ генератори), да ли ће се од тог оптерећења појавити на оптерећењу, након проласка кроз коло регулатора напона зенер диода "белешке скривене"> Напомене:

Питајте своје ученике да опишу како енергетски ефикасни они мисле да је ово коло. Да ли сумњају да ће бити погоднији за примене с ниском струјом или апликације великих струја?

Питање 26

Израчунајте снагу која се испразни са зенер диоде од 5 волти за следеће вредности струје мотора (претпоставимо да напон батерије остане константан на 12 волти):

И мотор = 20 мА; П зенер =
И мотор = 50 мА; П зенер =
И мотор = 90 мА; П зенер =
И мотор = 120 мА; П зенер =
И мотор = 150 мА; П зенер =
Открити одговор Сакриј одговор

И мотор = 20 мА; Пенер = 600 мВ
И мотор = 50 мА; Пенер = 450 мВ
И мотор = 90 мА; Пенер = 250 мВ
И мотор = 120 мА; П зенер = 100 мВ
И мотор = 150 мА; П зенер = 0 мВ

Питање за праћење: напон напајања одржава се на 5 волти константно током овог опсега струје оптерећења (од 20 мА до 150 мА) "напомене скривене"> Напомене:

Следеће питање је прилично важно, пошто ученици треба да реализују ограничења регулатора напона на зенеру. Што је најважније, да ли су у стању да израчунају тачну струју лимите регулатора напона на зенеру - тачку на којој прекида регулисање?

Треба напоменути да се израчунати одговори овде неће прецизно поклапати са стварним зенер диодним колима, због чињенице да се зенер диоде наговештавају да постепено утикају у струји пошто примјењени напон приближава оцјену напона зенера, а не текуће нагло пада на нулу како би једноставнији модел могао предвидјети.

Питање 27

Да ли је могуће смањити ово коло регулатора напона зенер диоде на еквивалентну колону Тхевенина? Објасни зашто и зашто не.

Открити одговор Сакриј одговор

Технички, овај склоп се не може смањити на еквивалент Тхевенина или Нортона, јер је зенер диода нелинеарна компонента. Међутим, могуће је направити два различита кола Тхевенина: један представља коло када регулише напон на В зенеру, а други представља коло када је отпор оптерећења испод критичне вриједности и напон се више не регулише:

Напомене:

Неки ученици могу да протестују на првом еквивалентном колу Тхевенина (са отпорношћу од 0 ома), јер би то био савршен извор напона. У стварности би се постојало врло мали број отпорности због малих напонских "сагова" код промене оптерећења унутар регулационог опсега, али то је тешко израчунати.

Питање 28

Предвидите како ће утицати на све компоненте компоненти и струје у овом кругу као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Зенер диода није успјела:
Зенер диода није отворена:
Отпорник серије није отворен:
Отпорник серије није успио:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Зенер диода не успева: мало напона преко оптерећења, повећан напон преко серије Р, повећана струја кроз извор и серију Р.
Зенер диода не отвара: повећан напон преко оптерећења, смањен напон преко Р серије, смањена струја кроз извор и Р серију .
Отпорник серије не отвара: Нема напона преко Д 1 или оптерећења, без струје преко Д 1 или оптерећења, без струје кроз извор.
Серијски отпорник није успио: Потпуни извор напона преко оптерећења и Д 1, значајно повећава струју кроз Д 1, повећава струју кроз извор, Д 1 ће највероватније прегријати и пропасти.

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.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →