Basic AC-DC strømforsyninger

Strøm og strømforsyninger - Søren Reiff (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Basic AC-DC strømforsyninger

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at matematisk analysere kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Mål og registrer omhyggeligt alle komponentværdier forud for kredsløbskonstruktionen, og vælg modstandsværdier, der er høje nok til at skade eventuelle aktive komponenter usandsynligt.
  2. Tegn skematisk diagram for kredsløbet, der skal analyseres.
  3. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  4. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  5. Matematisk analysere kredsløbet, løse for alle spændings- og strømværdier.
  6. Mål forsigtigt alle spændinger og strømme for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  7. Hvis der er væsentlige fejl (mere end et par procent), skal du kontrollere dit kredsløbs konstruktion grundigt på diagrammet, og genkalder derefter værdierne og genmåles omhyggeligt.

Når elever først lærer om halvlederindretninger, og som mest sandsynligt vil beskadige dem ved at foretage ukorrekte forbindelser i deres kredsløb, anbefaler jeg, at de eksperimenterer med store komponenter med høj wattage (1N4001 rectifying dioder, TO-220 eller TO-3-tilfælde strømtransistorer, osv.), og ved brug af tørcelle batterikilder snarere end en strømforsyning. Dette mindsker sandsynligheden for komponentskader.

Som sædvanlig, undgå meget høje og meget lave modstand værdier for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading" (i den høje ende) og for at undgå transistor udbrænding (i den lave ende). Jeg anbefaler modstande mellem 1 kΩ og 100 kΩ.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at matematisk forudsige forskellige spændings- og aktuelle værdier. På den måde kommer den matematiske teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse ligninger.

En anden grund til at følge denne fremgangsmåde er at lære eleverne videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde matematiske forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

En tekniker bygger et simpelt halvbølge ensretter kredsløb til et projekt, men er overrasket over at finde ud af, at diode holder fejl:

Dette kommer som en overraskelse, fordi dioden har en gentagen spidsbackspænding på 50 volt, som teknikken ved, er større end spidsudgangssignalet fra trin-down-transformeren. Teknikeren har imidlertid overset noget meget vigtigt i dette kredsløbsdesign. Forklar, hvad problemet er, og hvordan man løser det.

Reveal svar Skjul svar

Diodens peak-omvendt spænding ("PIV") er utilstrækkelig. Det skal være omkring 85 volt eller større for at modstå kravene i dette kredsløb.

Opfølgningsspørgsmål: Angiv et delnummer til en diode, der er i stand til at modstå den omvendte spænding, der genereres af dette kredsløb, og i stand til at håndtere mindst 1 amp kontinuerlig strøm.

Bemærkninger:

Hvis eleverne oplever vanskeligheder med at beregne den nødvendige PIV-rating for denne kredsløbsdiode, beder de om at analysere topproduktionen fra transformatorens sekundære vikling for hver halve cyklus af vekselstrømformen, idet der tages hensyn til spændingsfaldene over alle kredsløbskomponenter. Når først en fuld spændingsanalyse er udført for alle kredsløbskomponenter, skal den nødvendige diode rating blive tydelig.

Selv om det måske ikke er indlysende ved førstebehandlingen, kan dette spørgsmål faktisk fungere som en indledning til diskussion af spændingsmultiplikator kredsløb. Det faktum, at dioden oplever en omvendt spænding, der er dobbelt så høj som AC spændingen, er noget, vi kan udnytte!

En anden pålidelighedsfaktor, som de fleste elever ikke genkender i dette kredsløb, er den "inrush" -strøm, der opleves af dioden, hver gang kredsløbet er tændt og kondensatoren genoplades. Dioden blev bestemt ikke korrekt bedømt for den omvendte spænding, den blev udsat for, men det er måske ikke den eneste form for misbrug! Hvis tiden tillader det, skal du også diskutere denne mulighed.

Spørgsmål 3

Dioder og kondensatorer kan sammenkobles til dannelse af en type kredsløb, som øger spændingen i forbindelse med udbedring. Denne type kredsløb er generelt kendt som en spændingsmultiplikator . Vist her er et par forskellige spændings multiplikator kredsløb:

Bestem graden af ​​spændingsmultiplikation (dobbelt, tredobbelt osv.), Der leveres af hvert kredsløb.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Spørg dine elever om, hvordan de analyserede hver af disse spændingsmultiplikator kredsløb, og forklare deres teknik (er) til resten af ​​klassen under diskussion.

Spørgsmål 4

Antag en tekniker at måle spændingsudgangen ved hjælp af et vekselstrømsadapter:

Den bølgeform, der vises ved oscilloskopet, er for det meste DC, med blot en lille smule AC "ripple" -spænding, der fremstår som et rippelmønster på, hvad ellers ville være en lige vandret linje. Dette er helt normalt for udgangen af ​​en AC-DC strømforsyning.

Antag, at vi ønskede at se nærmere på denne "ripple" -spænding. Vi ønsker at gøre krusningerne mere udtalt på skærmen, så vi bedre kan skelne deres form. Desværre, når vi reducerer antallet af volt pr. Division på den "lodrette" kontrol knap for at forstørre oscilloskopets vertikale forstærkning, forsvinder mønsteret fuldstændigt fra skærmen!

Forklar, hvad problemet er, og hvordan vi kan rette det, for at kunne forstørre ripplespændingsbølgeformen uden at forsvinde fra oscilloskopskærmen.

Reveal svar Skjul svar

Problemet er, at den lodrette akseindgang er DC-koblet.

Opfølgningsspørgsmål: Foregive frekvensen af krusningsspændingen i dette strømforsyningskredsløb.

Bemærkninger:

Som det jeg ser efter i et svar her er en forklaring på, hvad der sker. Hvis en studerende blot fortæller dig, "Den lodrette indgang er DC-koblet", tryk på dem for mere detaljer. Hvad betyder det for input at være "DC-koblet", og hvorfor forårsager linien at forsvinde fra skærmen, når vi øger den vertikale følsomhed "panelpanelets panelpanel"

Spørgsmål 5

AC-DC strømforsyningskredsløb er en af ​​de mest almindelige kredsløbskonfigurationer i elektroniske systemer. Selv om design kan variere, er opgaven med at konvertere vekselstrøm til DC-strøm afgørende for, at mange elektroniske enheder fungerer.

Hvorfor er det? Hvad handler det om denne slags kredsløb, der gør det til en nødvendig del af mange elektroniske systemer?

Reveal svar Skjul svar

De fleste elforsyningssystemer er AC, men de fleste elektroniske kredsløb fungerer med DC-effekt.

Bemærkninger:

En faktor, der ikke er nævnt i svaret, er kredsløbets driftsspænding. Hvordan sammenligner driftsspændingerne til et typisk vekselstrømssystem og et typisk elektronisk kredsløb (radio, vækkeur, computer)? Spørg dine elever om, hvad en strømforsyning har med hensyn til spænding.

Spørg dine elever om ordet "supply" er virkelig passende for denne type kredsløb. Leverer det virkelig energi, eller konverterer det kun energi fra en form til en anden?

Spørgsmål 6

Selvom det ikke er et populært design, er nogle strømforsyningskredsløb transformerløse. Direkte rettelse af AC-strøm er en levedygtig mulighed i nogle applikationer:

Denne form for vekselstrømskonvertering har imidlertid nogle betydelige grænser. Forklar, hvorfor de fleste strømforsyningskredsløb udnytter en transformer i stedet for direkte at rette linjekraften som dette kredsløb gør.

Reveal svar Skjul svar

Transformatorer giver transformation af spænding / strømforhold og også elektrisk isolering mellem AC-kredsløbskredsløbet og DC-kredsløbet. Isolationsspørgsmålet er et sikkerhedsproblem, da ingen af ​​udgangsledningerne i et ikke-isoleret (direkte) ensrettere kredsløb har samme potentiale som en af ​​ledningene.

Opfølgningsspørgsmål: Forklar detaljeret, hvordan spørgsmålet om ikke-isolering kunne skabe en sikkerhedsrisiko, hvis denne ensretterkreds blev aktiveret af en jordforbundet AC-kredsløbskreds.

Bemærkninger:

Mange gamle fjernsyn anvendte sådanne transformerløse ensretter kredsløb for at spare penge, men det betød, at metal kredsløb chassis inde i plastik dækslet blev aktiveret i stedet for at være på jorden potentiale! Meget farligt for teknikere at arbejde på.

Spørgsmål 7

En væsentlig del af et AC-DC strømforsyningskredsløb er filteret, der bruges til at adskille den resterende AC (kaldet "ripple" spændingen) fra DC spændingen før udgangen. Her er to enkle AC-DC strømforsyningskredse, en uden filter og et med:

Tegn de respektive udgangsspændingsbølgeformer for disse to strømforsyningskredsløb (V filtreret versus V filtreret ). Identificer også den type filterkreds, der er nødvendig for opgaven (lavpas, højpas, båndpas eller båndstop), og forklar hvorfor, hvilken type filterkrets der er behov for.

Reveal svar Skjul svar

Et lavpasfilter er den type, der er nødvendigt for at filtrere "ripplespænding" fra strømforsyningen.

Bemærkninger:

For mange år siden, da jeg først lærte om strømforsyninger, forsøgte jeg at drive en bilradio med spænding fra en batterioplader. Batteriopladeren var en simpel strømforsyning, der var egnet til opladning af 12 volts bilbatterier, jeg begrundede, så hvilken skade ville der være ved at bruge den til at drive en bilradio "panelpanelets standardpanel"

Spørgsmål 8

Overhold følgende to bølgeformer, som vist på en oscilloskop display målesignalspænding for en filtreret strømforsyning:

Hvis begge disse bølgeformer blev målt på det samme strømforsyningskredsløb ved forskellige tidspunkter, bestemme hvilken bølgeform der blev målt i løbet af en periode med tungere "belastning" (en "tungere" belastning defineres som en belastningstegning større strøm).

Reveal svar Skjul svar

Den venstre bølgeform blev målt i en periode med tungere belastning.

Bemærkninger:

Spørg dine elever hvad udtrykket "loading" betyder i denne sammenhæng. Nogle af dem må muligvis ikke forstå udtrykket præcist, og det er derfor godt at gennemgå bare for at være sikker.

Endnu vigtigere, diskuter med dine elever, hvorfor krusningen er mere alvorlig under forhold med tung belastning. Hvad der netop sker i kredsløbet for at producere denne slags bølgeform "panelpanel-panelets standardpanel"

Spørgsmål 9

Hvad betyder det, hvis en strømforsyning har en DC-udgang med 5% rippel?

Reveal svar Skjul svar

Dette betyder, at peak-to-peak-ripplespændingen er lig med 5% af DC (gennemsnit) spændingen.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at se op på formlen til beregning af rippelspændingsprocenten. Bemærk, hvordan jeg ikke blot bad dem om at genoplive en formel; Jeg præsenterede snarere en realistisk figur, som de kunne fortolke. Når det er muligt, prøv at formatere dine spørgsmål i en sådan praktisk sammenhæng!

Spørgsmål 10

Hvilke parametre bestemmer frekvensen af strømforsyningens kredsløbsspænding?

Reveal svar Skjul svar

For lineære strømforsyninger (de designs, der har en transformator-ensretter-filter topologi), er parametrene, der bestemmer ripplefrekvensen, linefrekvens og retifikationspulser.

Bemærkninger:

Bemærk, at jeg ikke blot sagde, at krusningsfrekvensen er lig med liniefrekvensen for halvbølgejustering og fordoble liniefrekvensen for fuldbølge. Et sådant svar er vildledende, da det fuldstændig overser polyphase AC rectification!

Spørgsmål 11

Antag, at en strømforsyning er aktiveret af en AC-kilde på 119 V RMS. Transformatorens trin-down-forhold er 8: 1, det bruger en fuldbølge-bridge-ensretterkreds med siliciumdioder, og filteret er intet andet end en enkelt elektrolytkondensator. Beregn den ubelastede DC udgangsspænding for denne forsyning (antage 0, 7 volt dråbe over hver diode). Skriv også en ligningsløsning for DC udgangsspænding (V ud ), givet alle disse parametre.

Reveal svar Skjul svar

V ud = 19, 6 volt

V ud =
V in


r


0, 707

- 2 V f

Hvor,

V ud = DC udgangsspænding, i volt

V in = AC indgangsspænding, i volt RMS

r = transformator-trin-ned-forholdet

V f = Forspændingsfald for hver diode, i volt

Opfølgningsspørgsmål: Algebraisk manipulere denne ligning for at løse V i .

Bemærkninger:

Det er vigtigt for eleverne at forstå, hvor denne ligning kommer fra. Bed dine elever om at forklare trin for trin processen med at beregne udgangsspændingen for et simpelt strømforsyningskredsløb. Det er nyttigt i denne proces at beregne spændingen ved hver "fase" af strømforsyningen (transformer primær, transformator sekundær osv.), Som om vi byggede kredsløb en komponent ad gangen.

I øvrigt sparer metoden til at opbygge et projekt (såsom strømforsyning) i en trinvis metode snarere end alt på én gang, sparer meget tid og kræfter, når tingene går galt. Den samme "trin-for-trin" -strategi fungerer godt for matematisk analyse og andre problemløsende opgaver: Prøv at analysere kredsløbet en "blok" ad gangen i stedet for det hele på én gang.

Spørgsmål 12

Hvad betyder det, hvis en strømforsyning udviser 2% spændingsregulering?

Reveal svar Skjul svar

Dette betyder, at forskellen mellem udladningsspænding og fuldspændingsudgangsspænding er 2% af fuldbelastningsspændingen.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at se op på formlen til beregning af spændingsreguleringsprocenten. Bemærk, hvordan jeg ikke blot bad dem om at genoplive en formel; Jeg præsenterede snarere en realistisk figur, som de kunne fortolke. Når det er muligt, prøv at formatere dine spørgsmål i en sådan praktisk sammenhæng!

Spørgsmål 13

Hvad er konsekvensen af, at en diode ikke åbner i broens ensretterstrømforsyning?

Reveal svar Skjul svar

Den (ufiltrerede) udgangsspænding vil være halvbølge, ikke fuldbølge.

Bemærkninger:

Et spørgsmål som dette diskuteres bedst, mens man ser skematisk diagram for en broensretter. Jeg anbefaler at projicere et billede af et brolignende kredsløb på en whiteboard, så eleverne bruger tørre markører til at "markere" skematisk med pile for aktuelle indikatorer for spændingsfald osv. På denne måde kan fejlene rettes eller alternativt cykler slettes og genudtages uden at skulle slette og tegne det skematiske diagram selv.

Spørgsmål 14

Antag at du har mistanke om en fejlfri åben diode i dette strømforsyningskredsløb. Beskriv hvordan du kunne opdage dens tilstedeværelse uden at bruge et oscilloskop:

I øvrigt er "lavspændingsstrømforsyningen" intet mere end en down-down transformer med en centreret sekundærvikling.

Reveal svar Skjul svar

"Fjern alle dioder fra kredsløbet og test dem individuelt" er ikke et acceptabelt svar på dette spørgsmål. Tænk på en måde, at de kunne kontrolleres, mens de var i kredsløb (helst uden at slukke for strømmen til kredsløbet).

Bemærkninger:

En fælles tendens til studerende er at fejlsøge ved hjælp af "shotgun approach", som er at fjerne hver komponent en-for-en og teste den. Dette er en meget tidsintensiv og ineffektiv metode til fejlfinding. I stedet skal eleverne udvikle diagnostiske procedurer, der ikke kræver fjernelse af komponenter fra kredsløbet. I det mindste bør der være en måde, hvorpå vi kan indsnævre mulighederne ved hjælp af test i kredsløb inden fjernelse af komponenter.

Spørgsmål 15

En elev lærer, at et ensretter kredsløb ofte efterfølges af et lavpasfilter kredsløb i en AC-DC strømforsyning for at reducere "ripple" spænding på udgangen. Ved at kigge over sine noter fra AC teorien fortsætter eleven at opbygge dette strømforsyningskredsløb komplet med et lavpasfilter ved udgangen:

Mens dette design vil fungere, er der bedre filterkonfigurationer til denne applikation. Beskriv begrænsningerne i det viste kredsløb, og forklar hvordan nogle af de andre filtre ville gøre et bedre arbejde.

Reveal svar Skjul svar

Motstanden R har tendens til at begrænse udgangsstrømmen, hvilket resulterer i mindre end optimal spændingsregulering (udgangsspændingen "sænker" under belastning). Bedre filterkonfigurationer omfatter alle former for LC-rippelfiltre, herunder det populære "pi" (π) filter.

Opfølgningsspørgsmål: I nogle applikationer - især hvor meget store filterkondensatorer anvendes - er det en god idé at placere en seriemodstand før kondensatoren. En sådan modstand er typisk klassificeret til en lav værdi for ikke at forårsage overdreven udgangsspænding "sag" under belastning, men dens modstand tjener et praktisk formål. Forklar hvad dette formål kunne være.

Bemærkninger:

Udfordre dine elever med dette spørgsmål: Er dette den rigtige type filter kredsløb (lavpas, højpas, bandpas, båndstop) til at bruge, alligevel "alle">

i = C dv


dt

Spørgsmål 16

Identificer de spændinger, der skal vises mellem de angivne testpunkter:

  1. V TP1-TP2 =
  2. V TP1-TP3 =
  3. V TP2-TP3 =
  4. V TP4-TP5 =
  5. V TP5-TP6 =
  6. V TP7-TP8 =
  7. V TP9-TP10 =

Antag at strømtransformatoren har et step-down-forhold på 9, 5: 1.

Reveal svar Skjul svar

  1. V TP1-TP2 = 120 volt AC
  2. V TP1-TP3 = 120 volt AC
  3. V TP2-TP3 = 0 volt
  4. V TP4-TP5 = 12, 63 volt AC
  5. V TP5-TP6 = 12, 63 volt AC
  6. V TP7-TP8 = 16, 47 volt DC
  7. V TP9-TP10 = 16, 47 volt DC

Bemærkninger:

Før man kan fejle en fejlfunktionskreds, skal man vide, hvilke spændinger og strømme der skal være i forskellige dele af kredsløbet. Dette spørgsmål er derfor et forgrund til yderligere fejlfinding spørgsmål.

Spørgsmål 17

En tekniker fejler fejlfinding af et strømforsyningskredsløb uden DC-udgangsspænding. Udgangsspændingen skal være 15 volt DC:

Teknikeren begynder at lave spændingsmålinger mellem nogle af testpunkterne (TP) på printkortet. Det følgende er en sekventiel rekord af hans målinger:

  1. V TP9-TP10 = 0 volt DC
  2. V TP8-TP7 = 0 volt DC
  3. V TP8-TP5 = 0 volt DC
  4. V TP6-TP7 = 0 volt DC
  5. V TP4-TP5 = 0 volt AC
  6. V TP1-TP3 = 0 volt AC
  7. V TP1-TP2 = 116 volt AC

Baseret på disse målinger har det, du mistænker, mislykkedes i dette forsyningskredsløb "# 17"> Reveal svar Skjul svar

Sikringen blæser åben.

Opfølgningsspørgsmål: Med hensyn til fejlfindingsteknikken synes denne tekniker at have startet fra den ene ende af kredsløbet og flyttet trinvist mod den anden, kontrollerer spændingen på næsten hvert punkt imellem. Kan du tænke på en mere effektiv strategi end at starte i den ene ende og arbejde langsomt mod den anden?

Bemærkninger:

Fejlfinding scenarier er altid gode for at stimulere klassediskussion. Sørg for at bruge masser af tid i klassen med dine elever at udvikle effektive og logiske diagnostiske procedurer, da dette vil hjælpe dem stærkt i deres karriere.

Spørgsmål 18

En tekniker fejler fejlfinding af et strømforsyningskredsløb uden DC-udgangsspænding. Udgangsspændingen skal være 15 volt DC:

Teknikeren begynder at lave spændingsmålinger mellem nogle af testpunkterne (TP) på printkortet. Det følgende følger en fortegnelse over hendes målinger:

  1. V TP1-TP2 = 118 volt AC
  2. V TP3-TP2 = 0 volt AC
  3. V TP1-TP3 = 118 volt AC
  4. V TP4-TP5 = 0, 5 volt AC
  5. V TP7-TP8 = 1, 1 volt DC
  6. V TP9-TP10 = 1, 1 volt DC

Baseret på disse målinger har det, du mistænker, mislykkedes i dette forsyningskredsløb "# 18"> Reveal svar Skjul svar

Transformatoren har en åben vikling.

Opfølgningsspørgsmål nr. 1: Med hensyn til fejlfindingsteknikken synes denne tekniker at have startet fra den ene ende af kredsløbet og flyttet trinvist mod den anden, og kontrollerer spændingen på næsten hvert punkt imellem. Kan du tænke på en mere effektiv strategi end at starte i den ene ende og arbejde langsomt mod den anden?

Udfordringsspørgsmål: Baseret på de spændingsmålinger, der er taget, hvilket tror du er det mere sandsynlige fiasko, en åben primærvikling eller en åben sekundærvikling?

Opfølgningsproblem # 2: Hvordan kunne du teste transformatorens to viklinger for en mulig åben fejl? Med andre ord er der en anden type måling, som kunne bekræfte vores hypotese om en mislykket vikling?

Bemærkninger:

Fejlfinding scenarier er altid gode for at stimulere klassediskussion. Sørg for at bruge masser af tid i klassen med dine elever at udvikle effektive og logiske diagnostiske procedurer, da dette vil hjælpe dem stærkt i deres karriere.

Studerende kan blive forvirret af forekomsten af ​​jævnspænding mellem TP7 og TP8, og også mellem TP9 og TP10 (1, 1 volt), idet der er mindre end denne mængde vekselstrømsspænding ved ensretterens indgang. Dette er imidlertid et almindeligt fænomen med elektrolytkondensatorer for at "genvinde" en lille spænding efter at være blevet afladet.

Spørgsmål 19

En tekniker fejler fejlfinding af et strømforsyningskredsløb uden DC-udgangsspænding. Udgangsspændingen skal være 15 volt DC:

Teknikeren begynder at lave spændingsmålinger mellem nogle af testpunkterne (TP) på printkortet. Det følgende er en sekventiel rekord af hans målinger:

  1. V TP9-TP10 = 0 volt DC
  2. V TP1-TP2 = 117 volt AC
  3. V TP1-TP3 = 117 volt AC
  4. V TP5-TP6 = 0 volt AC
  5. V TP7-TP8 = 0, 1 volt DC
  6. V TP5-TP4 = 12 volt AC
  7. V TP7-TP6 = 0 volt DC

Baseret på disse målinger har det, du mistænker, mislykkedes i dette forsyningskredsløb "# 19"> Reveal svar Skjul svar

Der er en "åben" fejl mellem TP4 og TP6.

Opfølgningsspørgsmål: Med hensyn til fejlfindingsteknikken synes denne tekniker at have startet fra den ene ende af kredsløbet og flyttet trinvist mod den anden, kontrollerer spændingen på næsten hvert punkt imellem. Kan du tænke på en mere effektiv strategi end at starte i den ene ende og arbejde langsomt mod den anden?

Bemærkninger:

Fejlfinding scenarier er altid gode for at stimulere klassediskussion. Sørg for at bruge masser af tid i klassen med dine elever at udvikle effektive og logiske diagnostiske procedurer, da dette vil hjælpe dem stærkt i deres karriere.

Spørgsmål 20

AC-DC strømforsyninger er årsag til harmoniske strømninger i vekselstrømssystemer, især store AC-DC strømforsyninger, der anvendes i motorstyringskredsløb og andre høj effektreguleringer. I dette eksempel viser jeg bølgeformerne for udgangsspænding og indgangsstrøm for en ubelastet AC-DC strømforsyning med en down-down transformer, fuldbølge-ensretter og kapacitivt filter kredsløb (den ufiltrerede jævnspændingsbølgeform er vist som en stiplede linje til reference):

Som du kan se, lagrer indgangsstrømformen spændingsbølgeformen med 90 o, fordi når strømforsyningen er afladet, er den eneste indgangsstrøm magnetiseringsstrømmen af transformatorens primære vikling.

Med øget belastning bliver udgangsspændingsspændingen mere udtalt. Dette ændrer også input nuværende bølgeform betydeligt, hvilket gør det ikke-sinusformet. Spor formen af ​​indgangsstrømbølgeformen i betragtning af udgangsspændingsbølgeformen og magnetiseringsstrømformen (prikket linje) vist her:

Den ikke-filtrerede DC output-bølgeform vises stadig som en prikket linje til referenceformål.

Reveal svar Skjul svar

Udfordringsspørgsmål: Indeholder den aktuelle bølgeform, der er vist her, ensartede harmonika (dvs. 120 Hz, 240 Hz, 360 Hz) "Noter skjult"> Noter:

I en filtreret DC strømforsyning er den eneste tidstrøm, der trækkes fra ensretteren, når filterkondensatoren oplades. Således er den eneste gang du ser indgangsstrøm over og uden for magnetiseringsstrømformen, når kondensatorspændingen kræver opladning.

Bemærk, at selvom den (sinusformede) magnetiseringsstrømbølgeform er 90 o ude af fase med spændingsbølgeformen, er indgangstrømstransienterne nøjagtigt i fase med strømtransienterne på transformatorens sekundære vikling. Dette gennemgår et vigtigt princip for transformatorer: at uanset primærstrømmen er resultatet af sekundær viklingsbelastning i fase med den sekundære belastningsstrøm. I denne henseende virker en transformator ikke som en reaktiv enhed, men en direkte strømkoblingsindretning.

Bemærk også, at indgangsstrømbølgeformen efter den oprindelige bølge (stigende pulskant) af strøm følger en anden kurve fra spændingsbølgeformen, fordi i = C (dv / dt) for en kondensator.

Hvis du ikke har gættet nu, er der mange ting der sker i dette kredsløb! Jeg vil overveje, at dette spørgsmål bliver værdsat "for de fleste introduktionskurser og kan springes over efter eget valg.

Spørgsmål 21

Strømforsyninger er undertiden udstyret med EMI / RFI- filtre på deres indgange for at forhindre højfrekvent "støj" -spænding, der er skabt i strømforsyningskredsløbet, fra at komme tilbage til strømkilden, hvor det kan interferere med andet drevet udstyr. Dette er især nyttigt til "skifte" strømforsyningskredsløb, hvor transistorer bruges til at tænde og slukke strømmen meget hurtigt i spændingstransformations- og reguleringsprocessen:

Bestem hvilken type filterkreds dette er (LP, HP, BP eller BS), og bestemm også de induktive og kapacitive reaktanser af dets komponenter ved 60 Hz, hvis induktoren er 100 μH hver og kondensatorerne er 0, 022 μF hver.

Reveal svar Skjul svar

X L = 0, 0377 Ω (hver)

X C = 120, 6 kΩ (hver)

Bemærkninger:

Spørg dine elever om, hvordan de bestemmer identiteten af ​​dette filter. Er de nøje underholdende filterkonfigurationer, eller har de en teknik til at bestemme, hvilken type filterkrets det er baseret på grundlæggende elektriske principper (reaktans af komponenter til forskellige frekvenser) "panelpanelets standardpanel" standardkomponenter>

Spørgsmål 22

Færdiggør dette skematiske diagram, drej det til en split (eller dobbelt strømforsyning, med tre udgangsterminaler: + V, Ground og -V:

Reveal svar Skjul svar

Eksempler på "split" eller "dual" strømforsyning skematiske diagrammer findes i lærebøger. Jeg vil lade dig gøre forskningen her og præsentere dit svar under klassediskussionen!

Bemærkninger:

Studerende behøver ikke at give detaljer om spændingsregulering, men viser blot, hvordan AC fra en centrifugeret transformatorvikling kan korrigeres i to forskellige DC-udgange med en fælles "jord" -forbindelse.

Spørgsmål 23

Forudsig, hvordan alle komponentspændinger og strømme i dette kredsløb vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Enhver diode fejler åben:
Transformator sekundær vikling fejler åben:
Inductor L 1 fejler åben:
Kondensator C 1 fejler ikke kort:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Enhver diode fejler åben: Halvbølge retablering snarere end fuldbølge, mindre DC spænding over belastning, mere spænding (AC) spænding over belastning .
Transformator sekundær vikling fejler åben: Ingen spænding eller strøm på sekundær side af kredsløb efter C 1 udladninger gennem belastning, lille strøm gennem primærvikling .
Inductor L 1 fejler åben: ingen spænding over belastning, ingen strøm gennem belastning, ingen strøm gennem resten af ​​sekundære komponenter, lille strøm gennem primærvikling .
Kondensator C 1 fejler ikke kort: øget strøm gennem begge transformerviklinger, øget strøm gennem dioder, øget strøm gennem induktor, lille spænding over eller strøm gennem belastning, kondensator og alle dioder vil sandsynligvis blive varme .

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 24

Antag, at dette strømforsyningskredsløb fungerede fint i flere år, da det ikke lykkedes at sende en jævnspænding på en dag:

Når du åbner tilfældet for denne strømforsyning, bemærker du straks den stærke lugt af brændte komponenter. Ud fra disse oplysninger bestemmer du nogle sandsynlige komponentfejl og redegør for din begrundelse.

Reveal svar Skjul svar

Kortslutningskondensator, åben transformatorvikling (som følge af overbelastning), kortslutningsdiode (r), der resulterer i blæst sikring.

Bemærkninger:

Fejlfinding scenarier er altid gode for at stimulere klassediskussion. Sørg for at bruge masser af tid i klassen med dine elever at udvikle effektive og logiske diagnostiske procedurer, da dette vil hjælpe dem stærkt i deres karriere.

Påmind dine elever om, at testinstrumentlæsninger ikke er den eneste levedygtige kilde til diagnostiske data! Brændte elektroniske komponenter producerer normalt en stærk og let genkendt lugt, der altid er tegn på overophedning. Det er vigtigt at huske på, at den brændte komponent ofte ikke er den oprindelige kilde til problemer, men kan være et tab af en anden komponentfejl.

Spørgsmål 25

Rippelfrekvensen for en halvbølge-ensretterkreds, der drives ved 60 Hz vekselstrøm, måles til 60 Hz. Rippelfrekvensen af ​​en fuldbølge-ensretterkreds, der drives af den nøjagtige samme 60 Hz AC-spænding, måles til at være 120 Hz. Forklar hvorfor rippelfrekvensen for fuldbølge-ensretteren er dobbelt så høj som halvbølge-ensretteren.

Reveal svar Skjul svar

Der er dobbelt antal pulser i fuldbølge-ensretterens udgang, hvilket betyder, at bølgeformen gentager sig dobbelt så ofte.

Bemærkninger:

Jeg har hørt eleverne meget interessante (og forkerte) forklaringer på hvorfor de to frekvenser adskiller sig. En almindelig misforståelse er, at det har noget at gøre med transformeren, som om en transformer havde evnen til at skifte frekvens op og ned lige så nemt som spænding eller strøm! Hvis eleverne ikke forstår hvorfor der er en frekvensforskel, kan du måske hjælpe dem ud ved at bede to elever om at komme op til klassens forside og tegne to bølgeformer: halvbølge og fuldbølge sammen med deres originale AC (ikke-rettede) bølgeformer.

Spørgsmål 26

Beregn den omtrentlige DC-udgangsspænding for denne strømforsyning, når den ikke er indlæst:

Reveal svar Skjul svar

V ud ≈ 21, 4 volt

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare hvordan de løst for denne udgangsspænding, trin for trin.

Spørgsmål 27

Beregn den omtrentlige DC-udgangsspænding for denne strømforsyning, når den ikke er indlæst:

Reveal svar Skjul svar

V ud ≈ 11, 6 volt

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare hvordan de løst for denne udgangsspænding, trin for trin.

Spørgsmål 28

En enkel AC-DC strømforsyningskreds udgange ca. 6, 1 volt DC uden en filterkondensator tilsluttet og ca. 9, 3 volt DC med en filterkondensator tilsluttet:

Forklar hvorfor dette er. Hvordan kan tilføjelsen af ​​andet end en kondensator have så stor effekt på mængden af ​​jævnspændingsudgang fra kredsløbet "# 28"> Reveal svar Skjul svar

Filterkondensatoren indfanger spændingsniveauet for hver puls fra ensretterkredsløbet og holder det maksimale niveau i tiden mellem pulser.

Bemærkninger:

Mange nye elever finder dette fænomen paradoksalt, især når de ser en DC udgangsspænding større end AC (RMS) udgangsspænding af transformatorens sekundære vikling. Case in point: At kunne opbygge en 30 volt DC strømforsyning ved hjælp af en transformer med en sekundær spænding på kun 24 volt. Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at møde dette paradoks, hvis de ikke har anerkendt og løst det allerede.

Spørgsmål 29

En tekniker fejler fejlsøgning af et strømforsyningskredsløb, der udsender væsentlig mindre DC-spænding, end det burde. Udgangsspændingen skal være 15 volt DC, men i stedet udsender den faktisk mindre end 8 volt DC:

Teknikeren måler ca. 18 volt AC (RMS) over transformatorens sekundære vikling. Baseret på denne spændingsmåling og kendskab til, at der er reduceret DC-udgangsspænding, skal du identificere to mulige fejl, der kunne tegne problemet og alle målte værdier i dette kredsløb og også identificere to kredsløbselementer, som ikke kunne skyldes (dvs. to ting, som du ved, skal fungere ordentligt, uanset hvad der ellers kan skyldes). De kredsløbselementer, du identificerer som enten muligvis fejlfri eller korrekt fungerende, kan være ledninger, spor og forbindelser samt komponenter. Vær så specifik som du kan i dine svar, og identificer både kredsløbselementet og typen af ​​fejl.

Kredsløbselementer, der muligvis er afbrudt
1.
2.
Kredsløbselementer, der skal fungere korrekt
1.
2.
Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig og dine klassekammerater finde ud af nogle muligheder her!

Bemærkninger:

Fejlfinding scenarier er altid gode for at stimulere klassediskussion. Sørg for at bruge masser af tid i klassen med dine elever at udvikle effektive og logiske diagnostiske procedurer, da dette vil hjælpe dem stærkt i deres karriere.

Spørgsmål 30

En tekniker fejler fejlfinding af et strømforsyningskredsløb uden DC-udgangsspænding. Udgangsspændingen skal være 15 volt DC, men i stedet udsender den slet ingenting (null volt):

Teknikeren måler 120 volt AC mellem testpunkterne TP1 og TP3. Baseret på denne spændingsmåling og kendskab til, at der er nul DC-udgangsspænding, skal du identificere to mulige fejl, der kunne tage højde for problemet og alle målte værdier i dette kredsløb og også identificere to kredsløbselementer, der ikke kunne skyldes (dvs. to ting, som du ved, skal fungere ordentligt, uanset hvad der ellers kan skyldes). De kredsløbselementer, du identificerer som enten muligvis fejlfri eller korrekt fungerende, kan være ledninger, spor og forbindelser samt komponenter. Vær så specifik som du kan i dine svar, og identificer både kredsløbselementet og typen af ​​fejl.

Kredsløbselementer, der muligvis er afbrudt
1.
2.
Kredsløbselementer, der skal fungere korrekt
1.
2.
Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig og dine klassekammerater finde ud af nogle muligheder her!

Bemærkninger:

Fejlfinding scenarier er altid gode for at stimulere klassediskussion. Sørg for at bruge masser af tid i klassen med dine elever at udvikle effektive og logiske diagnostiske procedurer, da dette vil hjælpe dem stærkt i deres karriere.

Spørgsmål 31

Et almindeligt underkredsløb i strømforsyninger af enhver art er et EMI / RFI filter. Dette LC-netværk er alt andet end "gennemsigtigt" til 50 eller 60 Hz strømforsyningsfrekvensen, så transformatoren ser hele linjespændingen til enhver tid:

Hvis dette EMI / RFI-filter ikke gør noget til eller med linjekraften, hvilket formål tjener det "# 31"> Reveal svar Skjul svar

Et EMI / RFI-filter har ingen mening i processen med at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm. Det hjælper dog med at forhindre, at strømforsyningskredsløbet forstyrrer andet udstyr, der er strømforsynet af den samme vekselstrømstrøm, ved at filtrere ud uønsket højfrekvent støj, der genereres i strømforsyningen ved diode-omskiftning.

Opfølgningsspørgsmål: Beregn den totale induktive reaktans som de to induktorer giver til 60 Hz effekt, hvis induktansen af ​​hver er 100 μH.

Bemærkninger:

Disse filtre er meget almindelige i switch-mode strømforsyninger, men de er ikke ude af plads i lineære ("brute-force") strømforsyningskredse som denne. Nem til dine elever, hvordan reduktionen af ​​elektromagnetisk og radiofrekvensinterferens er høj prioritet i alle former for elektronisk enhedsdesign.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →