Likrikterkredsløb

Anonim

Likrikterkredsløb

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

Hvad ville denne permanentmagnet-DC-motor gøre, hvis den drives af en vekselstrømskilde?

Reveal svar Skjul svar

Motoren vil vibrere, da akslen forsøger at rotere frem og tilbage så hurtigt som AC-cyklusserne.

Bemærkninger:

Diskuter dette fænomen med dine elever. Spørg dem, om de kender til andre "polariserede" enheder (DC-only). Spørg dem, hvad de mener, ville være nødvendige for at gøre en DC-only-enhed-funktion på vekselstrøm.

Spørgsmål 3

Hvad ville denne DC-motor med permanent magnet gøre, hvis den drives af følgende kredsløb "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00779x01.png">

Reveal svar Skjul svar

Motoren vil dreje i en retning med et pulserende moment.

Opfølgningsspørgsmål: Identificer polariteten af ​​DC spændingen mellem motorterminalerne.

Bemærkninger:

Spørg dine elever, hvorfor motorens drejningsmoment pulserer i stedet for at være stabil som det ville være, når det drives af et batteri. Er dette nødvendigvis en dårlig ting? Hvordan sammenligner motorens hastighed med at blive drevet af en DC-kilde med samme (RMS-ækvivalent) spænding?

Spørgsmål 4

Hvad ville denne permanentmagnet-DC-motor gøre, hvis den drives af følgende kredsløb?

Reveal svar Skjul svar

Motoren vil rotere i en retning, i hvert fald i et kort øjeblik. Så vil noget i kredsløbet (enten diode eller strømforsyning) mislykkes på grund af for stor strøm!

Opfølgningsspørgsmål: Identificer polariteten af ​​jævnspændingen mellem motorterminalerne i den korte tidsperiode, hvor hele komponenten stadig fungerer.

Bemærkninger:

Spørg dine elever, hvorfor dette kredsløb er selvdestruktivt. Hvis det fungerer som en ensretter til at koble DC-motoren i en kort periode, hvorfor fungerer det ikke på den måde i ubestemt tid? "Panelpanelets standardpanel"

Spørgsmål 5

Nogle billige husstandslamper bruger en diode til at opnå topositionslyskontrol (svag og lys):

Forklar, hvordan dette kredsløb kan gøre lyspæren lysere og lysere.

Reveal svar Skjul svar

Med kontakten i "dim" -positionen modtager lampen kun strøm til halvdelen af ​​AC-cyklusen.

Opfølgningsspørgsmål: Det betyder noget, hvilken vej dioden er orienteret i kredsløbet "noter gemt"> Noter:

Selv om dette kredsløb ikke er meget komplekst, afslører det en anvendelse af diodekorrigering, som ofte overses: strømstyring for ikke-polariserede belastninger. Spørg dine elever, hvordan energieffektiviteten af ​​et kredsløb som denne sammenligner med et reaktiv (resistivt) lysdæmpningskredsløb.

Spørgsmål 6

Spor strømmen af ​​alle strømme i denne halvdel af AC-cyklen (bemærk polaritetssymbolerne nær transformatorens primære viklingsterminaler):

Spor nu strømmen af ​​alle strømme i den anden halvdel af AC-cyklen (bemærk polaritetssymbolerne nær transformatorens primære viklingsterminaler):

Bestem også polariteten af ​​DC spænding over belastningsmodstanden.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål introducerer ikke kun en type fuldbølge-retificeringskreds, men det tjener også som en god gennemgang af transformatorhandlinger og viklingsfasemærker. Jeg har udeladt diagrammer, der viser strømretningen i dette kredsløb, dels fordi de kan bestemmes ved hjælp af belastningsmodstandens spændingspolaritet (vist i svaret) og dels fordi jeg hellere ikke skulle vælge mellem at give et svar i konventionel flow notation versus elektronisk flow notation.

Spørgsmål 7

I denne ensretterkreds er udgangsspændingen mindre end halvdelen af ​​sekundærviklingens nominelle spænding (12 volt). Hvorfor er dette "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00783x01.png">

Find også, om dette er en halvbølge eller en fuldbølge ensretterkreds, og forklar dit svar.

Reveal svar Skjul svar

Kun halvdelen af ​​sekundærviklingen styrer belastningen til enhver tid.

Dette er en fuldbølge ensretter kredsløb.

Udfordringsspørgsmål: Hvad skal der skiftes i dette kredsløb for at gøre det til en halvbølge ensretter?

Bemærkninger:

Hvis dette spørgsmål er forvirrende for nogle studerende, skal du tage tid til at diskutere retningen af ​​alle strømme i kredsløbet gennem begge halvdele af AC-cyklusen. Så skal svaret være tydeligt.

Spørgsmål 8

En meget almindelig form for fuldbølge ensretter kredsløb er broens ensretter . Typisk er den tegnet som en "diamant" af fire dioder:

Tegn forbindelserne i denne illustration for at danne et bro-ensretter kredsløb, modtage strøm fra transformeren og levere strøm til lyspæren:

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Træk retningen af ​​strømme gennem broens ensretter for hver halvkreds af vekselstrømkilden, og bestemm DC-spændingspolariteten på tværs af lyspærens terminaler.

Bemærkninger:

Realistiske forbindelsesproblemer som dette er meget lettere at løse i nærværelse af et skematisk diagram. Hvis du har studerende, der kæmper med dette spørgsmål, skal du sørge for at tage tid til at tegne en skematisk først . At finde et skematisk diagram over en fuldbølge-bridge-ensretterkreds til kopiering er slet ingen udfordring. Som regel giver jeg ikke assistance til studerende med spørgsmål, før de i det mindste har taget dette første skridt, for så ofte slutter de med at svare på deres egne spørgsmål i færd med at tegne et skematisk diagram!

Spørgsmål 9

Bestem den omtrentlige mængde spænding, som hver voltmeter i dette kredsløb vil indikere:

Reveal svar Skjul svar

Bemærk: De spændingslæsninger, der vises af voltmålere, er kun omtrentlige !

Udfordringsspørgsmål: hvordan kunne 58 volt fra (-) til jord elimineres for at tillade jordforbindelse af (-) udgangsterminal "noter skjult"> Noter:

Direkte korrigering af en jordet vekselstrømskilde resulterer i, at signifikant spænding falder mellem enten DC-udgangsleder og jord. Spørg dine elever, hvilke problemer der kan opstå som følge af denne effekt. Hvad med sikkerhed? Spørg dem, hvis de tror 58 volt giver en sikkerhedsrisiko.

Som svar på udfordringsspørgsmålet er det nødvendigt med en slags elektrisk isolering. Der er mere end et svar på dette problem, men absolut en løsning, der er mere populær end de andre.

Spørgsmål 10

En tekniker beslutter at måle udgangsspændingen for et bro-ensretterkredsløb ved hjælp af et oscilloskop. Denne særlige bro-ensretter er forsiden af ​​et koblingsstrømforsyningskreds og korrigerer direkte den indgående 120 volt vekselstrøm uden transformer:

Teknikeren er imidlertid overrasket over, at sikringen blæser hver gang hun tænder strømmen til kredsløbet. Når oscilloskopet er afbrudt fra kredsløbet, blokerer sikringen ikke, og alt fungerer fint. Hvad er der galt? # 10 "> Reveal svar Skjul svar

Oscilloskopets "ground" -klip (alligator-stilklipet, der tjener som det andet elektriske forbindelsespunkt på sonden), er elektrisk almindeligt for oscilloskopets metalchassis, som igen er elektrisk fælles med sikkerhedsledningen på 120 volt Vekselstrømssystem.

Bemærkninger:

Svaret, der er givet her, afslører ikke alt. Eleven skal stadig afgøre, hvorfor jordingen af ​​et af likrikterkredsløbets udgangsterminaler resulterer i en jordfejl, der blæser sikringen. Observationen af ​​et halvbølgesignal med bare sondespidsen, der berører kredsløbet, er det store hint i dette spørgsmål.

Spørgsmål 11

Strømretterkredsløb klassificeres ofte efter deres antal faser, måder og impulser . Tilpas følgende ensretterkredsløb til Phase / Way / Pulse-etiketterne, der er angivet i denne illustration:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Betydningen af ​​disse etiketter kan være forvirrende, så sørg for at diskutere dem grundigt med dine elever. Lad dem fortælle dig, hvilke "faser", "måder" og "impulser" betyder at bruge deres egne ord.

Spørgsmål 12

Bipolære transistorer er yderst nyttige enheder, der tillader en lille elektrisk strøm til at styre strømmen af ​​en meget større elektrisk strøm:

Disse enheder ville være endnu mere nyttige for os, hvis de kunne styre vekselstrøm (AC), men de kan ikke. Bipolære transistorer er polariserede (en-vejs) enheder.

Denne kendsgerning forhindrer os ikke i at bruge bipolære transistorer til at kontrollere AC. Vi skal bare være kloge i, hvordan vi gør det:

Forklar hvordan dette kredsløb fungerer. Hvordan er transistoren (en DC-only device) i stand til at styre vekselstrøm (AC) gennem belastningen "# 12"> Reveal svar Skjul svar

Firediodebroen korrigerer AC-belastningens strøm til DC for at transistoren kan styre.

Bemærkninger:

Normalt tænkes ensretterkredsløb udelukkende som mellemliggende trin mellem AC og DC i sammenhæng med en AC-DC strømforsyning. De har andre anvendelser, dog som det fremgår af dette interessante kredsløb!

Det burde være uden betydning, hvis eleverne endnu ikke har studeret transistorer. Faktisk er det en god ting at give dem en meget kort introduktion til funktionen af ​​en tidligere ukendt komponent og derefter få dem til at undersøge et kredsløb (resten de skal forstå godt) for at fastslå en overordnet funktion. Dette kaldes undertiden "Black Box" -metoden inden for ingeniørfag, og det er nødvendigt, når man arbejder rundt på det nyeste elektroniske udstyr, hvor du praktisk talt garanteres for ikke at forstå de indre funktioner i hvert delsystem og komponent.

Spørgsmål 13

Antag at du skal bygge en fuldbølge-bridge ensretter med en nuværende rating på 2, 5 ampere, men har kun model 1N4001 dioder til at bygge den sammen med. Tegn et skematisk diagram over kredsløbet, der viser, hvordan flere 1N4001-dioder kunne forbindes sammen for at opnå dette:

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Mens dette kredsløb skal fungere (i teorien) vil en eller flere af dioderne i praksis svigte for tidligt på grund af overophedning. Løsningen for dette problem er at forbinde "swamping" modstande i serie med dioderne som denne:

Forklar hvorfor disse modstande er nødvendige for at sikre langdiodelevetid.

Bemærkninger:

Svaret på dette spørgsmål bør ikke være en stor udfordring for jeres elever, selv om opfølgningsspørgsmålet er lidt udfordrende. Spørg dine elever om hvilken formål svampemodstandene tjener i dette kredsløb. Hvad ved vi om strøm gennem dioderne, hvis en eller flere af dem vil mislykkes på grund af overophedning uden svampemodstandene "panelpanelets standardpanel"

Spørgsmål 14

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):

Diode D 1 fejler åben:
Generatorvikling C fejler åben:
Centerforbindelsesforbindelsesgeneratorviklinger fejler åbent:

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

Reveal svar Skjul svar

Diode D 1 fejler åben: Load modtager 2-puls korrektion i stedet for 3-puls, øget spænding på tværs af D 1 .
Generatorvikling C fejler åben: Load modtager 2-puls-korrektion i stedet for 3-puls, ingen strøm gennem D 3 .
Centerforbindelsesforbindelsesgeneratorviklinger fejler åben: Ingen spænding på tværs af en hvilken som helst diode eller på tværs af belastning, ingen strøm gennem nogen diode eller gennem belastning.

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 15

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):

Diode D 3 fejler åben:
Generatorvikling C fejler åben:
Centerforbindelsesforbindelsesgeneratorviklinger fejler åbent:

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

Reveal svar Skjul svar

Diode D 3 fejler åben: Load modtager 5-puls rectifikation i stedet for 6-puls, øget spænding over D 3 .
Generatorlindning C fejler åben: Load modtager 2-puls korrektion i stedet for 6-puls, ingen strøm gennem D 5 eller D 6 .
Centerforbindelsesforbindelsesgeneratorviklinger fejler åben: Ingen spænding på tværs af en hvilken som helst diode eller på tværs af belastning, ingen strøm gennem nogen diode eller gennem belastning.

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 16

Spor strømmen gennem denne ensretterkreds et øjeblik, når AC-kildens polaritet er positiv på højre og negativ til venstre som vist. Sørg for at angive den konvention, du bruger til den aktuelle retning (konventionel eller elektronstrøm):

Marker også spændingsfaldets polaritet over R- belastningen .

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Lad dine elever forklare deres tankegang, når man sporer strømmer og bestemmer spændingsfaldspolariteterne foran klassen for alle at se. Bridge rectifier kredsløb er en, som mange elever finder forvirrende at analysere, og det er derfor værd at bruge tid på i klassen for fuldt ud at forstå.

Spørgsmål 17

Spor strømmen igennem denne ensretterkreds et øjeblik, når AC-kildens polaritet er positiv på venstre og negativ til højre som vist. Sørg for at angive den konvention, du bruger til den aktuelle retning (konventionel eller elektronstrøm):

Marker også spændingsfaldets polaritet over R- belastningen .

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Lad dine elever forklare deres tankegang, når man sporer strømmer og bestemmer spændingsfaldspolariteterne foran klassen for alle at se. Bridge rectifier kredsløb er en, som mange elever finder forvirrende at analysere, og det er derfor værd at bruge tid på i klassen for fuldt ud at forstå.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →