DC Mesh Current Analysis

Mesh Analysis - DC Circuits - Basic Electrical Engineering - First Year | Ekeeda.com (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

DC Mesh 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 og lade dit testudstyr give 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

Skriv to KVL loop-ligninger for dette kredsløb, ved hjælp af I 1 og I 2 som de eneste variabler:

Reveal svar Skjul svar

KVL ligning for venstre hånd:

6 - 1000I 1 - 1000 (I 1 + I 2 ) + 1 = 0

KVL ligning for højre hånd:

7, 2 - 1000I 2 - 1000 (I 1 + I 2 ) + 1 = 0

Opfølgningsspørgsmål: Hvad er værdierne for I 1 og I 2, baseret på dette system af ligninger "Noter skjult"> Noter:

Studerende ligninger ser muligvis ikke ud som disse, afhængigt af hvordan de "gik" rundt om sløjferne, der tæller spændingsfald. Så længe de alle kan nå de samme svar for jeg 1 og jeg 2, er det ligegyldigt. Faktisk er det en god ting at have forskellige elever foreslå forskellige former for ligningerne for at vise, at de samme svar opnås hver gang.

Spørgsmål 5

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

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 6

Skriv KVL ligningerne for dette kredsløb, givet følgende strømstrømretninger, og opløft derefter ladestrømmen gennem batteri nr. 1:

Skriv nu KVL-ligningerne for det samme kredsløb efter at have vendt retningen af ​​netstrømmen I 2 . Hvordan påvirker denne omvendelse af netstrømmen I 2 skrivningen af ​​de to KVL ligninger, og også beregningen af ​​svaret på batteriets ladestrøm for batteri # // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images /quiz/01051x02.png ">

Reveal svar Skjul svar

KVL ligninger med strømme I 1 og I 2 griber ind i hinanden gennem batteri nr. 1:

0, 5I 1 + 0, 2I 1 + 0, 2 (I 1 + I 2 ) + 1, 5 (I 1 + I 2 ) + 23, 5 - 29 = 0

1, 5 (Ii + I2) + 0, 2 (Ii + I2) + 0, 2I 2 + I 2 - 24, 1 + 23, 5 = 0

KVL ligninger med strømme I 1 og I 2 griber mod hinanden gennem batteri nr. 1:

0, 5I 1 + 0, 2I 1 + 0, 2 (I 1 - I 2 ) + 1, 5 (I 1 - I 2 ) + 23, 5 - 29 = 0

1, 5 (I2 - Ii) + 0, 2 (I2 - Ii) + 0, 2I 2 + I2 + 24, 1 - 23, 5 = 0

Jeg bat1 = 1, 7248 A

Bemærkninger:

Dine elever kan finde opsætningen af ​​KVL ligninger lettere med de to maskestrømme, der går i samme retning gennem batteri nr. 1, men de skal kunne komme til det samme svar hverken. Det er meget vigtigt for elevernes forståelse af Mesh Current-teknikken, at de kan klare begge situationer!

Spørgsmål 7

Netværksanalysemetoden "Mesh Current" fungerer godt for at beregne strømme i ubalancerede brokredsløb. Tag dette kredsløb, for eksempel:

Skriv tre mesh-ligninger for dette kredsløb, der følger disse tre netstrømme:

Reveal svar Skjul svar

Tre mesh-ligninger:

170I 1 + 50I 2 - 120I 3 = 10

50I 1 + 300I 2 + 100I 3 = 0

-120I 1 + 100I 2 + 420I 3 = 0

Bemærkninger:

Studerende ligninger ser muligvis ikke ud som disse, afhængigt af hvordan de "gik" rundt om sløjferne, der tæller spændingsfald. Så længe de alle kan nå de samme svar for jeg 1, 2 og 3, er det ligegyldigt. Faktisk er det en god ting at have forskellige elever foreslå forskellige former for ligningerne for at vise, at de samme svar opnås hver gang.

Af særlig betydning i dette problem er, hvordan eleverne repræsenterer to maskeringsstrømme ved en enkelt modstand i deres ligninger. En almindelig fejl for de nuværende meshanalytikere er at se bort fra de relative retninger af indstrømningsstrømme. Det gør en stor forskel, om to netstrømme går i samme retning gennem en modstand, eller om de går i modsatte retninger!

Spørgsmål 8

En meget interessant stil af spændingsdeler optrådte i et spørgsmål om elektronik den 10. maj 1973. Det anvendte tre serieforbundne strings af modstande og forbindelsesklemmer til at tilvejebringe 1000 trin af spændingsafdeling med kun 31 modstande med kun 3 forskellige modstandsværdier:

Ved at flytte forbindelsespunkterne mellem disse strings af modstande kan forskellige fraktioner af indgangsspændingen opnås ved udgangen:

Med henblik på analyse kan vi muligvis forenkle en given konfiguration af dette spændingsdeler kredsløb til et netværk med færre modstande i denne form:

Tegn de forenklede netværk for hver af de to givne konfigurationer (V out = 6, 37 volt og V out = 2, 84 volt), der viser alle modstandsværdier, og anvend derefter strømstrømsanalyse for at kontrollere de givne udgangsspændinger i hvert tilfælde.

Bemærk: Du bliver nødt til at løse et sæt samtidige ligninger: 4 ligninger med 4 ukendte, for at få hvert svar. Jeg anbefaler stærkt, at du bruger en videnskabelig regnemaskine til at udføre den nødvendige aritmetik!

Reveal svar Skjul svar

Hvis du har brug for verifikation af dit arbejde, skal du bruge et computersimuleringsprogram som SPICE til at "lave matematikken" for dig.

Bemærkninger:

Der er en masse opsætningsarbejde og aritmetik at gøre ved analysen af ​​disse to kredsløbskonfigurationer. Denne øvelse er ikke kun en grundig anvendelse af netstrømmetoden, men det tjener også som en fremragende applikation til computersimuleringssoftware. Giv dine elever mulighed for at analysere begge disse kredsløb med simuleringssoftware, så de kan sætte pris på kraften i denne teknologi.

Spørg dine elever om dette spørgsmål: "Antag, at en studerende går ind i deres kredsløb i et computersimuleringsprogram, og programmet giver dem et svar, der vides at være forkert. Hvad angiver dette til eleven "meta-tags hidden-print">

Relaterede værktøjer:

Edge Coupled Microstrip Impedance Calculator Pi Attenuator Calculator Temperaturomformer

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →