Clipper og Clamper Circuits

Clipper and clamper (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Clipper og Clamper Circuits

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

Hvilken type elektronisk komponent repræsenterer disse symboler, og hvilken specialfunktion udfører den?

Reveal svar Skjul svar

Disse er varistorer . Nogle gange henvises der til akronymet MOV, som står for Metal Oxide Varistor. Jeg vil lade dig undersøge, hvad der er unikt med disse enheders adfærd.

Opfølgningsspørgsmål: plot en omtrentlig graf af nuværende versus spænding for en varistor, og kommentere hvordan dette sammenligner med nuværende / spændingsegenskaberne for en normal modstand.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at afsløre deres informationskilder, der blev brugt til at undersøge varistorer, og også hvis de kunne bestemme, hvordan disse enheder blev bygget.

Spørgsmål 3

Forklar, hvordan en overspændingsbeskytter fungerer: Den type enhed, der bruges til at beskytte elektronisk udstyr mod almindelige strømforsyningsspændingstransienter. Tegn et skematisk diagram for at ledsage din forklaring.

Reveal svar Skjul svar

Nogle overspændingsbeskyttere bruger varistorer, andre bruger zener-dioder, og andre bruger mere avancerede teknologier. Jeg vil lade dig undersøge design og skematiske diagrammer alene!

Bemærkninger:

Spørg eleverne, hvordan en overspændingsbeskytter (eller surge "suppressor") i princippet ligner klipper kredsløb, der anvendes til små elektroniske signaler.

Spørgsmål 4

En tekniker bygger sit eget lydtestsæt til brug ved fejlsøgning af lyd-elektroniske kredsløb. Prøvesættet er i det væsentlige en følsom detektor, der tillader lydkvalitetssignaler at blive hørt:

Hvilket formål tjener de to dioder i dette kredsløb "# 4"> Reveal svar Skjul svar

Diodene tjener til at beskytte lytteren fra meget høje volumener, ved en utilsigtet tilslutning til en stor spændingskilde.

Review spørgsmål: Formålet med transformeren er at øge den effektive impedans af hovedtelefonerne, fra 8 Ω til en meget større værdi. Beregn denne større værdi, givet et transformator svingforhold på 22: 1.

Bemærkninger:

Mit første møde med denne applikation af dioder kom, da jeg var ret ung, lodning sammen et kit multimeter. Jeg var meget forvirret, hvorfor målerbevægelsen havde to dioder forbundet med den parallelt som denne. Alt hvad jeg vidste om dioder på det tidspunkt var, at de fungerede som envejsventiler til elektricitet. Jeg forstod ikke, at de havde et betydeligt fremadspændingsfald, hvilket er nøglen til at forstå, hvordan de arbejder i applikationer som dette. Selvom dette kan synes at være en temmelig uortodoks brug af dioder, er det faktisk temmelig almindeligt.

I øvrigt anbefaler jeg stærkt, at eleverne opbygger et sådant lydprøvesæt til deres egne eksperimentelle formål. Selv uden forstærker er dette instrument utroligt følsomt. En billig 120 volt / 6 volt nedstrømstransformator fungerer godt som en impedans-matchende transformer og er isoleret nok til at give en god sikkerhedsmargin (elektrisk isolering) til de fleste applikationer. En gammel transformator til mikrobølgeovn fungerer endnu bedre (når den bruges i en trin-down konfiguration), hvilket giver flere tusinde volt isolation mellem primære og sekundære viklinger.

Kredsløbet arbejder endda for at detektere DC-signaler og vekselstrømssignaler med frekvenser ud over lydområdet. Ved at lave og bryde kontakt med testproben (s), vil "skrabe" lyde blive produceret, hvis der er et signal af tilstrækkelig størrelse. Med mine billige "Radio Shack" lukkede hovedtelefoner kan jeg pålideligt registrere DC-strømme på mindre end 0, 1 μA med min detektor! Din kilometertal kan variere afhængigt af hvor god din hørelse er, og hvor følsom din hovedtelefon er.

Jeg har brugt min egen lyd detektor mange gange i stedet for et oscilloskop til at detektere forvrængning i lydkredsløb (meget grove vurderinger, husk dig, ikke præcision) og endda som en detektor af jævnspænding (detektering af den solcelleudgangsspænding af en regelmæssig LED). Den kan bruges som et følsomt "null" -instrument i både AC- og DC-brokredsløb (igen kræver DC-detektion at du laver og bryder kontakten med kredsløbet, lytter efter "klik" eller "ridset" lyde i hovedtelefonerne).

En anden sjov ting at gøre med denne detektor er at forbinde den til en åben ledningspole og "lytte" til AC-magnetfelter. Placer en sådan spole i nærheden af ​​en harddisk på arbejdscomputeren, og du kan høre læse / skrivehoved servos i aktion!

Hvis det ikke allerede er klart for dig, er jeg meget begejstret for potentialet i dette kredsløb for elevernes engagement og læring. . .

Spørgsmål 5

Foregive, hvordan driften af ​​dette følsomme lyddetektor kredsløb vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Diode D 1 fejler åben:
Diode D 1 fejler ikke kort:
Transformer T 1 primære vikling fejler åben:
Modstand R 1 fejler åben:
Loddebro (kort) forbi modstand R 1 :
Visker undlader at kontakte glide i potentiometer:

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

Reveal svar Skjul svar

Diode D 1 fejler åben: Ingen effekt på små signaler, klipning af store signaler vil være ufuldstændig (kun halvdelen af ​​bølgeformen vil blive klippet i amplitude).
Diode D 1 fejler ikke kort: Der er slet ingen lyd hørt ved hovedtelefoner.
Transformator T 1 primære vikling fejler åben: Der høres slet ingen lyd fra hovedtelefonerne.
Modstand R 1 fejler åben: Ingen lyd hørt ved hovedtelefoner.
Loddebro (kort) forbi modstand R 1 : Volumen (lidt) højere end normalt.
Visker undlader at kontakte glide i potentiometer: Ingen lyd hørt i hovedtelefoner.

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 6

Bestem både waveshape og amplitude af AC-signalet målt ved oscilloskopet ved udgangen af ​​dette kredsløb:

Diodene er model 1N4001, hver. Motstandens farvekode er Brun, Sort, Orange, Sølv.

Reveal svar Skjul svar

Outputen vil være en firkantet bølge med en peak-to-peak spænding på ca. 1, 4 volt.

Bemærkninger:

Spørg dine elever, hvorfor bølgeformen vil være kvadratisk snarere end sinusformet . Er det en perfekt firkantet bølge "panelpanelets standardpanel" standardcope>

Spørgsmål 7

Skits formen af ​​udgangsspændingsbølgeformen for dette "clipper" kredsløb, idet der antages en ideel diode uden fremspændingsfald:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette kredsløb er ikke svært at analysere, hvis man overvejer begge halvcykler af vekselstrømskilden, en ad gangen. Bed dine elever om at demonstrere denne analysemetode, enten individuelt eller i grupper, på forsiden af ​​klasseværelset, så alle kan se og forstå.

Spørgsmål 8

Skits formen af ​​udgangsspændingsbølgeformen for dette "clipper" kredsløb, idet der antages en ideel diode uden fremspændingsfald:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette kredsløb er ikke svært at analysere, hvis man overvejer begge halvcykler af vekselstrømskilden, en ad gangen. Bed dine elever om at demonstrere denne analysemetode, enten individuelt eller i grupper, på forsiden af ​​klasseværelset, så alle kan se og forstå.

Spørgsmål 9

Skits formen af ​​udgangsspændingsbølgeformen for dette "clipper" kredsløb, idet der antages en ideel diode uden fremspændingsfald:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette kredsløb er ikke svært at analysere, hvis man overvejer begge halvcykler af vekselstrømskilden, en ad gangen. Bed dine elever om at demonstrere denne analysemetode, enten individuelt eller i grupper, på forsiden af ​​klasseværelset, så alle kan se og forstå.

Spørgsmål 10

Skits formen af ​​udgangsspændingsbølgeformen for dette "clipper" kredsløb, idet der antages en ideel diode uden fremspændingsfald:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette kredsløb er ikke svært at analysere, hvis man overvejer begge halvcykler af vekselstrømskilden, en ad gangen. Bed dine elever om at demonstrere denne analysemetode, enten individuelt eller i grupper, på forsiden af ​​klasseværelset, så alle kan se og forstå.

Spørgsmål 11

Forudsig, hvordan driften af ​​dette clipper kredsløb vil blive påvirket som følge af de følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Diode D 1 fejler åben:
Diode D 1 fejler ikke kort:
Modstand R 1 fejler åben:
Modstand R 1 fejler ikke kort:

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

Reveal svar Skjul svar

Diode D 1 fejler åben: Ingen udgangsspænding overhovedet.
Diode D 1 fejler ikke kortslutning: Fuldt AC-signal ved udgang (ingen klipning overhovedet).
Modstand R 1 fejler åben: Ingen ændring (hvis diode er rigtig ideel), men realistisk er der måske ikke meget clipping, hvis modtagerkredsløbet har en ekstremt stor indgangsimpedans.
Modstand R 1 fejler ikke kort: Ingen udgangsspænding overhovedet.

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 12

Forudsig, hvordan driften af ​​dette clipper kredsløb vil blive påvirket som følge af de følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Diode D 1 fejler åben:
Diode D 1 fejler ikke kort:
Modstand R 1 fejler åben:
Modstand R 1 fejler ikke kort:

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

Reveal svar Skjul svar

Diode D 1 fejler åben: Fuldt AC-signal ved udgang (ingen klipning overhovedet).
Diode D 1 fejler ikke kort: Ingen udgangsspænding overhovedet.
Modstand R 1 fejler åben: Ingen udgangsspænding overhovedet.
Modstand R 1 fejler ikke kort: Normal drift hvis kildeimpedansen er betydelig, ellers kan diode og / eller kilde blive beskadiget ved direkte kort hver halve cyklus.

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 13

Design et clipper kredsløb, der eliminerer den positive del af denne AC-bølgeform, idet kun de negative halvcyklusser vises på udgangen:

Reveal svar Skjul svar

Bemærk: Kredsløbet vist her er ikke den eneste mulige løsning!

Opfølgningsspørgsmål: Udgangsvågformen vist for dette kredsløb gælder kun for en ideel diode, ikke en reel diode. Forklar, hvordan output-bølgeformen ville se ud, hvis der blev brugt en ægte diode, og anbefaler en diode-model, der nærmer sig det ideelle tilfælde til denne applikation.

Bemærkninger:

En god gennemgang af grundlæggende diode begreber her. Studerende bør genkende output-bølgeformen som indikativ for halvbølge-korrektion, hvilket kan få dem til at tænke på andre kredsløbsdesign.

Spørgsmål 14

Design et clipper kredsløb, der klipper en del af input AC bølgeform under +4 volt:

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Forklar hvorfor en Schottky diode er vist i dette kredsløb i stedet for en almindelig silicium PN-junction diode. Hvilke karakteristika (er) af Schottky dioder gør dem velegnede til mange clipper applikationer "noter skjult"> Noter:

Spørg dine elever om de ville klassificere dette kredsløb som en serie eller en shunt clipper.

Hvis dine elever ikke er bekendt med Schottky-dioder, er det en glimrende mulighed for at diskutere dem! Deres lavspændingsfald og hurtige omskifterskarakteristika gør dem overlegen for de fleste signalklipper og klamperkredsløb.

Spørgsmål 15

Beskriv hvad der sker med formen af ​​belastningsspændingsbølgeformen, når potentiometeret er indstillet i dette clipper kredsløb:

Reveal svar Skjul svar

Potentiometeret justerer tærsklen, hvormed den positive top af AC-bølgeformen klippes.

Opfølgningsspørgsmål: Modificer dette kredsløb til at fungere som en variabel negativ peak clipper i stedet.

Bemærkninger:

Nogle studerende kan spørge, hvad denne matematiske sætning betyder:

R belastning >> R serie

Forklar dem, at "double-chevron" symbolet betyder " meget større end" (omvendt chevrons ville betyde "meget mindre end" selvfølgelig).

Spørgsmål 16

Der er et problem med dette clipper kredsløb, som det fremgår af output waveformen:

Hvad er den mest sandsynlige årsag til dette problem, og hvordan ville du bekræfte din konklusion med yderligere målinger "# 16"> Reveal svar Skjul svar

Dioden kan mislykkes åben, men det er kun en mulighed.

Bemærkninger:

Har dine elever fundet ud af andre muligheder for fejlen i dette kredsløb? De eksisterer, og kan faktisk være mere sandsynlige end en mislykket-åben diode! Spørg dine elever om, hvorfor og hvorfor de valgte det svar, de gjorde, og sørg for at få dem til at forklare deres opfølgende diagnostiske procedurer.

Spørgsmål 17

Den enkleste form af AM-radiomodtager er det såkaldte krystal- modtager kredsløb. Den får navnet fra de meget tidlige dage af solid-state elektronik, da rå signalreaktiver dioder blev konstrueret af visse typer af mineralske krystaller:

Forklar, hvordan AM-radiosignalet bliver "demoduleret" i et lydfrekvenssignal gennem diodeens klipning.

Reveal svar Skjul svar

Denne simple AM ​​"detektor" kredsløb er bredt omtalt i grundlæggende elektronik lærebøger og anden teknisk litteratur. Der er lidt jeg kan sige her, der ville udvide det, der allerede er skrevet om disse kredsløb. Jeg overlader det til dig at gøre forskningen!

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare formålet med hver komponent i radiokredsløbet "krystal", ikke kun de komponenter, der er relateret til klipningsfunktionen.

Spørgsmål 18

Klamper kredsløb kaldes undertiden som DC restorer kredsløb. Forklar hvorfor.

Skifter et "clamper" kredsløb formen af ​​en spændingsbølgeform, som et "clipper" kredsløb gør "# 18"> Reveal svar Skjul svar

"Clamper" kredsløb giver lige nok DC bias spænding for at kompensere et AC signal, så næsten hele sin form opstår enten over eller under jorden potentiale.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at give et eksempel på et skæremaskine skematisk.

Spørgsmål 19

Tegn udgangsbølgeformens form for dette kredsløb under forudsætning af en ideel diode (intet fremadspændingsfald og ingen returlækage):

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: hvordan kender clamper kredsløbet, hvor meget det er nødvendigt at forspænde vekspændingsbølgeformen, så den bliver forskydet lige nok til at eliminere omvendt polaritet "noter skjult"> Noter:

Bed dine elever om at erstatte kondensatoren med en jævnspændingskilde (orienteret i den rigtige polaritet, selvfølgelig) og forklare hvordan kondensatoren rent faktisk virker som en spændingsforspænding i dette clamper-kredsløb.

Spørgsmål 20

Design et clamper kredsløb, der forstyrrer AC bølgeformen, så det ligger helt under (negativ) nullinjen:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Få flere studerende til at dele deres tanker om, hvordan de konstruerede clamper-kredsløbet.

Spørgsmål 21

I dette kredsløb vælges kondensator C 1 og modstand R 1 værdier for at tilvejebringe en kort tidskonstant, så de fungerer som et differentieringsnetværk. Dette resulterer i en kort puls af spænding på tværs af R 1 ved hver forkant af kvadratbølgeindgangen. Kondensator C2 og modstand R2 er dimensioneret til at give en lang tidskonstant for at danne et integrator netværk. Denne gang-gennemsnit de korte impulser til en endelig DC udgangsspænding relativt fri for rippel.

Forklar, hvad der sker med udgangsspændingen, da indgangsfrekvensen er forøget, forudsat at indgangsspændingsamplituden ikke ændres. Kan du tænke på nogen praktiske applikationer til et kredsløb som dette "# 21"> Reveal svar Skjul svar

DC-udgangsspændingen vil stige, da indgangssignalfrekvensen er forøget. Dette egner sig til frekvensmåling applikationer.

Bemærkninger:

Accepter ikke et svar fra eleverne i henhold til "frekvensmåling". Bed dem om at give nogle praktiske eksempler på systemer, hvor frekvensmåling er vigtig. Hvis de har svært ved at tænke på noget praktisk, foreslår det, at input (firkantbølge) signalet kan komme fra en sensordetektering af akselrotation (en puls pr omdrejning) og derefter bede dem om at tænke på mulige applikationer til et kredsløb som dette.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →