Surse de alimentare reglementate

Disappearing frogs - Kerry M. Kriger (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Surse de alimentare reglementate

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


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. 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 studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Completați tabelul tensiunilor de ieșire pentru câteva valori date ale tensiunii de intrare în acest circuit amplificator colector comun. Să presupunem că tranzistorul este o unitate standard de siliciu NPN, cu o tensiune nominală de ieșire nominală de emițător de bază de 0.7 volți:


V in V out
0, 0 V
0, 5 V
1, 0 V
1, 5 V
5, 0 V
7, 8 V


Pe baza valorilor pe care le calculați, explicați de ce configurația circuitului colector comun este deseori menționată ca un follower al emițătorului .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tensiunea la borna emițătorului tranzistorului aproximativ "urmează" tensiunea aplicată terminalului de bază, de unde și numele.

V in V out
0, 0 V 0, 0 V
0, 5 V 0, 0 V
1, 0 V 0, 3 V
1, 5 V 0, 8 V
5, 0 V 4.3 V
7, 8 V 7.1 V

Note:

La început, circuitul tranzistor "emițător următor" poate părea inutil, deoarece tensiunea de ieșire este practic egală cu tensiunea de intrare (în special pentru tensiunile de intrare care depășesc cu mult 0, 7 volți DC). "Ce bun este posibil este un circuit ca acest" panou de lucru panel panoul panou-default "itemscope>

Întrebarea 3

Completați tabelul de tensiuni de ieșire, curenți de ieșire și curenți de intrare pentru câteva valori date ale tensiunii de intrare în acest circuit amplificator colector comun. Să presupunem că tranzistorul este o unitate standard de siliciu NPN, cu o tensiune nominală de ieșire nominală de emițător de bază de 0.7 volți:


V in V out Am intrat Am ieșit
0, 0 V
0, 4 V
1.2 V
3.4 V
7.1 V
10, 8 V


Calculați câștigurile de tensiune și curent ale acestui circuit din valorile numerice din tabel:


A V = ΔV out


ΔV in

=


A I = Da afară


ΔI in

=

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V in V out Am intrat Am ieșit
0, 0 V 0, 0 V 0, 0 uA 0, 0 mA
0, 4 V 0, 0 V 0, 0 uA 0, 0 mA
1.2 V 0, 5 V 2.498 uA 0, 277 mA
3.4 V 2, 7 V 13, 49 pA 1, 227 mA
7.1 V 6, 4 V 31, 97 pA 2.909 mA
10, 8 V 10, 1 V 50, 45 pA 4.591 mA


A V = ΔV out


ΔV in

= 1


A I = Da afară


ΔI in

= 91


Note:

Scopul acestei întrebări, pe lângă faptul că oferă o practică pentru analiza DC a circuitului colector comun, este să prezinte proprietățile de amplificare a curentului amplificatorului colector comun. Aceasta este o caracteristică importantă, deoarece nu există amplificare de tensiune în acest tip de circuit amplificator.

Această abordare a determinării amplificării tensiunii circuitului amplificatorului tranzistor este una care nu necesită cunoașterea prealabilă a configurațiilor amplificatorului. Pentru a obține datele necesare pentru a calcula câștigul de tensiune, tot ce trebuie să știm sunt "primele principii" ale legii lui Ohm, legile lui Kirchhoff și principiile de bază ale unui tranzistor bipolar de joncțiune. Această întrebare este într-adevăr doar un experiment de gândire : explorarea unei forme necunoscute de circuit prin aplicarea regulilor cunoscute ale componentelor circuitului. Dacă studenții se îndoiesc de eficacitatea "experimentelor de gândire", trebuie să ne gândim doar la succesul lui Albert Einstein, al cărui gând a experimentat un funcționar de brevete (fără ajutorul echipamentului experimental) ia permis să formuleze baza teoriilor lui de relativitate.

Întrebarea 4

Scopul unui circuit de oglindă curent este de a menține un curent constant printr-o sarcină, în ciuda schimbărilor în rezistența încărcăturii respective:


Dacă am fi modelat cu cruzime comportamentul tranzistorului ca un reostat automat variat - ajustarea constantă a rezistenței, după cum este necesar pentru a menține curentul de sarcină constant - cum ați descrie răspunsul reostatului la schimbările în rezistența de sarcină "/ / www.beautycrew.com.au/ /sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02656x02.png ">

Cu alte cuvinte, pe măsură ce sarcina R crește, ce face tranzistorul R - crește rezistența, scade rezistența sau rămâne aceeași rezistență înainte? Cum influențează valoarea schimbătoare a tranzistorului R asupra rezistenței totale a circuitului?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pe măsură ce crește sarcina R, tranzistorul R va scădea rezistența astfel încât să mențină un curent constant prin sarcină și un total R constant.


Note:

Acest model al comportamentului tranzistorului de oglindă curent, deși brut, servește ca o introducere bună în subiectul încărcărilor active în circuitele amplificatorului tranzistor. Acesta este locul în care un tranzistor este configurat să funcționeze ca un regulator de curent constant, apoi plasat în serie cu un tranzistor de amplificare pentru a obține câștiguri de tensiune mult mai mari decât ceea ce este posibil cu o sarcină pasivă (rezistență fixă).

Întrebarea 5

În funcție de ceea ce știți despre tranzistoarele de joncțiune bipolare, ce va face curentul colectorului (crește, descrește sau rămâne același) dacă sursa de tensiune variabilă crește în tensiune? Sursa mică de tensiune fixă ​​(0, 7 volți) este suficientă pentru a face comportamentul tranzistorului, dar nu suficient pentru a-l satura complet.


Din perspectiva sursei de variabilă a tensiunii, ce înseamnă circuitul tranzistorului "ca" "# 5"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Curentul colectorului va rămâne (aproximativ) la fel ca sursa de tensiune variabilă care crește în mărime. În acest fel, circuitul tranzistorului "arată" ca o sursă de curent .


Note:

Această întrebare nu este altceva decât o revizuire a curbelor caracteristice ale unui tranzistor. S-ar putea să doriți să-i întrebați pe elevii dvs. să relateze comportamentul acestui circuit la curbele caracteristice comune prezentate în manualele pentru tranzistoarele joncțiunii bipolare. Care parte a curbei caracteristice este acest tranzistor care funcționează în timp ce reglează curentul?

Întrebarea 6

Pe baza a ceea ce știi despre tranzistoarele joncțiunii bipolare, ce va face curentul colectorului (crește, scade sau rămâne același) dacă rezistența variabilă a rezistenței este scăzută? Sursa mică de tensiune (0.7 volți) este suficientă pentru a face comportamentul tranzistorului, dar nu suficient pentru a-l satura complet.


Din perspectiva rezistorului variabil, ce face restul circuitului tranzistorului "arata" ca "# 6"> Raspunde Raspunde Ascunde raspunsul

Curentul colectorului va rămâne (aproximativ) la fel ca variația rezistenței variabile. În acest mod, circuitul tranzistorului "arată" ca o sursă de curent la rezistența variabilă.


Note:

Această întrebare nu este altceva decât o revizuire a curbelor caracteristice ale unui tranzistor. S-ar putea să doriți să-i întrebați pe elevii dvs. să relateze comportamentul acestui circuit la curbele caracteristice comune prezentate în manualele pentru tranzistoarele joncțiunii bipolare. Care parte a curbei caracteristice este acest tranzistor care funcționează în timp ce reglează curentul?

Întrebarea 7

Descrieți ce se întâmplă cu curentul colector al tranzistorului, deoarece valoarea schimbată a rezistorului variabil:


Sugestie: este util să rețineți că scăderea de tensiune pe o joncțiune PN nu este exact constantă, deoarece curentul prin ea variază. Există o relație neliniară între scăderea tensiunii diodice (V D ) și curentul diodic (I D ) așa cum este descris de ecuația diodei :


I D = I S (e (((qV D ) / NkT)) - 1)

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Curentul colectorului tranzistorului crește și cade cu curentul diodei, așa cum este dictat de rezistența variabilă. În mod ideal, curentul colectorului de tranzistor se potrivește exact cu curentul diodei.


Note:

Acest circuit este într-adevăr începutul unei oglinzi curente . Am constatat că acest lucru este un excelent punct de plecare pentru învățarea elevilor în operarea liniară a tranzistorului, precum și o bună introducere practică a circuitelor actuale de reglare. Odată ce elevii recunosc că tranzistoarele bipolare sunt în mod substanțial regulatoare de curent controlate de tensiune (deși foarte neliniară!), Ei sunt gata să înțeleagă aplicarea lor ca amplificatoare de semnal.

Întrebarea 8

Circuitul prezentat aici este o oglindă simplă curentă . Explicați ce se întâmplă pe măsură ce rezistența de încărcare se modifică:


Cele mai multe oglinzi actuale nu sunt construite exact așa. În loc de o diodă, ei folosesc un tranzistor (identic cu celălalt tranzistor) cu bornele de bază și colectorul scurtcircuite împreună:


În mod ideal, cele două tranzistoare sunt construite pe același material de substrat, astfel încât să fie întotdeauna la aceeași temperatură. Explicați de ce acest design este preferabil față de primul circuit (folosind dioda) prezentat în această întrebare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pe măsură ce rezistența de sarcină se modifică, curentul prin aceasta rămâne aproximativ același. În primul circuit de oglindă curent unde un tranzistor primește semnalul său de control de la o diodă (mai degrabă decât un alt tranzistor), există o tendință ca tranzistorul să "fugă termic", permițând tot mai mult curentul prin sarcină în timp.

Următoarele întrebări: explicați modul de ajustare a valorii țintă a curentului reglementat în oricare dintre aceste circuite.


Note:

Oglinzile curente confundă studenții începători, în primul rând pentru că nu pot fi înțeleși după modelul simplist al unei joncțiuni PN de siliciu care scade mereu cu 0, 7 volți. Mai degrabă, funcționarea lor este legată inextricabil de ecuația diodei Shockley. Prin urmare, această întrebare nu este doar o revizuire bună a acestei ecuații, dar ilustrează și modul în care "modelele" pe care le folosim pentru a explica lucrurile sunt câteodată neadecvate.

Întrebarea 9

Doi termeni folosiți în mod obișnuit în electronică sunt sursa și scufundarea, referindu-se la direcția curentului electric între un circuit activ și o sarcină:


Un exemplu practic în cazul în care această diferențiere este importantă este în anumite circuite integrate (IC "chips"), în cazul în care pinii de ieșire pot fi capabili doar chiuveta curent, doar curente sursă, sau ambele chiuveta și curent sursă .. Aruncati o privire la aceste două exemple, fiecare în cazul în care un circuit integrat "cip" controlează alimentarea cu LED-uri. Într-o singură instanță, IC este conectat la sursa de curent la LED-ul, iar în cealaltă instanță este conectat la curentul de la LED:


Dacă un IC este capabil să facă doar unul sau altul (sursa sau chiuveta curentă, dar nu ambele), este o mare diferență în legătură cu conectarea dispozitivelor de încărcare la acesta! Ceea ce face diferența între un circuit care este capabil să surprindă curentul față de un circuit care este capabil să scadă curentul este configurația internă a tranzistoarelor sale.

În mod similar, un circuit de oglindă curent poate fi construit fie pentru curentul sursă, fie pentru curentul de la chiuvetă, dar nu și pentru ambele. Trageți circuitele oglinzilor de curent în cutiile cu linie întreruptă potrivite pentru sursa de alimentare și scufundarea la un rezistor de sarcină:


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul



Note:

Această întrebare provoacă capacitatea studenților de a "manipula" circuitul de bază al oglinzilor în două configurații diferite. În funcție de cât de bine înțelegeți elevii conceptul de bază, ați putea dori să petreceți timp suplimentar de discuții comparând cele două circuite, urmărind curentul prin fiecare și discutând despre funcționarea lor în general.

Deși poate părea trivial pentru un instructor cu experiență sau pentru un profesionist în domeniul electronicii, variațiile de design ale circuitelor care constau numai în componente inversoare sunt adesea destul de confuze pentru studenți, în special pentru cei slabi în abilitățile de relații spațiale. Vă încurajez să lucrați cu acești elevi în mod regulat pentru a construi această abilitate vizuală importantă.

Întrebarea 10

Calculați cantitatea aproximativă de curent pe care acest circuit de oglindă curent o va încerca să o mențină prin sarcina R, presupunând că tranzistoarele de siliciu (picătură de joncțiune de bază 0, 7 volți înainte):


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Se încarcă ≈ 6, 5 mA

Următoarea întrebare: ceea ce ar trebui să fie schimbat în acest circuit pentru a crește cantitatea de curent prin rezistența de sarcină fără a schimba tensiunea de alimentare a curentului "note ascunse"> Note:

Cereți studenților dvs. să explice cum au obținut răspunsul la această întrebare, pas cu pas.

Întrebarea 11

Calculați cantitatea aproximativă de curent pe care acest circuit de oglindă curent o va încerca să o mențină prin sarcina R, presupunând că tranzistoarele de siliciu (picătură de joncțiune de bază 0, 7 volți înainte):


De asemenea, calculați disiparea aproximativă a puterii tranzistorului Q 2 .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Se încarcă ≈ 4, 57 mA P Q2 ≈ 40, 77 mW


Note:

Cereți studenților dvs. să explice cum au obținut răspunsul la această întrebare, pas cu pas.

Întrebarea 12

Calculați cantitatea aproximativă de curent pe care acest circuit de oglindă curent o va încerca să o mențină prin sarcina R, presupunând că tranzistoarele de siliciu (picătură de joncțiune de bază 0, 7 volți înainte):


De asemenea, calculați disiparea aproximativă a puterii ambelor tranzistoare.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Se încarcă ≈ 8, 63 mA P Q1 ≈ 6, 041 mW P Q2 ≈ 95, 41 mW

Următoarea întrebare: ce ne spun cele două cifre despre disiparea puterii despre puterea relativă a două tranzistoare care manipulează exact aceleași curente "note hidden"> Note:

Cereți studenților dvs. să explice cum au obținut răspunsul la această întrebare, pas cu pas.

Următoarea întrebare este una importantă din câteva motive. În primul rând, elevii trebuie să fie conștienți de faptul că disiparea de putere a tranzistorului este determinată de mai mult decât curentul colector. În al doilea rând, disparitățile disparate ale acestor două tranzistoare vor duce la inexactități în curentul reglementat într-un circuit de oglindă curent dacă nu se iau măsuri pentru egalizarea temperaturilor.

Întrebarea 13

Alegeți o tensiune de alimentare și o valoare de rezistență pentru R 1 care va menține aproximativ 15 mA de curent prin rezistența de încărcare de 1 kΩ. Să presupunem utilizarea unui tranzistor de siliciu:


Pentru a asigura o gamă largă de reglaj (capacitatea de a menține curentul reglementat pe o gamă largă de valori de rezistență la sarcină), proiectați circuitul astfel încât cel puțin 20 volți V CE să fie aruncați peste tranzistorul Q 2 . De asemenea, calculați disiparea aproximativă a puterii tranzistorului Q 2 .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că acesta este doar un set posibil de valori care îndeplinesc criteriile date pentru acest circuit. Răspunsurile dvs. pot fi diferite!

R 1 = 2, 287 kΩ alimentare V = 35 V P Q2 ≈ 300 mW


Note:

Deoarece există mai multe răspunsuri curente pentru această problemă de proiectare, asigurați-vă că îi cereți elevilor să prezinte diferite soluții, cerându-le să explice cum au obținut răspunsurile la această întrebare.

Întrebarea 14

Descrieți scopul tranzistorului în acest circuit de alimentare AC-DC:


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tranzistorul servește la "stimularea" capacității curentului de aprovizionare a circuitului de reglare a tensiunii rezistor / zener, pentru a furniza mult mai mult curent la o sarcină decât este posibilă numai cu rezistorul / zenerul.


Note:

Cereți elevilor să identifice configurația acestui amplificator tranzistor (common-base, common-emitter sau common collector) panoul panoului de lucru panel panou-default "itemscope>

Întrebarea 15

Instalați un potențiometru în acest circuit astfel încât tensiunea de ieșire regulată a acestei surse de alimentare să devină reglabilă:


Provocare: lăsați simbolul potențiometrului în locul său și faceți conexiunile necesare între el și restul circuitului!

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul


Întrebare de provocare: pentru o anumită cantitate de curent de sarcină, ce setare de tensiune va determina tranzistorul să disipeze cea mai mare cantitate de energie termică, scăzută, medie sau ridicată> notele ascunse> Note:

Unii studenți pot alege să pună potențiometrul pe ieșirea sursei de alimentare (conectarea la terminalul emițătorului tranzistorului). În timp ce acest lucru va funcționa, din punct de vedere tehnic, nu este o soluție bună, deoarece curentul de sarcină va fi foarte limitat de rezistența potențiometrului. Discutați cu studenții dvs. de ce circuitul tras în răspunsul este mai practic.

Răspunsul la întrebarea de provocare este neintuitiv, dar are sens atunci când stabiliți ce variabile afectează disiparea tranzistorului (curentul emițătorului și V CE ).

Întrebarea 16

Calculați tensiunea de ieșire aproximativă a acestui circuit de alimentare cu reglaj electric și cantitatea de curent prin dioda zener în condiții fără sarcină:


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V out ≈ -8, 6 VI zener ≈ 6, 71 mA


Note:

Calculul tensiunii de ieșire este o sarcină mult mai simplă decât calculul curentului diodei zener! Solicitați elevilor să explice tehnicile de rezolvare a problemelor pentru acest circuit.

Întrebarea 17

Calculați tensiunea de ieșire aproximativă a acestui circuit de alimentare cu energie reglabilă, cantitatea de curent prin dioda zener și tensiunea (nereglementată) pe condensatorul de 1000 μF, toate în condiții fără sarcină:


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V out ≈ 6, 2 VI zener ≈ 25, 6 mA condensator V = 32, 5 V


Note:

Calculul tensiunii de ieșire este o sarcină mult mai simplă decât calculul curentului diodei zener! Solicitați elevilor să explice tehnicile de rezolvare a problemelor pentru acest circuit.

Întrebarea 18

Preziceți modul în care toate tensiunile și curenții componentelor din acest circuit vor fi afectate ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):


Rezistorul R 1 nu este deschis:
Tranzistor Q 1 nu funcționează deschis, colectorul către emițător:
Tranzistor Q 1 nu funcționează scurtcircuitat, de la colector la emițător:
Tranzistor Q 2 nu se deschide, colectorul către emițător:
Tranzistor Q 2 eșuat scurt, colector la emițător:
Încărcarea nu se scurtează:

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

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul R 1 nu funcționează deschis: nu există curent prin Q 1, nici un curent prin Q 2, nici un curent prin sarcină, nici o tensiune scăzută peste Q 1, întreaga tensiune scăzută peste colectorul-emițător de Q 2 .
Tranzistorul Q 1 nu se deschide, colectorul către emițător: Aproximativ același curent prin R 1, creșterea curentului prin baza Q2, creșterea curentului prin colectorul Q 2 (curent de sarcină) și scăderea tensiunii dintre colectorul-emițător Q2.
Tranzistor Q 1 nu este scurtcircuitat, colectorul către emițător: Curent crescut prin R 1, aproape zero curent prin toate bornele Q2 și încărcătura, întreaga tensiune scăzând peste colectorul-emițător de Q2.
Tranzistorul Q 2 nu este deschis, colectorul către emițător: fără schimbare a curentului pentru R 1 sau Q 1, curent zero de sarcină, întreaga tensiune a căzut între emițătorul colector-Q2.
Tranzistorul Q 2 nu este scurtcircuitat, colectorul către emițător: Curentul prin R 1 va crește cel mai probabil, tensiunea zero a scăzut peste colectorul-emițător de Q 2, creșterea curentului prin Q2 și sarcină.
Încărcarea nu este scurtată: nu se modifică nici un curent (în realitate, curentul de sarcină va crește ușor), o scădere a tensiunii în interiorul colectorului-emițător de Q 2, o eventuală supraîncălzire a lui Q2.

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 19

Preziceți cum va fi afectată tensiunea de ieșire a circuitului sursei de alimentare ca urmare a următoarelor defecțiuni. De asemenea, rețineți dacă alte componente din acest circuit vor fi stresate ca urmare a fiecărei defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):


Transformatorul T 1 înfășurări primare este scurtcircuitat:
Transformatorul T 1 este înfășurată secundar:
Rectificarea diodei D 3 nu se deschide:
Zener dioda D 5 nu se deschide:
Dioda Zener D 5 nu este scurtată:
Rezistorul R 1 nu este deschis:
Capacitorul C 2 nu este scurtcircuitat:

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

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Transformatorul T1 nu este scurtcircuitat: siguranța explodează imediat, apoi tensiunea de ieșire scade la zero (după ce condensatoarele de filtru au fost descărcate).
Bateria secundară transformator T 1 nu se deschide: Tensiunea de ieșire scade la zero (după ce condensatoarele de filtrare C 1 și C 2 au fost descărcate).
Dioda de rectificare D 3 nu funcționează deschis: nu are loc o modificare a tensiunii de ieșire (cu excepția cazului în care este încărcată foarte mult, acolo unde va crește tensiunea de rupere).
Dioda Zener D 5 nu este deschisă: Tensiunea de ieșire crește la aproximativ același nivel ca și tensiunea nereglementată (peste condensatorul C 1 ).
Dioda Zener D 5 nu este scurtcircuitată: Tensiunea de ieșire scade la zero (cât mai repede se poate descărca C 2 ), rezistența R 1 se poate supraîncălzi.
Rezistorul R 1 nu funcționează deschis: Tensiunea de ieșire scade la zero (cât mai repede posibil C 2 poate fi descărcată).
Capacitorul C 2 nu este scurtcircuitat: Tensiunea de ieșire scade la o valoare foarte scăzută, tranzistorul Q 1 va fi cel mai probabil supraîncălzit.

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 20

Să presupunem că acest circuit de alimentare cu energie reglată a funcționat bine, dar acum a încetat deloc să emită orice tensiune DC:


Măsurătorile inițiale de diagnosticare arată că există o tensiune completă (nereglementată) pe condensatorul C 1 și nu există o tensiune DC între baza tranzistorului și sol. Din aceste date, unde suspectați că problema este "# 20"> Răspundeți răspunsului Ascundeți răspunsul

Cel mai probabil R 1 a eșuat sau dioda zener D 5 nu a fost scurtată, astfel încât tranzistorul nu este "spus" să emită orice tensiune la terminalul său de emițător.


Note:

Întrebați elevii dvs. de ce măsurătorile de diagnostic descrise în întrebare sunt puncte bune pentru a verifica (în ordinea în care au fost luate).

Întrebarea 21

Multe tipuri de senzori funcționează pe principiul unei rezistențe variabile care reprezintă o cantitate fizică diferită. Un astfel de senzor este senzorul comun pentru nivelul de combustibil utilizat în aplicațiile de stocare a carburanților pentru automobile, marine și industriale:


Când nivelul combustibilului din rezervor se schimbă, poziția plutitoare se va schimba, schimbând rezistența senzorului. Această schimbare de rezistență este detectată de un ecartament electric (un tip special de contor), care oferă apoi o indicație vizuală a nivelului de combustibil în rezervor.

Trebuie să avem o metodă precisă de măsurare a rezistenței electrice pentru ca această schemă să funcționeze. O tehnică comună pentru a face acest lucru este de a transmite un curent constant prin rezistența senzorului și apoi măsurați tensiunea care a scăzut peste ea. Deoarece circuitele oglinzilor actuale funcționează ca regulatoare de curent și, prin urmare, pot fi utilizate ca surse de curent dacă sunt furnizate cu o tensiune externă, am putea folosi o oglindă de curent pentru a forța curentul constant prin senzorul de nivel al carburantului:


O problemă cu circuitul prezentat este că curentul senzorului se va schimba pe măsură ce tensiunea de alimentare (+ V) se va schimba. Acest lucru poate fi important pentru noi, deoarece tensiunea sistemului DC pe un autovehicul poate să nu fie foarte stabilă, ceea ce ar putea duce la inexactități în măsurarea nivelului de combustibil.

Aflați cum am putea folosi o diodă zener pentru a stabiliza tensiunea în acest circuit de oglindă curent astfel încât modificările tensiunii de alimentare să aibă un efect minim asupra cantității de curent prin senzorul de rezistență variabilă.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul



Note:

Elevii pot încerca să pună în aplicare un sistem de reglare a tensiunii pentru întreg circuitul, senzorul și totul, dar acest lucru nu este necesar. Folosind o diodă zener pentru a regla tensiunea pentru partea dreaptă a circuitului de oglindă curent, astfel încât tranzistorul din dreapta (care acționează ca diodă) să primească curent constant este tot ceea ce este necesar. Tranzistorul de stânga trebuie să reglementeze fidel curenții prin intermediul senzorului, în ciuda schimbărilor în rezistența senzorului și modificarea tensiunii de alimentare.

Întrebarea 22

O caracteristică foarte utilă pentru o sursă de tensiune reglată este o limită de curent electronic: un circuit care limitează cantitatea de livrare curentă la o sarcină, astfel încât să se evite suflul inutil. Combinația dintre tranzistor Q2 și rezistor R2 oferă doar această caracteristică pentru următorul circuit de reglare a tensiunii:


Descrieți modul în care tranzistorul Q2 limitează sursa de curent la un scurtcircuit direct pe bornele de sarcină.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tranzistorul Q2 se aprinde în cazul în care curentul excesiv trece prin sarcină, conectând eficient catodul diodei zenerului la borna de ieșire + V, ceea ce scade tensiunea de reglare a tensiunii până când curentul de sarcină se diminuează la un nivel acceptabil.

Următoarea întrebare: ce valoare a componentelor ar trebui să modificăm pentru a regla limita curentului în acest circuit de alimentare cu curent "note notes hidden"> Note:

Cereți elevilor să identifice ce înseamnă transformarea tranzistorului Q2.

Dacă elevii au dificultăți în înțelegerea funcției de limitare a tranzistorului Q2, spuneți-le să înlocuiască Q2 cu un scurtcircuit direct (între bornele colectorului și emițătorului Q2) și să reanalizeze circuitul. Ar trebui să vadă că tranzistorul Q1 nu poate să pornească în această stare.

O strategie foarte utilă în analiza a ceea ce se întâmplă într-un circuit electronic ca schimbarea variabilelor este de a imagina acele variabile care asumă stări extreme. În acest caz, pentru a vedea tendința care apare atunci când Q2 începe să realizeze, imaginați-vă că Q2 se desfășoară perfect (un scurt între colector și emițător). Dimpotrivă, dacă vrem să vedem ce ar face circuitul în condițiile în care Q2 este în modul cutoff, trebuie doar să înlocuiți Q2 cu un circuit deschis. Deși nu este întotdeauna de încredere, această tehnică adesea ajută la depășirea obstacolelor mentale în analiză și este o abilitate pe care ar trebui să o încurajați deseori în sesiunile de discuții ale elevilor.

Întrebarea 23

Să presupunem că aveți sarcina plictisitoare de a menține manual tensiunea de ieșire a unui generator de curent continuu. Unul și singurul dvs. control asupra tensiunii este setarea unui reostat:


Ce ar trebui să faci pentru a menține constantă tensiunea de sarcină dacă rezistența la sarcină sa schimbat astfel încât să atragă mai mult curent "# 23"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Pentru a crește tensiunea de sarcină, trebuie să scădeați rezistența reostatului. Pentru ca această schemă să funcționeze, tensiunea generatorului trebuie să fie mai mare decât tensiunea sarcinii țintă.

Notă: această schemă generală de reglare a tensiunii este cunoscută sub denumirea de serie de reglaj, unde o serie de rezistență este variată pentru a controla tensiunea la o sarcină.


Note:

Direcția de reglare a reostatului trebuie să fie evidentă, ca și faptul că tensiunea generatorului trebuie să fie cel puțin la fel de mare ca tensiunea de sarcină dorită (țintă). Totuși, este posibil să nu fie evident pentru toți că tensiunea generatorului nu poate fi doar egală cu tensiunea de sarcină dorită.

Pentru a ilustra necesitatea acestui lucru, întrebați elevii cum ar funcționa sistemul dacă tensiunea de ieșire a generatorului ar fi exact egală cu tensiunea de sarcină dorită. Subliniați faptul că generatorul nu este perfect: are o rezistență internă proprie, a cărei valoare nu poate fi schimbată de dvs. Ce poziție ar trebui să fie reostatul, în aceste condiții, pentru a menține tensiunea țintă la sarcină? Ar putea fi menținută tensiunea țintă la toate?

Întrebarea 24

Să presupunem că aveți sarcina plictisitoare de a menține manual tensiunea de ieșire a unui generator de curent continuu. Unul și singurul dvs. control asupra tensiunii este setarea unui reostat:


Ce ar trebui să faceți pentru a menține constantă tensiunea de sarcină dacă rezistența la sarcină sa schimbat astfel încât să atragă mai mult curent "# 24"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Pentru a crește tensiunea de sarcină, trebuie să creșteți rezistența reostatului. Pentru ca această schemă să funcționeze, tensiunea generatorului trebuie să fie mai mare decât tensiunea sarcinii țintă.

Notă: această schemă generală de reglare a tensiunii este cunoscută sub denumirea de reglare a șuntului, unde rezistența paralelă (șunt) este variată pentru a controla tensiunea la o sarcină.

Următoarele întrebări: presupunând că tensiunea de sarcină este menținută la o valoare constantă de către un operator de rheostat, în ciuda fluctuațiilor curentului de sarcină, cum ați caracteriza curentul prin intermediul înfășurărilor generatorului? Se mărește cu curentul de sarcină, scade cu curentul de sarcină sau rămâne același? De ce?


Note:

Direcția de reglare a reostatului trebuie să fie evidentă, ca și faptul că tensiunea generatorului trebuie să fie cel puțin la fel de mare ca tensiunea de sarcină dorită (țintă). Totuși, este posibil să nu fie evident pentru toți că tensiunea generatorului nu poate fi doar egală cu tensiunea de sarcină dorită.

Pentru a ilustra necesitatea acestui lucru, întrebați elevii cum ar funcționa sistemul dacă tensiunea de ieșire a generatorului ar fi exact egală cu tensiunea de sarcină dorită. Subliniați faptul că generatorul nu este perfect: are o rezistență internă proprie, a cărei valoare nu poate fi schimbată de dvs. Ce poziție ar trebui să fie reostatul, în aceste condiții, pentru a menține tensiunea țintă la sarcină? Ar putea fi menținută tensiunea țintă la toate?

O analogie utilă pentru studenți este aceea a unei mașini cu transmisie automată, viteza fiind controlată de pedala de frână, în timp ce pedala de accelerație este menținută în poziție constantă. Aceasta nu este cea mai eficientă metodă de control al vitezei, dar va funcționa în anumite limite!

Întrebarea 25

Descrieți modul în care o diodă zener este capabilă să mențină o tensiune reglată (aproape constantă) pe întreaga sarcină, în ciuda modificărilor în curentul de sarcină:


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Zener atrage mai mult sau mai puțin curent, după cum este necesar, de la generator (prin rezistența în serie) pentru a menține tensiunea la o valoare aproape constantă.

Următoarea întrebare nr. 1: în cazul în care generatorul se întâmplă să producă o anumită tensiune de rupere (așa cum fac toți generatoarele electromecanice de curent continuu), va apărea oricare dintre tensiunile respective la sarcină, după trecerea prin circuitul de tensiune al diodei " Note:

Cereți studenților dvs. să descrie modul în care cred că acest circuit este eficient din punct de vedere energetic. Bănuiesc că ar fi mai potrivit pentru aplicații cu curent scăzut sau pentru aplicații cu curent înalt?

Întrebarea 26

Calculați puterea disipată de dioda zener de 5 volți pentru următoarele valori ale curentului motorului (presupuneți că tensiunea bateriei rămâne constantă la 12 volți):


I motor = 20 mA; P zener =
I motor = 50 mA; P zener =
I motor = 90 mA; P zener =
I motor = 120 mA; P zener =
I motor = 150 mA; P zener =
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I motor = 20 mA; P zener = 600 mW
I motor = 50 mA; Zener = 450 mW
I motor = 90 mA; P zener = 250 mW
I motor = 120 mA; P zener = 100 mW
I motor = 150 mA; P zener = 0 mW

Următoarele întrebări: este o tensiune de sarcină menținută la 5 volți constantă în întreaga gamă de curenți de sarcină (de la 20 mA la 150 mA) "note ascunse"> Note:

Următoarea întrebare este destul de importantă aici, deoarece studenții trebuie să realizeze limitările regulatorilor de tensiune bazați pe zener. Cel mai important, sunt capabili să calculeze limita exactă a curentului unui regulator de tensiune bazat pe zener - punctul în care se oprește reglarea?

Trebuie notat că răspunsurile calculate aici nu se vor potrivi cu adevărat unui circuit diode real zener, datorită faptului că diodele zener au tendința de a se reduce treptat în curent, deoarece tensiunea aplicată se apropie de tensiunea de zener, mai degrabă decât curentul coborând brusc la zero ca un model mai simplu ar prezice.

Întrebarea 27

Este posibil să se reducă acest circuit de reglare a tensiunii diodului zener la un circuit echivalent Thévenin? Explicați de ce sau de ce nu.


Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Din punct de vedere tehnic, acest circuit nu poate fi redus la nici un echivalent Thévenin sau Norton, deoarece dioda zener este o componentă neliniară . Cu toate acestea, este posibil să se creeze două circuite echivalente Thévenin: una reprezentând circuitul când se reglează tensiunea la V zener și cealaltă reprezintă circuitul când rezistența de sarcină este sub valoarea critică și tensiunea nu mai este reglementată:




Note:

Unii studenți pot protesta la primul circuit echivalent din Thévenin (cu o rezistență de 0 ohmi), deoarece aceasta ar fi o sursă de tensiune perfectă . În realitate, ar exista o serie de rezistență foarte mică pentru contabilitatea ușoară a "tensionării" de tensiune la variațiile de sarcină din cadrul domeniului de reglare, dar acest lucru este dificil de calculat.

Întrebarea 28

Preziceți modul în care toate tensiunile și curenții componentelor din acest circuit vor fi afectate ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):


Zenerul diode eșuat:
Dioda Zener nu se deschide:
Seria rezistorului nu se deschide:
Seria rezistorului nu este scurtcircuitată:

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

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dioda Zener nu funcționează scurt: Tensiune mică în sarcină, tensiune crescută în seria R, curent crescut prin sursă și serie R.
Dioda Zener nu se deschide: creșterea tensiunii în sarcină, scăderea tensiunii în seria R, scăderea curentului prin sursa și seria R.
Seria rezistorului nu este deschisă: nu există o tensiune pe D1 sau o sarcină, nici un curent prin D 1 sau o sarcină, nici un curent prin sursă.
Seria rezistorului nu este scurtcircuitată: Tensiunea totală a sursei în sarcină și D 1, curentul mare crescut prin D 1, curentul crescut prin sursă, D 1 va fi cel mai probabil supraîncălzit și eșuat.

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.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →