Circuite precise de diodă

Peak Detectors! (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Circuite precise de diodă

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

Un tip comun de grafic utilizat pentru a descrie funcționarea unei componente electronice sau a unui sub-circuit este caracteristica de transfer, care arată relația dintre semnalul de intrare și semnalul de ieșire. De exemplu, caracteristica de transfer pentru un circuit simplu de separare a tensiunii rezistive este o linie dreaptă:

Odată ce o caracteristică de transfer a fost reprezentată grafic, aceasta poate fi utilizată pentru a prezice semnalul de ieșire al unui circuit dat unui anumit semnal de intrare. În acest caz, graficul de transfer pentru circuitul de separare a tensiunii 2: 1 ne spune că circuitul va emite 3 volți pentru o intrare de +6 volți:

Putem folosi aceeasi caracteristica de transfer pentru a calcula iesirea divizorului de tensiune dat intrarii unei forme de undă AC:

În timp ce acest exemplu (un divizor de tensiune cu un raport de 2: 1) este mai degrabă trivial, acesta arată cum pot fi utilizate caracteristicile de transfer pentru a prezice semnalul de ieșire al unei rețele având o anumită condiție de semnal de intrare. În cazul în care graficele caracteristice de transfer sunt mai practice, se prezice comportamentul circuitelor neliniare . De exemplu, caracteristica de transfer pentru un circuit ideal de redresoare pe jumătate de undă arată astfel:

Schițați caracteristica transferului pentru o diodă realistă (siliciu, cu o cădere de 0, 7 volți înainte) și utilizați această caracteristică pentru a compune forma de undă de ieșire rectificată jumătate de undă dată unei intrări sinusoidale:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Graficele grafice de transfer oferă o metodă elegantă pentru a schița forma de undă de ieșire pentru orice rețea electrică, liniară sau neliniară. Metoda în care punctele de-a lungul unei forme de undă de intrare sunt reflectate și transferate în puncte echivalente pe forma de undă de ieșire justifică numele acestui instrument analitic. Asigurați-vă că studenții dvs. au ocazia să învețe cum să folosească acest instrument, deoarece pot oferi o perspectivă excelentă asupra distorsiunii în dispozitivele electronice și electromagnetice.

Întrebarea 3

Determinați tensiunea de ieșire a acestui circuit, presupunând că o diodă de siliciu (0, 7 volți tipică înainte):

Acum, determinați tensiunea de ieșire a aceluiași circuit cu o diodă Schottky (picătură tipică înainte de 0, 4 volți) în loc de o diodă de joncțiune PN de siliciu:

Acum, determinați tensiunea de ieșire a aceluiași circuit cu o diodă emițătoare de lumină (o picătură tipică înainte de 1, 7 volți):

Observați despre tensiunile de ieșire ale acestor trei circuite: ce indică acest lucru în legătură cu efectul scăderii de tensiune a diodului pe ieșirea optică "# 3"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

În ambele circuite, tensiunea de ieșire este de exact -2 volți.

Următoarele întrebări: ce este diferit în cadrul acestor trei circuite, dacă nu tensiunea de ieșire?

Note:

În sine, aceste circuite sunt destul de inutile. Scopul lor este de a pregăti elevii să înțeleagă modul în care funcționează circuitele de precizie a redresorului, arătând modul în care feedback-ul negativ face ca diodă să scadă tensiunea înainte irelevantă. Acesta este un alt exemplu de putere a feedback-ului negativ și un concept esențial pentru înțelegerea tuturor circuitelor cu diode precise (opamp-driven).

Întrebarea 4

Determinați tensiunea de ieșire a acestui circuit pentru două valori diferite de tensiune de intrare: +5 volți și -5 volți, presupunând utilizarea diodelor obișnuite de rectificare a siliciului:

Pe baza acestor date (și a oricăror alte condiții de intrare pe care doriți să le testați sub acest circuit), descrieți ce este funcția acestui circuit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Când V in = +5 volți, V out = -5 volți

Când V in = -5 volți, V out = 0 volți

Acest circuit este un redresor de precizie.

Note:

Lucrați cu elevii dvs. pentru a analiza comportamentul acestui circuit, folosind Legea lui Ohm și principiul de bază al feedback-ului negativ (tensiunea de intrare diferențială zero). Întrebați-vă elevii dacă este sau nu important ce tipuri de diode sunt folosite (siliciu versus germaniu versus emisie de lumină).

Întrebarea 5

Acest circuit opamp se numește un redresor de precizie . Analizați tensiunea de ieșire, deoarece tensiunea de intrare crește ușor de la -5 volți la +5 volți și explicați de ce circuitul este demn de numele său:

Să presupunem că ambele diode din acest circuit sunt diode de comutare de siliciu, cu o scădere nominală de tensiune înainte de 0, 7 volți.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Orice tensiune de intrare pozitivă, indiferent cât de mică, este "reflectată" pe ieșire ca o tensiune negativă de magnitudine egală (absolută). Ieșirea acestui circuit rămâne exact la 0 volți pentru orice tensiune de intrare negativă.

Următoarele întrebări: ar afecta tensiunea de ieșire dacă scăderea tensiunii directe a fiecărei diode a crescut "notele ascunse"> Note:

Circuitele de redresoare de precizie tind să fie mai dificile pentru elevi să înțeleagă decât circuitele amplificatoare nerecuperabile care inversează sau nu inversează. Petreceți timpul analizând acest circuit împreună cu elevii, cerându-i să determine mărimile tuturor tensiunilor din circuit (și direcțiile curentului) pentru condițiile de tensiune de intrare date.

Înțelegerea faptului dacă modificările în scăderea tensiunii înainte diodice afectează sau nu o funcție a circuitului redresorului de precizie este fundamentală. Dacă elevii nu înțeleg nimic despre acest circuit, este vorba despre relația dintre scăderea tensiunii de diodă și caracteristicile de transfer intrare / ieșire.

Întrebarea 6

Explicați de ce următorul circuit opamp nu poate fi folosit ca un redresor într-un circuit de alimentare AC-DC:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Iată un indiciu: de unde opampul obține puterea de la "note ascunse"> Note:

Credeți sau nu, de fapt, am stat într-o clasă electronică și am ascultat un instructor prezentând circuitul de optică a redresorului de precizie ca un "redresor de precizie pentru o sursă de alimentare". De asemenea, a fost serios, susținând că acest tip de circuite a fost folosit pentru a furniza ieșiri de tensiune split (+ V / -V) pentru sursele de alimentare de la banc. Cea mai tristă parte a acestei încercări este că niciunul dintre elevii săi nu a recunoscut ceva greșit în declarația sa (sau cel puțin nu sa simțit confortabil în a-și ridica o întrebare).

Întrebarea 7

Prezintă modul în care funcționarea acestui circuit redresor de precizie 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:
Dioda D 1 nu se deschide:
Dioda D 2 nu se deschide:

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

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu este deschis: V out devine egal cu 0 volți tot timpul.
Rezistor R 2 nu este deschis: V este saturat negativ atunci când V in este pozitiv, iar V out plutește până la +1, 4 volți când V in este negativ (în funcție de modul în care ieșirea este încărcată de un alt circuit).
Dioda D 1 nu funcționează normal : funcționarea normală când V in este pozitivă (V out = - V in ), V out = V in atunci când V in este negativă (undă plată, rectificare inversată!).
Dioda D 2 nu funcționează normal : funcționarea normală când V in este negativă (V out = 0 volți), V out = V in când V in este pozitivă (rectificare semi-undă, neinversată!).

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 8

Următorul circuit este denumit uneori un separator de polarități . Inventați câteva condiții de testare pe care le-ați folosi pentru a "dovedi" funcționarea circuitului, apoi analizați circuitul în acele condiții imaginate și vedeți care sunt rezultatele:

Explicați ce produce fiecare ieșire în acest circuit "separator de polarități" pentru orice tensiune de intrare dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ieșirea V out1 este inversă (negativă) a oricărei tensiuni de intrare pozitive, în timp ce ieșirea V out2 este inversă (pozitivă) a oricărei tensiuni de intrare negative.

Note:

Acest circuit este o introducere bună a circuitului redresor de precizie cu undă de undă deplină, deși funcționarea acestuia este puțin mai dificil de înțeles decât este aici.

Întrebarea 9

Determinați tensiunea de ieșire a acestui circuit pentru două valori diferite de tensiune de intrare: +4 volți și -4 volți. Determinați tensiunea la fiecare nod cu privire la sol ca parte a analizei dvs.:

Pe baza acestor date (și a oricăror alte condiții de intrare pe care doriți să le testați sub acest circuit), descrieți ce este funcția acestui circuit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acest circuit este un redresor cu undă de undă de precizie.

Note:

Este mult mai ușor să analizați comportamentul acestui circuit cu o tensiune de intrare pozitivă decât să îl analizați cu o tensiune de intrare negativă! Există tendința ca elevii să ajungă la această concluzie atunci când analizează comportamentul circuitului cu o tensiune de intrare negativă:

Eroarea pare rezonabilă până când se face o analiză a curentului . Dacă aceste tensiuni ar fi adevărate, Legea actuală a lui Kirchhoff ar fi încălcată la primul punct virtual al opampului:

Întrebarea 10

Explicați modul în care puteți inversa polaritatea de ieșire a acestui circuit de redresare de precizie:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Răspunsul la această întrebare poate părea prea evident pentru ambele întrebări. În realitate, este doar o altă scuză pentru a analiza circuitul redresor cu undă completă, complet cu toate curenții și căderile de tensiune!

Întrebarea 11

O problemă cu mișcările contorului PMMC (bobină permanentă în mișcare) încearcă să-i facă să înregistreze AC în loc de DC. Deoarece aceste mișcări ale contorului sunt sensibile la polaritate, acele lor vibrează doar înainte și înapoi într-o manieră inutilă atunci când sunt alimentate de curent alternativ:

Aceeași problemă bântuie alte dispozitive de măsurare și circuite proiectate să lucreze cu DC, inclusiv cele mai moderne circuite de conversie analog-digital utilizate în contoarele digitale. Într-un fel, trebuie să putem rectifica cantitatea de AC măsurată în DC pentru ca aceste circuite de măsurare să funcționeze corect.

O soluție aparent evidentă este utilizarea unui redresor de punți format din patru diode pentru a efectua rectificarea:

Problema aici este căderea înainte de tensiune a diodelor rectificative. Dacă măsuram tensiuni mari, această pierdere de tensiune poate fi neglijabilă. Cu toate acestea, dacă măsuram tensiuni mici AC, scăderea poate fi inacceptabilă.

Explicați modul în care un circuit de precizie cu undă de undă de undă cu precizie, construit cu un opamp, poate aborda în mod adecvat această situație.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un circuit optic de precizie este capabil să rectifice tensiunea de curent alternativ fără pierderi de tensiune, permițând mișcării contorului DC (sau circuitului de conversie analog-digital) să funcționeze așa cum a fost proiectat.

Note:

Scopul acestei întrebări este de a oferi un context practic pentru circuitele de redresare de precizie, în care studenții pot realiza o aplicație reală.

Întrebarea 12

Să presupunem că dioda D1 din acest circuit de redresare de precizie nu este deschisă. Ce efect va avea acest lucru asupra tensiunii de ieșire "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01174x01.png">

Indiciu: dacă vă ajută, trageți o masă cu cifre referitoare la V in cu V out și bazați-vă răspunsul la rezultatele tabelelor.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

În loc de tensiunea de ieșire rămasă la exact 0 volți pentru orice tensiune de intrare pozitivă, ieșirea va fi egală cu tensiunea de intrare (pozitivă), presupunând că rămâne descărcată așa cum se arată.

Întrebare provocare: ce funcție matematică efectuează acest circuit, cu dioda D1 nu a reușit?

Note:

Rețineți că eșecul dat nu face circuitul inutil, dar transformă funcția sa în ceva diferit! Aceasta este o lecție importantă pentru studenți de a înțelege: că eșecurile componentelor nu pot duce întotdeauna la nefuncționarea completă a circuitului. Circuitul poate continua să funcționeze, doar în mod diferit. Și, în unele cazuri, cum ar fi aceasta, noua funcție poate chiar să pară intenționată!

Întrebarea 13

Determinați tensiunea de ieșire a acestui circuit pentru următoarele condiții de tensiune de intrare:

V 1 = +2 volți
V3 = -1, 5 volți
V 1 = +2, 2 volți

Sugestie: dacă găsiți acest circuit prea complex pentru a analiza toate dintr-o dată, gândiți-vă la o modalitate de ao simplifica, astfel încât să puteți analiza o "bucată" la un moment dat.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tensiunea de ieșire va fi de +2, 2 volți, exact.

Următoarea întrebare: ce funcție efectuează acest circuit "note ascunse"> Note:

O altă fațetă a acestei întrebări de a discuta cu elevii dvs. este procesul de simplificare, în special pentru acei studenți care întâmpină dificultăți în analizarea întregului circuit. Ce metode de simplificare au gândit studenții dvs. atunci când au abordat această problemă? Ce concluzii se pot trage cu privire la conceptul general de simplificare a problemelor (ca tehnică de rezolvare a problemelor)?

Întrebarea 14

Acest circuit este denumit " top-follower-hold", luând ultima cea mai mare tensiune de intrare pozitivă și "menținând" acea valoare la ieșire până când vine o tensiune de intrare pozitivă mai mare:

Dați o scurtă explicație cu privire la modul în care funcționează acest circuit, precum și scopul și funcția comutatorului "resetare". De asemenea, explicați de ce este necesar un opamp de intrare FET pentru ultima etapă de amplificare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Vă voi lăsa să vă dați seama cum funcționează circuitul! În ceea ce privește necesitatea intrărilor FET, permiteți-mi să spun acest lucru: dacă curentul de părtinire al ultimului opamp au fost prea mari, circuitul ar "pierde memoria" ultima valoare pozitivă de vârf în timp.

Următoarele întrebări: cum ați sugera alegerea valorilor rezistorului R și a condensatorului C "// www.allaboutcircuits.com/video-lectures/junction-field-effect-transistors-jfet/"> JFET pentru capacitatea de resetare electronică.

Note:

Întrebați elevii dvs. dacă se pot gândi la orice aplicații practice pentru acest tip de circuit. Sunt multi!

Mi se pare interesant faptul că în două texte foarte respectabile pe circuitele opamp, am găsit următorul circuit de vârf urmărit și ținut dat ca un exemplu practic:

Acest circuit conține două greșeli: primul este prin faptul că comutatorul de resetare merge la sol, mai degrabă decât -V. Aceasta face ca funcția de resetare să seteze ieșirea implicită la 0 volți, ceea ce face imposibil ca circuitul să urmărească ulterior și să dețină orice semnal de intrare sub potențialul solului. A doua greșeală nu are un rezistor înainte de comutatorul de resetare. Fără un rezistor la locul său, închiderea comutatorului de resetare plasează un scurtcircuit momentan pe ieșirea primului opamp. Acordat, prezența unui rezistor creează o etapă a integratorului pasiv (constantă a timpului RC) care trebuie menținută considerabil rapid pentru ca schimbările rapide ale intrărilor să fie urmărite și ținute, dar acest lucru nu este un factor dificil de inginer.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →