Filtre active

Filtre passe bas actif (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Filtre active

Circuite integrate analogice


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Cu atenție măsurați și înregistrați toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii și curentului.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Evitați utilizarea modelului 741 op-amp, cu excepția cazului în care doriți să contestați abilitățile de proiectare a circuitelor. Există mai multe versatil op-amp modele disponibile în mod obișnuit pentru începători. Vă recomandăm LM324 pentru circuitele de curent continuu și cu frecvență joasă și proiectele TL082 pentru AC care implică semnale audio sau frecvențe mai mari.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului. Vă recomand valori rezistor între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

În termeni foarte simpli, calitativi, rata impedanței condensatoarelor și inductorilor ca fiind "văzută" de semnalele de joasă frecvență și frecvență înaltă:

Capacitor, deoarece "apare" la un semnal de frecvență joasă: (sau) impedanță?
Capacitor ca "apare" la un semnal de înaltă frecvență: (sau) impedanță?
Inductorul pe măsură ce "apare" la un semnal de frecvență joasă: (sau) impedanță?
Inductorul pe măsură ce "apare" la un semnal de înaltă frecvență: (sau) impedanță?
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Capacitor, deoarece "apare" la un semnal de frecvență joasă: impedanță ridicată .
Capacitor, deoarece "apare" la un semnal de înaltă frecvență: impedanță redusă .
Inductorul pe măsură ce "apare" la un semnal de frecvență joasă : impedanță redusă .
Inductorul pe măsură ce "apare" la un semnal de înaltă frecvență: impedanță ridicată .

Întrebare provocare: ce înseamnă un condensator "apare" ca la un semnal DC ?

Note:

Întrebați elevilor dvs. cum au ajuns la răspunsurile lor pentru aceste evaluări calitative. Dacă au întâmpinat dificultăți în înțelegerea relației de frecvență cu impedanța pentru componentele reactive, vă sugerez să lucrați cu ecuațiile de reactanță calitativ cu ele. Cu alte cuvinte, evaluați fiecare dintre formulele de reactanță (X L = 2 πf L și X C = (1 / (2 πf C))) în termeni de creștere și descreștere, pentru a înțelege modul în care fiecare dintre aceste componente reacționează la reacțiile cu valoare redusă, și semnale de înaltă frecvență.

Întrebarea 3

Desenați graficul Bode pentru un circuit filtru ideal pentru trecerea superioară:

Asigurați-vă că notați "frecvența de decuplare" a plotului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: un filtru teoretic cu acest tip de răspuns idealizat este denumit uneori un filtru de "perete de cărămidă". Explicați de ce acest nume este potrivit.

Note:

Câmpul dat în răspuns, desigur, este pentru un filtru ideal pentru trecerea înaltă, unde toate frecvențele de mai jos sunt blocate și toate frecvențele de mai sus sunt depășite. În realitate, circuitele de filtrare nu ating niciodată acest răspuns ideal "de margine pătrată". Discutați posibilele aplicații ale unui astfel de filtru cu elevii dvs.

Provocați-le să deseneze parcelele Bode pentru filtre ideale pentru bandă și band-stop . Exerciții precum acest lucru ajută într-adevăr să clarifice scopul circuitelor de filtrare. În caz contrar, există o tendință de a pierde perspectiva a ceea ce ar trebui să facă circuitele reale de filtrare, cu parcelele lor complexe Bode și analizele matematice corespunzătoare.

Întrebarea 4

Desenați graficul Bode pentru un circuit ideal pentru filtrul low-pass:

Asigurați-vă că notați "frecvența de decuplare" a plotului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: un filtru teoretic cu acest tip de răspuns idealizat este denumit uneori un filtru de "perete de cărămidă". Explicați de ce acest nume este potrivit.

Note:

Câmpul dat în răspuns, desigur, este pentru un filtru ideal de trecere joasă, unde toate frecvențele de mai jos sunt depășite și toate frecvențele de mai sus sunt blocate. În realitate, circuitele de filtrare nu ating niciodată acest răspuns ideal "de margine pătrată". Discutați posibilele aplicații ale unui astfel de filtru cu elevii dvs.

Provocați-le să deseneze parcelele Bode pentru filtre ideale pentru bandă și band-stop . Exerciții precum acest lucru ajută într-adevăr să clarifice scopul circuitelor de filtrare. În caz contrar, există o tendință de a pierde perspectiva a ceea ce ar trebui să facă circuitele reale de filtrare, cu parcelele lor complexe Bode și analizele matematice corespunzătoare.

Întrebarea 5

Identificați ce tip de filtru este acest circuit și calculați frecvența sa de cutoff având valoarea rezistorului de 1 kΩ și valoarea condensatorului de 0, 22 μF:

Calculați impedanța atât a rezistorului cât și a condensatorului la această frecvență. Ce observi despre aceste două valori ale impedanței "# 5"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Acesta este un filtru trece- jos.

f cutoff = 723, 4 Hz

Note:

Asigurați-vă că îi adresați studenților unde au găsit formula de frecvență cutoff pentru acest circuit filtru.

Când elevii calculează impedanța rezistorului și a condensatorului la frecvența de cutoff, trebuie să observe ceva unic. Întrebați elevii dvs. de ce aceste valori sunt ceea ce se află la frecvența cutoff. Este doar o coincidență sau ne spune mai multe despre modul în care este definită "frecvența de cutoff" pentru un circuit RC?

Întrebarea 6

Filtrele reale nu prezintă niciodată răspunsuri perfecte de tip plot Bode. Un circuit tipic filtru low-pass, de exemplu, ar putea avea un răspuns de frecvență care arată astfel:

Ce se referă la termenul " rolloff", în contextul circuitelor de filtrare și al parcelelor Bode "# 6"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

"Rolloff" se referă la panta parcelei Bode din intervalul de atenuare a circuitului filtru, exprimat în unități de decibeli pe octavă (dB / octavă) sau decibeli pe decadă (dB / decadă):

Note:

Atrageți atenția studenților la scara utilizată pe acest grafic Bode. Aceasta se numește o scară log-log, în care nici axa verticală, nici cea orizontală nu este marcată liniar. Această scalare permite să se afișeze o gamă foarte largă de condiții pe un grafic relativ mic și este foarte comun în analiza circuitului de filtrare.

Întrebarea 7

Identificați factorul (ele) care determină frecvența de cutoff a acestui circuit filtrant pasiv:

Dați o ecuație exactă care prezice frecvența cutoff a acestui circuit filtru și identificați, de asemenea, ce tip de filtru este.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acesta este un circuit filtru de trecere de mare viteză, cu o frecvență de cutoff de:

f -3 dB = 1


2 πR C

Note:

Nimic nu este aici, doar o revizuire a circuitelor pasive ale filtrelor RC.

Întrebarea 8

În acest circuit filtrant pasiv, cum va fi afectată frecvența de deconectare a filtrului de modificările rezistenței la sarcină? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00701x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

f cutoff va crește pe măsură ce rezistența de sarcină scade.

Note:

Cereți studenților dvs. să definească ce înseamnă "frecvența cutoff". Există mai multe definiții: una bazată pe tensiunea de ieșire și una bazată pe puterea de ieșire. Când este definită în termeni de putere, frecvența de cutoff este uneori descrisă ca f -3 dB .

Întrebarea 9

În acest circuit filtru activ, cum va fi afectată frecvența de deconectare a filtrului de modificările rezistenței la sarcină? Fiți la fel de specifici în răspunsul dvs.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

f cutoff nu este afectată de modificările rezistenței la sarcină.

Următoarele întrebări: explicați rolul opampului în asigurarea imunității la circuitul filtrului din modificările de rezistență la sarcină. Cum realizează acest lucru "observații ascunse"> Note:

Întrebați-vă studenților ce este funcția opului, luată de el însuși. Ce numim un opamp care are ieșirea direct conectată la intrarea inversoare? Cum se referă această funcție și numele la acordarea imunității impedanței de sarcină în circuitul filtru prezentat în întrebare?

Întrebarea 10

În acest circuit de filtrare, cum va fi afectată frecvența de deconectare a filtrului de modificările poziției potențiometrului? Fiți la fel de specifici în răspunsul dvs.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aceasta este o întrebare "truc": f cutoff nu este afectat de schimbări în poziția potențiometrului.

Următoarea întrebare: ce se schimbă când ștergătorul de potențiometru este deplasat înainte și înapoi de-a lungul gamei de ajustare "note notes hidden"> Note:

Întrebați-vă pe studenți ce este funcția op-amp (cu feedback-ul potențiometrului), luată de la sine. Dacă nu există nici un circuit de filtru în loc, dar V conectat direct la intrarea non-inversoare a op-ampului, ce funcție ar servi reglajul potențiometrului?

Întrebarea 11

Determinați tipul (LP, HP, BP, BS) și frecvența de cutoff a acestui circuit filtru activ:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acesta este un circuit filtru trece-jos.

f- 3dB = 7, 95 kHz

Următoarea întrebare: explicați care este scopul rezistorului de reacție de 9, 1 kΩ, deoarece tot ceea ce folosim opampul este oricum un tampon de tensiune (care teoretic nu necesită rezistență în buclă de feedback). Mai mult, explicați modul în care teorema suprapunerii este utilizată pentru a determina valoarea optimă a acestei rezistențe de feedback.

Note:

Întrebați elevii dvs. să explice cum au ajuns la răspunsurile lor: ce formule au folosit și cum au determinat tipul de circuit filtru care este "panelul de lucru panou panou panou implicit" itemscope>

Întrebarea 12

Determinați tipul (LP, HP, BP, BS) și frecvența de cutoff a acestui circuit filtru activ:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acesta este un circuit filtru de trecere.

f- 3dB = 482, 3 Hz

Următoarea întrebare: rețeaua de rezistori de reacție, compusă din rezistoarele de 52 kΩ și 91 kΩ, nu numai că oferă un câștig de 1, 75 (4, 86 dB), dar aceste valori au fost de asemenea alese intenționat pentru a compensa efectele curentului de părtinire DC prin intrarea optică terminale. Veți observa că combinația paralelă de 52 kΩ și 91 kΩ este aproximativ egală cu 33 kΩ. Explicați de ce acest lucru este semnificativ în raport cu teorema suprapunerii.

Note:

Întrebați elevii dvs. să explice cum au ajuns la răspunsurile lor: ce formule au folosit și cum au determinat tipul de circuit filtru care este "panelul de lucru panou panou panou implicit" itemscope>

Întrebarea 13

Comparați câștigurile de tensiune ale acestor două circuite opamp:

Care dintre ele are mai mare A V, și de ce "# 13"> Reveal răspuns Ascunde răspuns

Acest circuit opamp are câștig de tensiune mai mare, deoarece raportul său ((Z feedback ) / (Z input )) este mai mare.

Note:

Este comun pentru a vedea impedanțele reprezentate ca cutii, în cazul în care componentele lor constitutive nu sunt germane la funcționarea circuitului.

Întrebarea 14

Descrieți ce se va întâmpla cu impedanța atât a condensatorului cât și a rezistorului, pe măsură ce crește frecvența semnalului de intrare:

De asemenea, descrieți ce rezultat va avea schimbarea impedanțelor la câștigul de tensiune al circuitului op-amp. Dacă amplitudinea semnalului de intrare rămâne constantă pe măsură ce crește frecvența, ce se va întâmpla cu amplitudinea tensiunii de ieșire "# 14"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Deoarece frecvența lui V crește, ZC scade și Z R rămâne neschimbată. Acest lucru va duce la o amplificare A V pentru circuitul amplificatorului.

Următoarele întrebări: în mod normal, se calculează frecvența de cutoff a unui circuit simplu filtru RC prin determinarea frecvenței la care R = X C. Aici, lucrurile sunt puțin diferite. Determinați câștigul de tensiune (A V ) când R = X C și determinați, de asemenea, trecerea fazei de la intrare la ieșire.

Întrebarea nr. 1: explicați de ce schimbarea de fază de la intrare la ieșire pentru acest circuit este întotdeauna constantă, indiferent de frecvența semnalului.

Întrebarea nr. 2: explicați de ce acest tip de circuit este de obicei echipat cu un rezistor cu valoare mică (R 1 ) în serie cu condensatorul de intrare:

Note:

Răspunsul pe care l-am dat este corect din punct de vedere tehnic, dar există o limită practică aici. După cum știm, câștigul intrinsec al unui op-amp nu rămâne constant, pe măsură ce frecvența semnalului crește. Cereți elevilor să descrie impactul acestui fenomen asupra performanțelor circuitului la frecvențe foarte ridicate.

Într-o altă notă, același circuit op-amp este cunoscut printr-un anumit nume atunci când este utilizat cu semnale de intrare DC. Întrebați-vă elevilor ce se numește acest design de circuit.

Întrebarea 15

Descrieți ce se va întâmpla cu impedanța atât a condensatorului cât și a rezistorului, pe măsură ce crește frecvența semnalului de intrare:

De asemenea, descrieți ce rezultat va avea schimbarea impedanțelor la câștigul de tensiune al circuitului op-amp. Dacă amplitudinea semnalului de intrare rămâne constantă pe măsura creșterii frecvenței, ce se va întâmpla cu amplitudinea tensiunii de ieșire "# 15"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Deoarece frecvența lui V crește, ZC scade și Z R rămâne neschimbată. Aceasta va duce la scăderea A V pentru circuitul amplificatorului.

Întrebare de provocare: explicați de ce acest tip de circuit este de obicei echipat cu un rezistor cu valoare mare (R 2 ) în paralel cu condensatorul de feedback:

Note:

Același circuit op-amp este cunoscut printr-un anumit nume atunci când este utilizat cu semnale de intrare DC. Întrebați-vă elevilor ce se numește acest design de circuit. Atunci când primiți un semnal de intrare DC, ce funcție funcționează "panoul de lucru al panoului panoului de panou implicit" itemscope>

Întrebarea 16

Aproximativ câștigurile de tensiune ale acestui circuit filtru activ la f = 0 și f = ∞ (presupun comportamentul ideal op-amp):

Aproximativ câștigurile de tensiune ale acestui alt circuit "filtru activ" la f = 0 și f = ∞ (presupun comportamentul ideal op-amp):

Ce tip de funcție de filtrare (low pass, trecere înaltă, bandă, oprire bandă) este furnizată de ambele circuite de filtrare "# 16"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Acestea sunt ambele filtre low pass. Circuitul cu condensatorul de șunt este cel mai practic, deoarece câștigul său de tensiune rămâne finit pentru toate frecvențele posibile ale semnalului de intrare:

Note:

Discutați cu elevii dvs. metodele de determinare a tipului de filtru. Cum au abordat această problemă, pentru a vedea ce tip de filtru ambele aceste circuite au fost "workheetpanel panel panel-default" itemscope>

Întrebarea 17

Aproximativ câștigurile de tensiune ale acestui circuit filtru activ la f = 0 și f = ∞ (presupun comportamentul ideal op-amp):

Aproximativ câștigurile de tensiune ale acestui alt circuit "filtru activ" la f = 0 și f = ∞ (presupun comportamentul ideal op-amp):

Ce tip de funcție de filtrare (trecere redusă, trecere înaltă, bandă, oprire bandă) este furnizată de ambele circuite de filtrare "# 17"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Acestea sunt ambele filtre de trecere înaltă. Circuitul cu condensatorul de serie este cel mai practic, deoarece câștigul de tensiune rămâne finit pentru toate frecvențele posibile ale semnalului de intrare:

Note:

Discutați cu elevii dvs. metodele de determinare a tipului de filtru. Cum au abordat această problemă, pentru a vedea ce tip de filtru ambele aceste circuite au fost "workheetpanel panel panel-default" itemscope>

Întrebarea 18

Identificați funcția acestui filtru activ:

Este trecere redusă, trecere în bandă largă, bandă sau bandă oprire "# 18"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Acesta este un circuit de filtrare a benzii.

Note:

Discutați cu elevii dvs. metodele de determinare a tipului de filtru. Cum au abordat această problemă, pentru a vedea ce tip de filtru a fost acest circuit? Determinarea identificării unui filtru "bandă" este mai dificilă decât în ​​cazul unui circuit filtru de joasă sau înaltă trecere, deoarece comportamentul este aproximativ același la ambele extreme ale intervalului de frecvență.

Întrebarea 19

Identificați funcția acestui filtru activ:

Este trecere redusă, trecere în bandă largă, bandă sau oprire bandă "# 19"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Acesta este un circuit de oprire a benzii.

Întrebare de provocare: cât de mult câștig de tensiune are acest amplificator au la rezonanță? Cât de mult câștig de tensiune are la f = 0 și f = ∞, dacă cele două valori rezistor sunt egale?

Note:

Dacă unii studenți au dificultăți în analizarea funcției acestui circuit, cereți-i să identifice impedanța totală a unui inductor și a unui condensator conectat în serie la rezonanță, apoi transferă acea cantitate de impedanță circuitului pentru a vedea ce efecte va fi la frecvența rezonantă .

Întrebarea 20

O topologie de filtru activă foarte populară este numită Sallen-Key . Sunt prezentate aici două exemple de circuite de filtrare active Sallen-Key:

Determinați care dintre aceste filtre Sallen-Key este low pass și care este trecerea înaltă. Explicați-vă răspunsurile.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Primul filtru arătat este low pass, în timp ce al doilea filtru arătat este trecătorul înalt.

Întrebare provocare: Care este scopul rezistor R 3 în fiecare circuit "note ascunse"> Note:

Cuvântul "topologie" poate fi ciudat pentru elevii dvs. Dacă vreunul dintre ei vă întreabă ce înseamnă, întrebați-i dacă dețin un dicționar!

Ca toate celelalte circuite de filtrare active, caracteristica fundamentală a fiecărui filtru poate fi determinată prin analiza calitativă la f = 0 și f = ∞. Aceasta este o formă de experiment de gândire : determinarea caracteristicilor unui circuit prin imaginarea efectelor anumitor condiții date, urmând prin analiza bazată pe "principiile primare" ale circuitelor, mai degrabă decât prin cercetarea funcției dorite a circuitului.

Rezistorul R 3 nu este de fapt esențial pentru funcționarea circuitului, dar este în mod normal găsit în filtrele Sallen-Key oricum. Dacă face analiza circuitului mai simplă, spuneți elevilor dvs. că pot înlocui rezistența cu un fir drept în schema lor schematică.

Întrebarea 21

În literatura de design activă și pasivă a filtrelor, frecvent întâlniți circuite de filtrare clasificate ca fiind unul din trei nume diferite:

Cebîșev
Butterworth
Bessel

Descrieți ce înseamnă fiecare dintre aceste nume. Ce, exact, distinge un circuit de filtrare "Chebyshev" de la un circuit filtru "Butterworth"?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Fiecare dintre acești termeni descrie mai degrabă o clasă de răspunsuri de filtrare decât o configurație de circuit specifică (topologie). Forma plotului Bode pentru un circuit filtru este factorul determinant pentru faptul că va fi un filtru "Chebyshev", "Butterworth" sau "Bessel".

Note:

I-am omorat intenționat pe Bode exemple pentru aceste trei clasificări ale filtrelor. Prezentarea și examinarea parcelelor Bode este o activitate adecvată pentru timpul de discuție. Desenați un set de axe de plotare Bode pe tablă albă, apoi faceți elevii să elaboreze parcele Bode aproximative pentru fiecare răspuns al filtrului, așa cum a fost determinat din cercetarea lor.

Întrebarea 22

Alegeți valori adecvate pentru acest circuit filtru de trecere Sallen-Key pentru a da o frecvență de cutoff de 7 kHz cu un răspuns "Butterworth":

f -3dB = √2


2 πR C

O bună orientare pe care trebuie să o urmați este să vă asigurați că impedanța componentelor (Z R sau Z C ) la frecvența de cutoff nu este mai mică de 1 kΩ sau mai mare de 100 kΩ.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că acesta este doar un set posibil de valori ale componentelor:

C = 3, 3 nF
R = 9, 744 kΩ
R / 2 = 4, 872 kΩ

Următoarea întrebare: cum ați sugera că obținem valorile de rezistență precise necesare pentru a construi acest circuit "note notes hidden"> Note:

Pentru ca elevii să rezolve pentru R, ei trebuie să manipuleze algebric formula de cutoff. Întrebați-i de ce am putea alege o valoare standard pentru capacitate și apoi calculam o valoare nestandard pentru rezistență. De ce nu invers (mai intai alege R, apoi calculeaza C)?

Întrebarea 23

Alegeți valori corespunzătoare pentru acest circuit filtru de trecere Sallen-Key pentru a da o frecvență de cutoff de 4, 2 kHz cu un răspuns "Butterworth":

f -3dB = 1


2 √2 πR C

O bună orientare pe care trebuie să o urmați este să vă asigurați că impedanța componentelor (Z R sau Z C ) la frecvența de cutoff nu este mai mică de 1 kΩ sau mai mare de 100 kΩ.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că acesta este doar un set posibil de valori ale componentelor:

C = 0, 0047 uF
2C = 0, 0094 μF
R = 5, 701 kΩ
2R = 11.402 kΩ

Următoarele întrebări: în timp ce 0, 0047 μF este o dimensiune comună a condensatorului, 0, 0094 μF nu este. Explicați cum ați putea obține această valoare precisă a capacității necesare pentru a construi acest circuit.

Note:

Pentru ca elevii să rezolve pentru R, ei trebuie să manipuleze algebric formula de cutoff. Întrebați-i de ce am putea alege o valoare standard pentru capacitate și apoi calculam o valoare nestandard pentru rezistență. De ce nu invers (mai întâi alegeți R, apoi calculați C) "panoul panoului de lucru panoul panoului panou implicit" itemscope>

Întrebarea 24

O rețea populară de filtrare pasivă numită " twin-tee" este adesea cuplată cu un amplificator operațional pentru a produce un circuit activ de filtrare. Două exemple sunt prezentate aici:

Identificați care dintre aceste circuite este bandă-trecere și care este stop-bandă. De asemenea, identificați tipul de răspuns oferit în mod obișnuit numai de rețeaua twin-tee și modul în care răspunsul este exploatat pentru a face două tipuri diferite de răspunsuri active ale filtrelor.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Primul filtru arătat este un opritor de bandă, în timp ce al doilea filtru arătat este o bandă.

Note:

Ca toate celelalte circuite de filtrare active, caracteristica fundamentală a fiecărui filtru poate fi determinată prin analiza calitativă la f = 0 și f = ∞.

Un concept interesant la locul de muncă aici este inversarea unei funcții prin plasarea în bucla de feedback a unui circuit opamp feedback-negativ. Ce este un filtru de oprire bandă, prin el însuși, forțează ca opampul să fie un band-pass dacă este plasat în calea de semnal de feedback negativ. Discutați acest concept foarte important cu elevii dvs., deoarece aceasta nu este cu siguranță singura aplicație pentru el!

Întrebarea 25

Singerii care doresc să practice cântând muzică populară consideră că este util următorul circuit eliminator vocal :

Circuitul funcționează pe principiul că piesele vocale sunt de obicei înregistrate printr-un singur microfon la studioul de înregistrare și astfel sunt reprezentate în mod egal pe fiecare canal al unui sistem stereo de sunet. Acest circuit elimină în mod eficient piesa vocală din cântec, lăsând doar muzica să fie auzită prin căști sau difuzor.

Amplificatoarele operaționale U 1 și U 2 asigură tampon de intrare astfel încât celelalte circuite optice să nu încarce excesiv semnalele de intrare pe canalul stâng și la dreapta. Opamp U 3 efectuează funcția de scădere necesară eliminării piesei vocale.

S-ar putea să credeți că aceste trei opamps-uri ar fi suficiente pentru a face un circuit eliminator vocal, dar există o caracteristică mai necesară. Nu numai că este piesa vocală comună pentru ambele canale stânga și dreapta, dar este și cea mai mare parte a basurilor (cu frecvență redusă). Astfel, primele trei opampe (U 1, U 2 și U 3 ) elimină atât semnalele vocale, cât și cele de bas de la ieșirea la ieșire, ceea ce nu este ceea ce dorim.

Explicați cum celelalte trei opamuri (U 4, U 5 și U 6 ) funcționează pentru a restabili tonurile de bas pentru ieșire, astfel încât acestea să nu se piardă împreună cu melodia vocală.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Vă voi lăsa să înțelegeți funcția opamps U 4, U 5 și U 6 pe cont propriu!

Note:

Acest circuit ilustrează nu numai o aplicare clară a opamps-urilor, ci și un design modular de circuit operațional, în care fiecare opamp (și componentele pasive de susținere) îndeplinește exact o sarcină.

Întrebarea 26

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit filtru activ va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Capacitorul C 1 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 1 :
Conductor de lipire (scurt) peste condensator C 1 :
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Rezistor R 3 nu funcționează deschis:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu funcționează deschis: circuitul filtrului oprește filtrarea, trece toate frecvențele.
Capacitorul C 1 nu funcționează deschis: nici o ieșire de semnal în circuit.
Rețea de legătură (scurt) peste rezistor R 1 : Nici o ieșire de semnal în circuit.
Portul de lipire (scurt) pe condensator C 1 : Circuitul filtrului oprește filtrarea, trece toate frecvențele.
Rezistorul R 2 nu funcționează deschis: Cresterea tensiunii circuitului scade la valoarea de 1 (0 dB).
Rezistor R 3 nu se deschide: Circuitul filtrului emite valuri pătrate la toate frecvențele.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 27

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit filtru activ va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Capacitorul C 1 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 1 :
Conductor de lipire (scurt) peste condensator C 1 :
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Rezistor R 3 nu funcționează deschis:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: nici o ieșire de semnal în circuit.
Capacul C 1 nu funcționează deschis: circuitul de filtrare oprește filtrarea, trece toate frecvențele.
Poziția de lipire (scurt) peste rezistența R 1 : Circuitul filtrului oprește filtrarea, trece toate frecvențele.
Zona de lipire (scurt) pe condensator C 1 : Nici o ieșire de semnal în circuit.
Rezistorul R 2 nu funcționează deschis: Cresterea tensiunii circuitului scade la valoarea de 1 (0 dB).
Rezistor R 3 nu se deschide: Circuitul filtrului emite valuri pătrate la toate frecvențele.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 28

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit diferențiat activ va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Capacitorul C 1 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 1 :
Conductor de lipire (scurt) peste condensator C 1 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: semnalul de ieșire este întotdeauna un val pătrat.
Capacul C 1 nu este deschis: nici un semnal de ieșire.
Poziție de lipire (scurt) peste rezistor R 1 : Nici un semnal de ieșire la toate.
Rețea de legătură (scurt) pe condensator C 1 : Semnalul de ieșire este întotdeauna un val pătrat.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 29

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit filtru activ va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Capacitorul C 1 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 1 :
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 2 :
Conductor de lipire (scurt) peste condensator C 1 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: nici un semnal de ieșire.
Rezistor R 2 nu funcționează deschis: Saturații de ieșire (fie pozitive, fie negative) când există tensiune de intrare DC la circuit.
Capacitorul C 1 nu se deschide: nici o acțiune de filtrare, nu funcționează decât ca un amplificator cu câștig fix.
Poziția de lipire (scurt) pe rezistorul R 1 : Semnalul de ieșire este întotdeauna un val pătrat.
Pâlnie de lipire (scurt) peste rezistor R 2 : Nici un semnal de ieșire deloc.
Pâslă de lipire (scurt) pe condensator C 1 : Nici un semnal de ieșire deloc.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 30

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit filtru activ va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Capacitorul C 1 nu funcționează deschis:
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 1 :
Parte de lipire (scurt) peste rezistor R 2 :
Conductor de lipire (scurt) peste condensator C 1 :

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: nici un semnal de ieșire.
Rezistorul R 2 nu este deschis: semnalul de ieșire este întotdeauna un val pătrat.
Capacul C 1 nu este deschis: nici un semnal de ieșire.
Rețea de legătură (scurt) pe rezistența R 1 : Semnalul de ieșire este un val pătrat la frecvențe înalte (câștig prea mare de frecvență).
Pâlnie de lipire (scurt) peste rezistor R 2 : Nici un semnal de ieșire deloc.
Pâlnie de lipire (scurt) pe condensator C 1 : Nici o acțiune de filtrare, nu funcționează decât ca un amplificator cu câștig fix.

Note:

Scopul acestei întrebări este abordarea domeniului de depanare a circuitelor dintr-o perspectivă de a ști ce este vina, mai degrabă decât să știm doar ce sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum acest lucru ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări care îi cer elevilor să identifice greșelile posibile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 31

Acest circuit de eliminare vocală a funcționat foarte bine, dar într-o zi, părea să-și piardă foarte mult basul. Ea și-a făcut încă treaba de a elimina piesa vocală, dar în loc să audă întreaga gamă de tonuri muzicale, a reprodus frecvențele înalte, în timp ce tonurile de frecvență joasă au fost pierdute:

Identificați următoarele posibilități de avarie:

Un eșec de rezistență (fie deschis sau scurtcircuitat) care ar putea provoca acest lucru:

Un eșec condensator (fie deschis, fie scurtcircuitat) care ar putea cauza acest lucru:

Un eșec de opamp care ar putea cauza acest lucru să se întâmple:

Pentru fiecare dintre aceste erori propuse, explicați de ce s-ar pierde tonurile de bas.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că următoarea listă nu este exhaustivă. Adică pot fi posibile alte defecte ale componentelor!

Un eșec al rezistenței (fie deschis, fie scurtcircuitat) care ar putea cauza acest lucru: R 8 nu a reușit să funcționeze.

Un defect de condensator (fie deschis, fie scurtcircuitat) care ar putea cauza acest lucru: C 2 nu a fost scurtat.

Un eșec de opamp care ar putea cauza acest lucru: U 4 a eșuat.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au identificat defecțiunile propuse și, de asemenea, modul în care au reușit să identifice componente care trebuie să funcționeze în continuare în mod corespunzător.

Întrebarea 32

Acest circuit eliminator vocal a funcționat foarte bine, dar într-o zi a încetat eliminarea piesei vocale. Tonul muzicii a sunat puțin pe bas, iar piesa vocală era acolo, când nu trebuia să fie acolo:

Identificați următoarele posibilități de avarie:

Un eșec de rezistență (fie deschis sau scurtcircuitat) care ar putea provoca acest lucru:

Un eșec de opamp care ar putea cauza acest lucru să se întâmple:

Pentru fiecare dintre aceste erori propuse, explicați de ce s-ar pierde tonurile de bas.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că următoarea listă nu este exhaustivă. Adică pot fi posibile alte defecte ale componentelor!

Un eșec de rezistență (fie deschis sau scurtcircuitat) care ar putea cauza acest lucru: R 2 a eșuat.

Un eșec de opamp care ar putea cauza acest lucru: U 2 a eșuat.

Note:

Cereți studenților dvs. să explice modul în care au identificat defecțiunile propuse și, de asemenea, modul în care au reușit să identifice componente care trebuie să funcționeze în continuare în mod corespunzător.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →