DC Branch Current Analysis

DC Circuits - Branch Current Analysis (1/2) (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

DC Branch Current Analysis

Netværk Analyse Teknikker


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 kredsløbsopbygningen.
  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 værdier af spænding, strøm osv.
  6. Mål forsigtigt disse mængder 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.

Undgå meget høje og meget lave modstand værdier for at undgå målefejl forårsaget af meter "loading". Jeg anbefaler modstande mellem 1 kΩ og 100 kΩ, medmindre selvfølgelig formålet med kredsløbet er at illustrere effekten af ​​målerindlæsning!

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 transistor er en halvleder enhed, der fungerer som en konstant strøm regulator. Af hensyn til analysen betragtes transistorer ofte som konstante strømkilder :

Antag, at vi skulle beregne mængden af ​​strøm, der er trukket fra 6-volt-kilden i dette transistorkredsløb med to kilder:

Vi ved, at de kombinerede strømme fra de to spændingskilder skal tilføje op til 5 mA, fordi Kirchhoffs nuværende lov fortæller os, at strømme tilføjer algebraisk til enhver knudepunkt. Baseret på denne viden kan vi mærke strømmen via 6 volt batteriet som "I", og strømmen gennem 7, 2 volt batteriet som "5 mA - I":

Kirchhoffs spændingslov fortæller os, at den algebraiske sum af spænding falder omkring enhver "loop" i et kredsløb skal svare til nul. Baseret på alle disse data, beregnes værdien af ​​I:

Tip: Samtidige ligninger er ikke nødvendige for at løse dette problem!

Reveal svar Skjul svar

I = 1, 9 mA

Bemærkninger:

Jeg skrev dette spørgsmål på en sådan måde, at det efterligner gren / mesh strømanalyse, men med nok tilføjede oplysninger (nemlig den aktuelle kildeværdi), at der kun er en variabel at løse. Ideen her er at forberede eleverne til at forstå, hvorfor samtidige ligninger er nødvendige i mere komplekse kredsløb (når ukendelserne ikke alle kan udtrykkes i en enkelt variabel).

Spørgsmål 3

Dette transistor kredsløb er drevet af to forskellige spændingskilder, en der udsender 6 volt, og den anden, der er variabel.

Transistorer fungerer naturligt som strømregulerende enheder og analyseres ofte som om de var aktuelle kilder . Antag at denne transistor tilfældigvis regulerer strøm til en værdi på 3, 5 mA:

Hvor høj skal spændingen for den variable kilde justeres, indtil der ikke er nogen strøm fra 6 volt batteriet "# 3"> Reveal svar Skjul svar

E = 9, 5 V

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at anvende det, de kender til grundlæggende kredsløb "love" (Ohm's Law, KVL, KCL) til løsningen af ​​en enkelt spændingsværdi. Som sædvanlig er løsningsmetoden langt mere værdifuld end svaret.

Hvis nogle elever er helt forvirrede med hensyn til, hvordan man løser for denne spænding, foreslår de at "stikke" det givne svar ind i kredsløbet og bestemme strømme og spændingsfald. Hvad mærker de, når de gør dette? Hvilke usædvanlige tilstand (er) skiller sig ud med den variable kilde ved 9, 5 volt? Er nogen af ​​disse forhold ting, de kunne have (eller skulle have) kendt forud for at kende variabel kilde spænding, under forudsætning af ". . . ingen strøm (trukket) fra 6 volt batteriet "?

Spørgsmål 4

Beskriv trin for trin de trin, der kræves for at beregne alle strømme og spændingsfald i et DC-netværk ved hjælp af grenstrømmetoden .

Reveal svar Skjul svar

Der er flere lærebøger og andre referencer, der angiver de trin, der kræves i denne analysemetode. Jeg forlader opgaven at undersøge disse trin for dig!

Bemærkninger:

Studerende kan finde små forskelle mellem variationer af "Branch Current" analysemetode beskrevet i forskellige referencer. Disse forskelle har dog ingen konsekvens.

Spørgsmål 5

Mens "Branch Current" -metoden kan bruges til at analysere et ubalanceret bro kredsløb, kræver det meget beregning! I dette kredsløb bestemmer du, hvor mange variabler der skal bruges til at løse alle strømme:

Reveal svar Skjul svar

Seks variabler er nødvendige for at tage højde for alle unikke værdier af strøm i dette kredsløb (I 1 til I 6 ).

Udfordringsspørgsmål: Træk pile i dette kredsløb, der viser disse seks strømme, og skriv en KCL ligning for hver knude.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare, hvorfor det er vanskeligt at løse strømmen i et kredsløb som dette ved hjælp af "Branch Current" -metoden. Hvor mange ligninger ville være nødvendige for at løse værdierne af seks variabler "panelpanelpanelets standardpanel" defaultcope>

Spørgsmål 6

Træk kredsløbet vist her i skematisk form, og løs for spændingsfaldene over de to modstande ved hjælp af "Branch Current" -metoden:

Reveal svar Skjul svar

E 2200 Ω = 5, 713 V

E 4700 Ω = 11, 89 V

Bemærkninger:

Sørg for at bruge tid sammen med dine elever sammenligne deres forskellige løsningsstrategier. Da der er så mange kombinationer af måder at tegne grenstrømme og skrive ligninger på, er det meget usandsynligt, at alle elevernes arbejde vil være identisk. Den vigtige lektion her er, at forskellige variationer stadig fører til de samme (korrekte) resultater.

Spørgsmål 7

Beregn mængden af ​​ladestrøm gennem batteri nr. 1 ved hjælp af grenstrømmetoden, i betragtning af de åbne kredsløbsspændinger og modstande af komponenterne i dette kredsløb. Se bort fra ethvert trådmodstand:

Reveal svar Skjul svar

Jeg bat1 = 1, 7248 A

Bemærkninger:

Bed dine elever om at afsløre de ligninger, de brugte til at løse for den aktuelle. Deres ligninger vil sandsynligvis afvige, men deres endelige svar skal være de samme!

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →