Modularea semnalului

Modulator DVB-T Signal-450 (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Modularea semnalului

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


Intrebarea 1

O metodă modernă de control al energiei electrice implică introducerea unui comutator rapid de funcționare în linie cu o sarcină electrică, pentru a porni și a opri alimentarea cu el foarte repede în timp. De obicei, se utilizează un dispozitiv solid, cum ar fi un tranzistor :

Acest circuit a fost mult simplificat de cel al unui circuit de putere real, de control al impulsurilor. Doar tranzistorul este arătat (și nu circuitul "puls" care este necesar pentru a porni și opri comanda) pentru simplitate. Tot ce trebuie să știi este faptul că tranzistorul funcționează ca un comutator simplu, cu un singur pointer (SPST), cu excepția faptului că este controlat de un curent electric mai degrabă decât de o forță mecanică și că este capabil pentru a porni și opri de milioane de ori pe secundă fără uzură sau oboseală.

În cazul în care tranzistorul este impulsat și oprit suficient de repede, puterea la becul poate fi variată la fel de ușor ca și cum ar fi controlată de un rezistor variabil. Cu toate acestea, există foarte puțină energie pierdută atunci când se utilizează un tranzistor de comutare rapidă pentru a controla puterea electrică, spre deosebire de cazul în care o rezistență variabilă este utilizată pentru aceeași sarcină. Acest mod de control al puterii electrice este denumit în mod obișnuit Modul de Lățime a Pulsei sau PWM .

Explicați de ce controlul puterii PWM este mult mai eficient decât controlul puterii de încărcare prin utilizarea unei rezistențe de serie.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Când tranzistorul este pornit, acționează ca un comutator închis: trecerea curentului de sarcină maximă, dar scăderea tensiunii. Astfel, disiparea puterii sale "ON" (P = IE) este minimă. În schimb, atunci când tranzistorul este oprit, se comportă ca un comutator deschis: nu trece deloc curentul. Astfel, disiparea puterii sale "OFF" (P = IE) este zero. Puterea disipată de încărcătură (becul) este puterea mediană de timp disipată între ciclurile tranzistorului "ON" și "OFF". Astfel, puterea de încărcare este controlată fără a "pierde" puterea pe dispozitivul de comandă.

Note:

Elevii pot avea dificultăți în a înțelege modul în care un bec poate fi estompat prin rotirea și oprirea rapidă. Cheia înțelegerii acestui concept este de a realiza că timpul de comutare al tranzistorului trebuie să fie mult mai rapid decât timpul necesar ca filamentul becului să se încălzească complet sau să se răcească complet. Situația este similară cu reducerea vitezei unui automobil prin "pomparea" rapidă a pedalei de accelerație. Dacă este făcută încet, rezultatul este o viteză variabilă a mașinii. Dacă se face destul de rapid, totuși, masa masinii medie reprezintă ciclul "ON" / "OFF" al pedalei și are o viteză aproape constantă.

Această tehnică este foarte populară în controlul puterii industriale și câștigă popularitate ca tehnică de amplificare audio (cunoscută sub numele de clasa D ). Beneficiile puterii minime pierdute de dispozitivul de comandă sunt multe.

intrebarea 2

Explicați diferența dintre AM ( Amplitudine Modulation ) și FM ( Frequency Modulation ).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aceasta este o întrebare ușor de găsit răspunsul. O să-ți las slujba!

Note:

Cereți studenților dvs. să explice ce tip de modulare va folosi circuitul de transmițător și ce avantaje poate avea un tip de modulație față de celălalt.

Întrebarea 3

Un concept foarte important în electronică este modularea . Explicați ce înseamnă "modularea" și dați unul sau două exemple.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Modularea este actul impresionării informațiilor într-un flux de materie sau de energie, altfel lipsit de caracteristici, de obicei în scopul comunicării acestor informații pe distanțe lungi. Radio-ul este un exemplu foarte modular de modulare, dar vă voi lăsa să faceți câteva cercetări pe cont propriu!

Note:

Există multe exemple de modulație pe care elevii le pot găsi pentru prezentare, și nu toate sunt electronice. Provocați-i să se gândească la alte scenarii decât schițele moderne de comunicare electronică și / sau optică, unde se utilizează o anumită modulație.

Întrebarea 4

O formă primitivă de comunicare de mult timp a fost folosirea semnalelor de fum : întreruperea fluxului de fum în creștere de la un incendiu prin fluturarea unei pături peste el, astfel încât anumite secvențe de "fumuri" de fum să poată fi văzute la o anumită distanță. Explicați modul în care acesta este un exemplu de modulare, deși într-o formă non-electronică.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Modularea este impresia informației pe un flux de materie sau energie altfel lipsit de caracter. În acest caz, modularea unui flux de fum prin mișcări de pătură ar trebui să fie destul de evidentă.

Note:

Este important ca studenții să înțeleagă că modularea nu se limitează la mediile electronice. Exemplele străine pot fi citate ca dovadă. Am vorbit odată cu un inginer specializat în măsurarea vibrațiilor, care mi-a spus despre o aplicație foarte ciudată de modulare pentru comunicarea de date. El a lucrat la proiectarea unui senzor de vibrații care ar fi încorporat în capul unui burghiu de puț de petrol. Acest senzor trebuia să transmită informații la suprafață, la mii de metri în sus, dar nu putea folosi radioul sau alte medii de date "normale" din cauza distanțelor implicate și a mediului dur. Soluția luată la această problemă unică a fost aceea de a avea senzorul să activeze o supapă la capul de găurit care să moduleze curgerea noroiului de foraj până la suprafață: un produs secundar al procesului de foraj care a trebuit să fie pompat până la suprafață oricum. Prin pulsarea fluxului normal de nămol constant, datele digitale pot fi comunicate senzorilor de presiune la suprafață și apoi transformate în date binare pentru un calculator pentru arhivare și traducere. Acordat, rata de biți a fost foarte lentă, dar sistemul a funcționat.

O aplicație ca aceasta arată cât de important este ca elevii să-și exercite creativitatea. Problemele cu adevărat interesante din viață nu dau soluții "încercate și adevărate", dar pot fi depășite numai prin exercițiul creativității și îndemânării. Faceți tot ce puteți pentru a vă expune elevii la o astfel de gândire creativă în cadrul disciplinei (lor), iar acest lucru îi va ajuta să devină soluționarea problemelor de mâine!

Întrebarea 5

Una dintre cele mai simple metode electronice de modulare este modularea amplitudinii, sau AM . Explicați modul în care un semnal purtător de frecvență înaltă ar fi modulat printr-un semnal de frecvență inferioară, cum ar fi în cazul celor două semnale prezentate aici în domeniul timpului:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Nu mă aștept ca studenții să fie capabili să schimbe cu precizie forma de undă modulată, mai ales atunci când perioada transportatorului este atât de scurtă. Cu toate acestea, ei ar trebui să poată exprima ideea generală de modulare a amplitudinii într-o anumită formă de desen sau schiță, și asta mă interesează să le văd din răspuns la această întrebare.

Întrebarea 6

Un circuit folosit adesea pentru a modula amplitudinea unui semnal purtător este un multiplicator :

Explicați modul în care multiplicarea instantanee a două valuri sinusoidale duce la modularea amplitudinii. Dacă este posibil, graficează acest lucru pe un calculator de grafic sau pe alt dispozitiv de plotare a calculatorului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Îți dau voie să-ți dai seama singur!

Note:

Multiplicatoarele sunt destul de utile, nu doar pentru modularea amplitudinii. Faptul că ele pot fi utilizate ca modulatoare de amplitudine, totuși, este un concept pe care unii elevi îl găsesc greu de înțeles. O ilustrare care ar putea clarifica lucrurile este un divizor de tensiune reglabil (deoarece multiplicarea și diviziunea sunt strâns legate între ele):

Acum, un astfel de circuit de potențiometru ar fi absolut imposibil pentru orice frecvență de modulare a semnalului măsurată în Hertz, deoarece potențiometrul s-ar uza foarte rapid de la toate mișcările. Este principiul diviziunii de tensiune modulate, deși acest circuit ajută să comunice. Terminile de multiplicare fac același lucru, înmulțind doar amplitudinea semnalului purtător, decât împărțind-o.

Întrebarea 7

O tehnică comună de modulare utilizată în radiodifuziunea este modularea frecvenței sau FM . Explicați modul în care un semnal purtător de frecvență înaltă ar fi modulat printr-un semnal de frecvență inferioară, cum ar fi în cazul celor două semnale prezentate aici în domeniul timpului:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Nu mă aștept ca studenții să fie capabili să schimbe cu precizie forma de undă modulată, mai ales atunci când perioada transportatorului este atât de scurtă. Cu toate acestea, ei ar trebui să poată exprima ideea generală de modulare a frecvenței într-o anumită formă de desen sau schiță, și toate acestea sunt interesat să le vad ca răspuns la această întrebare.

Întrebarea 8

În inima unui transmițător FM este un circuit numit oscilator cu tensiune controlată sau VCO . Explicați ce este scopul unui VCO și cum acest lucru se referă direct la modularea frecvenței.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un VCO generează un semnal de ieșire AC a cărui frecvență este proporțională cu o tensiune de intrare externă.

Note:

Notați elevilor dvs. că circuitele VCO nu sunt utilizate doar în transmisia radio FM. Ele sunt, de asemenea, esențiale pentru funcționarea buclelor cu blocare în fază .

Întrebarea 9

Aceasta este o schemă pentru un VCO foarte simplu:

Oscilatorul este de design "Colpitts". Cheia pentru a înțelege funcționarea acestui circuit este cunoașterea modului în care dioda varactor răspunde la diferite valori de tensiune de polarizare DC. Explicați modul în care funcționează acest circuit, în special modul în care dioda exercită controlul asupra frecvenței de oscilație. De ce variază frecvența de ieșire deoarece tensiunea de control variază "# 9"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Pe măsură ce tensiunea în diodă varactor se schimbă, capacitatea sa se schimbă.

Frecvența de ieșire crește deoarece tensiunea de control devine mai pozitivă.

Note:

Această întrebare este o revizuire bună a funcției diode varactor, precum și teoria modulației de frecvență.

Întrebarea 10

Aceasta este o schemă pentru un VCO simplu:

Oscilatorul este de proiectare a "fazei de schimb" a RC. Explicați modul în care funcționează acest circuit. De ce variază frecvența de ieșire deoarece tensiunea de control variază "# 10"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Pentru a înțelege cum funcționează JFET-urile în acest proiect VCO, examinați îndeaproape regiunile de "saturație" ale curbelor caracteristice ale JFET. Rețineți că aceste regiuni apar ca secțiuni aproape liniare. Acest lucru indică ceva despre comportamentul unui JFET saturat care este exploatat în acest circuit VCO.

Frecvența de ieșire scade, pe măsură ce tensiunea de control devine mai pozitivă.

Note:

Nu numai că această întrebare permite studenților să examineze funcționarea unui VCO, dar oferă, de asemenea, o revizuire bună a teoriei JFET, precum și un exemplu practic de aplicare specială a tranzistorilor cu efect de câmp cu joncțiune.

Notă: diagrama schematică a acestui circuit a fost derivată de la o pagină găsită pe pagina 997 a lui John Markus "

, prima editie. Se pare că designul provine dintr-o publicație Motorola privind utilizarea tranzistorilor cu efect de câmp ("Aplicații de joasă frecvență ale tranzistorilor cu efect de câmp", AN-511, 1971).

Întrebarea 11

FM tinde să fie un mijloc mult mai rezistent la zgomot de modulare a semnalului decât AM. De exemplu, forma de "intermitență" a radio-ului cauzată de fulgerul natural sau zgomotul produs de liniile de înaltă tensiune este atât de ușor de auzit de un radio AM, dar absent pe un radio FM. Explică de ce.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Interferența radio se manifestă ca vârfuri adiționale pe "plicul" unui val de transportator modulat. Recepția AM se bazează pe extragerea acelui plic de la purtătorul modulat, astfel încât receptoarele AM ​​vor "ridica" zgomotul nedorit. Recepția FM se bazează pe extragerea informațiilor din modificările frecvenței, care este în mare parte afectată de zgomot.

Note:

Cereți elevilor să explice acest principiu în propriile cuvinte și nu doar să repete răspunsul dat.

Întrebarea 12

Când transmiteți informații audio (cum ar fi muzică și vorbire) sub formă de unde radio, de ce deranjează modularea unui semnal purtător de frecvență înaltă? De ce nu conectați doar un amplificator audio puternic la o antenă și difuzați frecvențele audio direct?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există mai multe motive pentru care nu doriți să încercați să difuzați undele electromagnetice (radio) la frecvențele audio. Câteva dintre cele mai importante sunt enumerate aici:

Dimensiunea necesară a antenei.
Eficiență scăzută a transmisiei de la imposibilitatea de a se potrivi lungimea antenei cu (schimbarea) frecvenței audio.
Interferențe de la alte emițătoare radio (similare).

Fiți pregătit să explicați de ce fiecare dintre acești factori interzice efectiv emisiunile radio la frecvențe audio.

Note:

Scopul acestei întrebări este de a oferi studenților o relație de înțelegere a teoriei fundamentale a RF și a antenei cu o problemă foarte practică de difuzare a informațiilor de joasă frecvență (în acest caz audio). Un exercițiu distractiv de făcut împreună cu această întrebare este de a calcula dimensiunile fizice necesare ale unei antene (((λ) / 4)) la o frecvență de 2 kHz, ținând cont de faptul că λ = v / f și v ≈ 3 × 10 8 metri pe secundă.

Întrebarea 13

Preziceți modul în care frecvența de ieșire a acestui circuit oscilator cu comandă de tensiune (VCO) va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică unul câte unul, fără multiple defecte):

Capacitorul C 1 nu funcționează deschis:
Inductorul L 1 nu funcționează deschis:
Rezistorul R 1 nu este deschis:
Rezistor R 2 nu funcționează deschis:
Inductor L 2 eșuează parțial scurtcircuitat:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați de ce se vor produce efectele rezultate. Notă: capacitatea dependentă de tensiune a unei diode varactor este dată de următoarea ecuație:

Cj = C o



2V + 1

Unde,

C J = capacitate de joncțiune

C o = Capacitate de joncțiune fără tensiune aplicată

V = Tensiunea de joncțiune inversă aplicată

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Capacitorul C 1 nu se deschide: crește frecvența de ieșire.
Inductorul L 1 nu este deschis: Frecvența de ieșire scade.
Rezistorul R 1 nu funcționează deschis: frecvența de ieșire scade.
Rezistor R 2 nu funcționează deschis: Frecvența de ieșire crește.
Inductor L 2 eșuează parțial scurtcircuitat: Frecvența de ieșire crește.

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 14

Determinați ciclul de funcționare al acestui semnal de undă pătrată:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de funcționare ≈ 10%

Note:

Această întrebare provoacă elevilor să-și aplice cunoștințele despre ciclul activității la un scenariu de măsurare.

Întrebarea 15

Determinați ciclul de funcționare al acestui semnal de undă pătrată:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de funcționare ≈ 80%

Note:

Această întrebare provoacă elevilor să-și aplice cunoștințele despre ciclul activității la un scenariu de măsurare.

Întrebarea 16

O sarcină DC rezistivă primește puterea modulată (PWM) de la un circuit de comandă și un osciloscop arată forma de undă a tensiunii de sarcină ca atare:

Calculați ciclul de funcționare al acestei forme de undă și, de asemenea, puterea medie disipată de sarcină, presupunând o rezistență de sarcină de 1, 8 Ω.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de serviciu ≈ 12, 5%

P medie ≈ 250 W

Următoarea întrebare: parametrii de configurare a osciloscopului (sensibilitate verticală, raport sonda, cuplaj și interval de timp) sunt necesari pentru efectuarea acestor calcule "note ascunse"> Note:

Calculul ciclului de funcționare ar trebui să fie ușor. Calculul disipării puterii de încărcare necesită o gândire. Dacă studenții dvs. nu știu cum să calculeze puterea medie, sugerați acest experiment de gândire: calcularea disipării de putere la ciclul de funcționare 0%, la ciclul de funcționare 100% și la ciclul de funcționare de 50%. Relația dintre ciclul activității și disiparea medie a puterii este mai degrabă intuitivă dacă se iau în considerare aceste condiții.

Dacă este necesară o abordare mai riguroasă pentru a răspunde întrebărilor elevilor, puteți dori să puneți un alt experiment de gândire: calculați energia (în unități de jouli) livrată la sarcină pentru un ciclu de funcționare de 50%, reamintind că Watts este egal cu jouli pe secundă. Puterea medie, atunci, este calculată prin împărțirea jouliilor cu secunde pe o perioadă de una sau mai multe cicluri de undă întregi. Din aceasta, relația liniară dintre ciclul de funcționare și disiparea medie a puterii trebuie să fie clară.

Întrebarea 17

O sarcină DC rezistivă primește puterea modulată (PWM) de la un circuit de comandă și un osciloscop arată forma de undă a tensiunii de sarcină ca atare:

Calculați ciclul de funcționare al acestei forme de undă și, de asemenea, puterea medie disipată de sarcină, presupunând o rezistență de sarcină de 10, 3 Ω.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de serviciu ≈ 58, 3%

P medie ≈ 80 W

Următoarea întrebare: parametrii de configurare a osciloscopului (sensibilitate verticală, raport sonda, cuplaj și interval de timp) sunt necesari pentru efectuarea acestor calcule "note ascunse"> Note:

Calculul ciclului de funcționare ar trebui să fie ușor. Calculul disipării puterii de încărcare necesită o gândire. Dacă studenții dvs. nu știu cum să calculeze puterea medie, sugerați acest experiment de gândire: calcularea disipării de putere la ciclul de funcționare 0%, la ciclul de funcționare 100% și la ciclul de funcționare de 50%. Relația dintre ciclul activității și disiparea medie a puterii este mai degrabă intuitivă dacă se iau în considerare aceste condiții.

Dacă este necesară o abordare mai riguroasă pentru a răspunde întrebărilor elevilor, puteți dori să puneți un alt experiment de gândire: calculați energia (în unități de jouli) livrată la sarcină pentru un ciclu de funcționare de 50%, reamintind că Watts este egal cu jouli pe secundă. Puterea medie, atunci, este calculată prin împărțirea jouliilor cu secunde pe o perioadă de una sau mai multe cicluri de undă întregi. Din aceasta, relația liniară dintre ciclul de funcționare și disiparea medie a puterii trebuie să fie clară.

Întrebarea 18

Circuitul oscilatorului din această diagramă generează o undă pătrată cu un ciclu de reglare activ:

Un student dorește să utilizeze acest circuit ca bază pentru un controler de putere pentru modularea pulsului (PWM), pentru a modifica cantitatea de energie livrată la o sarcină DC. Deoarece circuitul oscilatorului este construit pentru a produce semnale slabe și nu a furniza putere direct la o sarcină, elevul adaugă un MOSFET de putere pentru comutarea curenților de sarcină grea:

Corelați ciclul de funcționare al semnalului de ieșire al oscilatorului cu puterea motorului. Cu alte cuvinte, descrie modul în care creșterile și scăderile în ciclul de funcționare a semnalului afectează cantitatea de energie livrată la motorul electric.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cu cât este mai mare ciclul de funcționare, cu atât mai multă putere este furnizată motorului.

Următoarea întrebare: cum vă recomandăm să determinați o frecvență oscilantă potrivită pentru acest circuit de control al motorului "note hidden"> Note:

Ca revizuire, cereți elevilor să identifice ce tip de MOSFET este (tipul de canal și modul de epuizare sau de îmbunătățire) și ce ar trebui să fie amplitudinea corectă a semnalului oscilatorului pentru a conduce MOSFET alternativ între cutoff și saturație.

Întrebarea 19

Explicați de ce este important ca tranzistoarele de putere finale într-un circuit de control al puterii PWM să funcționeze la o întrerupere completă și o saturație completă și nu în modul liniar (activ) între aceste două extreme. Ce s-ar întâmpla dacă tranzistorul (ele) de putere ar trebui să fie mai mic decât întreruperi sau mai puțin decât saturați atunci când efectuează curentul de sarcină?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Transmiterea puterii de disipare va crește atunci când operează în domeniul său "liniar" de funcționare, mai degrabă decât să fie complet tăiat sau saturat. Acest lucru scade durata sa de funcționare, precum și eficiența energetică a circuitului.

Note:

Revedeți-vă cu elevii ce înseamnă pentru ca un tranzistor să fie în "cutoff" sau în "saturație", dacă nu sunt familiarizați cu acești termeni sau dacă a trecut ceva vreme de când au studiat acest lucru. O înțelegere clară a acestui concept este crucială pentru capacitatea lor de a înțelege eficiența controlului puterii PWM.

Întrebarea 20

Dacă un semnal modulat cu impulsuri (PWM) este trimis către un circuit integrat pasiv de la un circuit capabil de curent și curent de scufundare (ca în cazul stadiului de ieșire dual-MOSFET), ieșirea va fi o tensiune DC (cu unele ripple):

Determinați relația dintre ciclul de funcționare al semnalului PWM și tensiunea de ieșire DC de către integrator. Ce sugerează acest lucru despre PWM ca mijloc de comunicare a informațiilor, cum ar fi datele analoage de la un dispozitiv de măsurare "# 20"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Există o relație direct proporțională între ciclul de funcționare și tensiunea de ieșire DC în acest circuit, ceea ce face posibil ca un semnal PWM să reprezinte date analoge.

Următoarea întrebare # 1: De ce este important ca circuitul care generează semnalul PWM pentru integrator să fie capabil atât să sursă, cât și să scadă curentul?

Următoarea întrebare # 2: Ce ar trebui făcut pentru a reduce tensiunea de rupere la ieșirea integratorului?

Note:

Deși nu ar trebui să fie dificil pentru studenți să discernă relația dintre ciclul de funcționare și tensiunea de ieșire DC, aplicarea acestei relații la comunicarea de date ar putea fi dificilă pentru unii studenți, în special pe cont propriu. Este posibilă o elaborare suplimentară din partea dvs.

Un exemplu excelent al acestui principiu aplicat este generarea unei tensiuni analogice printr-un circuit digital pe 1 biti. Această tehnică este utilă în sistemele de microcontrolere în care porturile de ieșire pot fi rare, cu condiția ca tensiunea de rupere (sau răspunsul lent) să nu fie o problemă.

Întrebarea 21

Afișați ceea ce ar arăta spectrul de frecvență pentru un undă sinusoidală pură (nedistorsionată) de 1 MHz:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Această întrebare probează cunoștințele studenților despre spectrele de frecvență și scalele logaritmice. Rețineți că, cu un val sinusoidal pur, nu există decât un singur vârf în spectrul de frecvență.

Întrebarea 22

Determinați spectrul de frecvență pentru un semnal purtător de înaltă frecvență, purtător de sine, care este amplitudinea modulate (AM) printr-un semnal de undă sinusoidală de frecvență sonoră, după cum arată următoarea diagramă bloc:

Spectrele pentru aceste forme de undă respective sunt prezentate individual:

Trasați spectrul modulat de semnal aici:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următoarele întrebări: dacă semnalul modulativ (audio) a fost crescut în frecvență, ce ar face spectrele laterale "note ascunse"> Note:

Scopul acestei întrebări este de ai face pe studenți să recunoască de unde vin banda laterală și cum se leagă de spectrul de frecvență al undelor purtătoare modulate prin amplitudine.

În cazul în care cineva se întâmplă să întrebe, poziționarea simetrică a benzilor laterale în jurul transportatorului pe spectrul de răspuns implică o scală de frecvență liniară .

Întrebarea 23

Determinați spectrul de frecvențe pentru un semnal "purtător" de înaltă frecvență, care este amplitudinea modulate (AM) printr-un semnal audio-frecvență cu un spectru propriu. Spectrele pentru aceste forme de undă respective sunt prezentate individual:

Trasați spectrul modulat de semnal aici:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Scopul acestei întrebări este de ai face pe studenți să identifice unde provin bandajele laterale și de a recunoaște simetria lor în ceea ce privește vârful transportatorului.

În cazul în care cineva se întâmplă să ceară, scalarea egală a benzilor laterale în jurul transportatorului pe spectrul de răspuns implică o scală de frecvență liniară .

Întrebarea 24

O măsură importantă a formelor de undă ale impulsurilor este ciclul de funcționare . Dă-i o precizie. definiție matematică pentru acest termen.

De asemenea, scrieți o rezolvare a ecuațiilor pentru lățimea pulsului dată ciclului de funcționare (D) și frecvenței (f).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Ciclul de funcționare" este o măsură a formei de undă a impulsului în timp și a duratei sale totale (perioadă):

D = t on


t total

Vă voi lăsa să vă dați seama cum să scrieți o rezolvare a ecuațiilor pentru lățimea pulsului (t on ) în termeni de ciclu de funcționare și frecvență.

Note:

Ciclul de funcționare este un concept foarte important, deoarece informațiile analogice pot fi transmise prin ciclul de sarcină variabil al unei forme de undă digitale, altfel. Discutați această cerere cu elevii dvs., dacă timpul permite.

Întrebarea 25

Determinați ciclul de funcționare al acestui semnal de undă pătrată:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de serviciu ≈ 38%

Note:

Această întrebare provoacă elevilor să-și aplice cunoștințele despre ciclul activității la un scenariu de măsurare.

Întrebarea 26

Determinați ciclul de funcționare al acestui semnal de undă pătrată:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de funcționare ≈ 30%

Note:

Această întrebare provoacă elevilor să-și aplice cunoștințele despre ciclul activității la un scenariu de măsurare.

Întrebarea 27

Cum ar reacționa un motor DC cu magnet permanent dacă întrerupătorul din acest circuit a fost închis și deschis în mod repetat la o frecvență foarte înaltă? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01104x01.png „>

Se rotește la viteză maximă, la fel ca și când întrerupătorul ar fi fost închis tot timpul? Se va roti deloc? Explică-ți răspunsul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Motorul se va roti la o viteză mai mică decât viteza maximă.

Următoarele întrebări: explicați modul în care acest principiu general ar putea fi utilizat pentru a controla viteza unui motor electric.

Note:

Întrucât circuitul din această întrebare cuprinde un principiu general de control al puterii, ar fi bine să îl contrastăm cu alte forme de control al puterii. Întrebați elevii dvs. cum consideră că această metodă de control se compară cu cea a plasării unei rezistențe variabile în serie cu motorul. Este metoda "comutare" mai mult sau mai puțin eficientă?

Întrebarea 28

O sarcină DC rezistivă primește puterea modulată (PWM) de la un circuit de comandă și un osciloscop arată forma de undă a tensiunii de sarcină ca atare:

Calculați ciclul de funcționare al acestei forme de undă, precum și puterea medie disipată de sarcină, presupunând o rezistență de sarcină de 2, 5 Ω.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclul de serviciu ≈ 42%

P medie ≈ 1, 5 W

Următoarea întrebare: parametrii de configurare a osciloscopului (sensibilitate verticală, raport sonda, cuplaj și interval de timp) sunt necesari pentru efectuarea acestor calcule "note ascunse"> Note:

Calculul ciclului de funcționare ar trebui să fie ușor. Calculul disipării puterii de încărcare necesită o gândire. Dacă studenții dvs. nu știu cum să calculeze puterea medie, sugerați acest experiment de gândire: calcularea disipării de putere la ciclul de funcționare 0%, la ciclul de funcționare 100% și la ciclul de funcționare de 50%. Relația dintre ciclul activității și disiparea medie a puterii este mai degrabă intuitivă dacă se iau în considerare aceste condiții.

Dacă este necesară o abordare mai riguroasă pentru a răspunde întrebărilor elevilor, puteți dori să puneți un alt experiment de gândire: calculați energia (în unități de jouli) livrată la sarcină pentru un ciclu de funcționare de 50%, reamintind că Watts este egal cu jouli pe secundă. Puterea medie, atunci, este calculată prin împărțirea jouliilor cu secunde pe o perioadă de una sau mai multe cicluri de undă întregi. Din aceasta, relația liniară dintre ciclul de funcționare și disiparea medie a puterii trebuie să fie clară.

Întrebarea 29

O sarcină DC rezistivă primește puterea modulată (PWM) de la un circuit de comandă și un osciloscop arată forma de undă a tensiunii de sarcină ca atare:

Calculați ciclul de funcționare al acestei forme de undă, precum și puterea medie disipată de sarcină, presupunând o rezistență de încărcare de 40, 7 Ω.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Ciclu de lucru ≈ 71, 4%

P medie ≈ 344 W.

Următoarea întrebare: parametrii de configurare a osciloscopului (sensibilitate verticală, raport sonda, cuplaj și interval de timp) sunt necesari pentru efectuarea acestor calcule "note ascunse"> Note:

Calculul ciclului de funcționare ar trebui să fie ușor. Calculul disipării puterii de încărcare necesită o gândire. Dacă studenții dvs. nu știu cum să calculeze puterea medie, sugerați acest experiment de gândire: calcularea disipării de putere la ciclul de funcționare 0%, la ciclul de funcționare 100% și la ciclul de funcționare de 50%. Relația dintre ciclul activității și disiparea medie a puterii este mai degrabă intuitivă dacă se iau în considerare aceste condiții.

Dacă este necesară o abordare mai riguroasă pentru a răspunde întrebărilor elevilor, puteți dori să puneți un alt experiment de gândire: calculați energia (în unități de jouli) livrată la sarcină pentru un ciclu de funcționare de 50%, reamintind că Watts este egal cu jouli pe secundă. Puterea medie, atunci, este calculată prin împărțirea jouliilor cu secunde pe o perioadă de una sau mai multe cicluri de undă întregi. Din aceasta, relația liniară dintre ciclul de funcționare și disiparea medie a puterii trebuie să fie clară.

Întrebarea 30

Cum este controlul puterii de modulație a pulsului în lățime similar cu forma de control exercitată de TRIAC și SCR în circuitele de alimentare de curent alternativ? Cum diferă?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

La fel ca în PWM, circuitele de control al puterii AC utilizând dispozitivele TRIAC și SCR modulează puterea prin controlarea timpului în care sarcina primește energie de la sursă.

Note:

Discutați cu elevii dvs. despre asemănările și diferențele dintre aceste două forme de control al puterii bazate pe timp. Desigur, PWM este mult mai sofisticat decât sistemele de control SCR și TRIAC comutate în mod natural, dar este și mai complexă și, prin urmare, este mai predispusă la defecțiuni.

Întrebarea 31

Modulația densității în impuls (PDM) este strâns legată de modularea cu puls-lățime (PWM). Descrieți asemănările și diferențele în propriile cuvinte.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

PWM este un format de modulare cu adevărat analogic, unde PDM este cu adevărat digital. Cu alte cuvinte, rezoluția PWM este infinită, în timp ce rezoluția PDM este finită.

Note:

Trebuie remarcat faptul că fie fluxul de impuls poate fi transformat într-o tensiune analogică prin filtrarea cu trecere joasă, ceea ce face ca ambele formate de modulare să fie foarte utile.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →