Aparate optoelectronice

Router CNC Mantech M4.5kw 3050x1520x200 (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Aparate optoelectronice

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


Intrebarea 1

În acest circuit, motorul electric ar trebui să se aprindă ori de câte ori fotoceluia de sulfură de cadmiu este întunecată:

Din nefericire, însă, motorul refuză să pornească indiferent de cât de puțină lumină lovește celula foto. În încercarea de a depana circuitul, un tehnician măsoară tensiunea dintre bornele colectorului și emițătorului tranzistorului cu fotocelula acoperită de o bucată de bandă întunecată și măsoară tensiunea maximă a bateriei. De asemenea, tehnicianul măsoară tensiunea între bornele colectorului și bornele de bază ale tranzistorului și măsoară tensiunea maximă a bateriei. În acel moment, tehnicianul renunță și vă înmânează problema.

Pe baza acestor informații, ce bănuiți că este defect în acest circuit și cum puteți determina locația exactă a erorii "# 1"> Răspuns dezvăluiți Ascundeți răspunsul

Bateria și conexiunile acesteia cu restul circuitului sunt în stare bună. De asemenea, știm că motorul nu a eșuat deschis. În toate probabilitățile, tranzistorul nu este "spus" să pornească.

Note:

Este la fel de important ca elevii dvs. să poată identifica ceea ce nu este defăimat într-un sistem, pentru ca aceștia să poată identifica ceea ce este defăimat. Înlocuirea componentelor care nu sunt defecte este costisitoare și risipitoare!

O parte esențială a răspunsului la această întrebare este ceea ce face fotocelula atunci când lumina o lovește. Evident, aceasta suferă o schimbare în rezistența electrică, dar în ce mod? Acesta este un lucru pe care elevii dvs. trebuie să îl determine înainte de a putea depana cu succes sistemul. Dacă ei nu înțeleg ce ar trebui să facă sistemul, ei vor fi neajutorați în interpretarea a ceea ce face în prezent.

intrebarea 2

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. Măsurați și înregistrați cu atenție toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului, selectând valorile rezistorului suficient de mari pentru a face ca deteriorarea tuturor componentelor active să fie puțin probabilă.
  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.

Când elevii au început să învețe despre dispozitivele cu semiconductori și sunt cel mai probabil să le deterioreze prin conexiuni necorespunzătoare în circuitele lor, recomand să experimenteze componente mari de putere (diode rectificative 1N4001, tranzistoare de putere TO-220 sau TO-3, etc.) și utilizarea unor surse de alimentare cu baterii uscate, mai degrabă decât a unei surse de alimentare la bord. Acest lucru scade probabilitatea deteriorării componentelor.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului (la capătul superior) și pentru a evita epuizarea tranzistorului (la capătul inferior). Vă recomandăm rezistențe 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 elevilor să vă urmeze cursul?

Dacă elevii dvs. vor lucra cu circuite reale, atunci ar trebui să învețe pe circuite reale ori de câte ori este posibil. Dacă obiectivul dvs. este de a educa fizicienii teoreticieni, atunci stați cu analiză abstractă, prin toate mijloacele! Dar majoritatea dintre noi intenționăm ca elevii noștri să facă ceva în lumea reală cu educația pe care o oferim. Timpul "risipit" petrecut în construirea circuitelor reale va plăti dividende uriașe când va veni timpul ca ei să-și aplice cunoștințele în probleme practice.

În plus, dacă elevii își construiesc propriile probleme de practică, îi învață cum să efectueze cercetări primare, permițându-le astfel să își continue educația electrică / electronică în mod autonom.

În majoritatea științelor, experimentele realiste sunt mult mai dificilă și mai costisitoare decât circuitele electrice. Fizica nucleară, biologia, geologia și profesorii de chimie ar dori doar să aibă posibilitatea ca studenții lor să aplice matematică avansată la experimente reale care nu prezintă pericol pentru siguranță și costă mai puțin decât un manual. Nu pot, dar poți. Exploatați comoditatea inerentă științei voastre și obțineți-i pe acei studenți care lucrează în matematică pe o mulțime de circuite reale!

Întrebarea 3

Luminozitatea caracteristică colorată de la o lumină electrică cu descărcare în gaz este rezultatul energiei emise de electroni în atomii de gaz, deoarece acestea cad din stările "excitate" la nivel înalt la starea lor naturală ("la sol"). Ca regulă generală a comportamentului cu electroni, aceștia trebuie să absoarbă energia dintr-o sursă externă pentru a sări într-un nivel superior și eliberează acea energie după revenirea la nivelul inițial.

Având în vedere existența acestui fenomen, ce suspectați că se poate întâmpla în interiorul unei joncțiuni PN, deoarece efectuează un curent electric?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Nodurile PN emite energia unei lungimi de undă caracteristice atunci când conduc curentul. Pentru unele tipuri de joncțiuni PN, lungimile de undă se află în intervalul vizibil de lumină.

Următoarea întrebare: ce aplicație practică vă puteți gândi pentru acest fenomen?

Note:

Aplicarea practică a acestui fenomen ar trebui să fie evidentă și este foarte obișnuită în echipamentele electronice moderne. Discutați cu elevii dvs. cu privire la eficiența energetică a acestei emisii de lumină în comparație cu o lampă cu incandescență.

Întrebarea 4

Ce determină culoarea unui LED?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tipul materialelor semiconductoare utilizate pentru a face joncțiunea PN determină culoarea luminii emise.

Întrebare la întrebare: descrieți relația dintre culoarea LED-urilor și tensiunea de referință tipică, în ceea ce privește frecvența fotonilor, energia și decalajul de bandă semiconductoare.

Note:

Cereți studenților dvs. să identifice unele materiale și culori obișnuite cu LED-uri și, bineînțeles, să le citeze sursele așa cum le fac. Întrebarea provocată poate fi răspunsă rapid prin experimentarea cu diferite culori LED, deși o explicație bazată pe fizică va necesita o cercetare suplimentară. Acest tip de experiment este foarte ușor de desfășurat împreună în clasă.

Dacă timpul o permite, ați dori să menționați contribuția lui Albert Einstein la acest aspect al fizicii: formula lui pentru energia purtată de un foton (un cuantum ) de lumină:

E = hf

Unde,

E = Energia transportată de fotoni, în jouli

h = constanta lui Planck, 6, 63 × 10 -34 J; s

f = Frecvența luminii, în Hertz ((1 / s))

Frecvențele tipice pentru culorile luminoase vizibile variază de la 4 × 10 14 Hz pentru roșu, până la 7, 5 × 10 14 Hz pentru violet.

Întrebarea 5

Care este scăderea tipică de tensiune înainte pentru o diodă care emite lumină? Care este curentul curent tipic pentru un LED?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Curentul curentului LED-ului este de 20 mA. Tensiunea înainte variază în funcție de culoare.

Note:

Asigurați-vă că îi adresați elevilor unde au obținut informațiile și care sunt unele dintre căderile de tensiune înainte pentru diferiți LED-uri de culoare.

Întrebarea 6

Explicați principiul de funcționare al unei celule fotovoltaice, cunoscută și sub numele de "celulă solare". Ce se întâmplă în cadrul acestor dispozitive pentru a transforma direct razele solare în electricitate?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Energia fotonilor (particule ușoare) care lovește o joncțiune semiconductoare PN creează perechi de electroni, care se deplasează apoi în direcția în care câmpul electric al regiunii de epuizare le împinge.

Întrebare de întrebare: de ce semnificație este diferența de bandă a joncțiunii PN la eficiența celulei?

Note:

Există un pic de detaliu care ar putea fi adăugat la contul dat în răspuns. Cereți studenților dvs. să furnizeze o parte din acest detaliu! Există multe resurse pentru a învăța cum funcționează celulele fotovoltaice, astfel încât elevii să nu aibă probleme în găsirea informațiilor pe cont propriu.

Întrebarea 7

Ce se întâmplă când lumina externă lovește joncțiunea PN a unui LED? Proiectați și gestionați un experiment pentru a vă verifica ipoteza.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Chiar credeți că voi dezvălui răspunsul la această întrebare?

Note:

Acest lucru face un excelent experiment în clasă și demonstrează o proprietate utilă a LED-urilor despre care nu prea știu mulți oameni.

Întrebarea 8

Fotodiodele pot fi operate fie în modul "fotovoltaic", fie în modul "fotoconductiv". Descrieți diferența dintre aceste două moduri, desenând schemele schematice care arată modul în care o fotodiodă ar fi utilizată în fiecare mod.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Întrebați elevii dvs. dacă un LED obișnuit ar putea fi folosit ca o fotodiodă în fiecare dintre aceste moduri. Cum s-ar stabili un experiment pentru a testa capacitatea LED-urilor de a acționa ca o fotodiodă în fiecare mod "panoul de lucru panel panoul panou-default" itemscope>

Întrebarea 9

Descrieți funcția unui fototranzistor . Ce aplicații tipice au fototranzistorii în circuite? Care este simbolul schematic al unui fototranzistor și cum este corect părtinitorul?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Fototranzistorii sunt utilizați ca senzori de lumină, precum și ca elemente de comutare izolate electric atunci când sunt iluminate de LED-uri.

Note:

Întrebați elevilor dvs. ce punct ar fi să ilumineze un fototranzistor cu un LED. De ce să nu renunți doar la LED-uri și să folosiți doar un tranzistor normal pentru a permite unui singur semnal electric să controleze un alt "panel de panou de panou de lucru implicit"

Întrebarea 10

Fotodiodele, fototranzistoarele și diodele emise de lumină joacă toate rolurile importante în rețelele de comunicații optice, unde semnalele digitale (on / off) sunt comunicate pe distanțe lungi ca impulsuri ale energiei luminoase, nu tensiune sau curent.

De ce sunt preferate LED-urile în comparație cu alte dispozitive electro-optice cum ar fi lămpile cu incandescență sau becurile cu descărcare în gaz? Ce poate face un LED care nu poate face o mică lampă electrică?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dispozitivele emițătoare de lumină pe bază de semiconductoare sunt capabile să se aprindă și să se rotească mult, mult mai repede decât dispozitivele incandescente sau cu descărcare în gaz.

Note:

În rețelele de comunicații digitale, viteza este o calitate esențială. Întrebați elevii dvs. de ce este așa și, prin asociere, de ce sursele de lumină pe bază de semiconductor sunt utilizate aproape exclusiv în rețelele optice.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →