Analisis Semasa Mesh DC

Analisis Rangkaian DC (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Analisis Semasa Mesh DC

Teknik Analisis Rangkaian


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan jawapan "dan bukan buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua nilai voltan, arus, dan sebagainya.
  6. Berhati-hati mengukur jumlah itu, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter. Saya cadangkan resistor antara 1 kΩ dan 100 kΩ, melainkan, tentu saja tujuan litar adalah untuk menggambarkan kesan beban muatan! Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Transistor adalah peranti semikonduktor yang berfungsi sebagai pengawal selia tetap. Demi analisis, transistor sering dianggap sumber - sumber semasa:

Katakan kita perlu mengira jumlah semasa yang dikeluarkan dari sumber 6-volt dalam litar transistor dua-sumber ini:

Kita tahu arus gabungan dari dua sumber voltan mesti menambah sehingga 5 mA, kerana Hukum Semasa Kirchhoff memberitahu kita bahawa arus menambah algebra di mana-mana nod. Berdasarkan pengetahuan ini, kita boleh melabelkan semasa melalui bateri 6 volt sebagai "I", dan semasa melalui bateri 7.2 voltan sebagai "5 mA - I":

Undang-undang Voltan Kirchhoff memberitahu kita bahawa jumlah voltan algebra yang jatuh di mana-mana "gelung" dalam litar mesti bersamaan sifar. Berdasarkan semua data ini, kirakan nilai I:

Petunjuk: persamaan serentak tidak diperlukan untuk menyelesaikan masalah ini!

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

I = 1.9 mA

Nota:

Saya menulis soalan ini sedemikian rupa sehingga ia meniru cawangan / analisis semasa mesh, tetapi dengan maklumat yang cukup (iaitu, nilai sumber semasa) yang hanya ada satu pembolehubah untuk diselesaikan. Idea di sini adalah untuk menyediakan pelajar untuk menyedari mengapa persamaan serentak diperlukan dalam litar yang lebih kompleks (apabila tidak diketahui semua tidak boleh dinyatakan dalam bentuk pembolehubah tunggal).

Soalan 3

Litar transistor ini dikuasakan oleh dua sumber voltan yang berbeza, satu yang menghasilkan 6 volt, dan yang lain yang berubah-ubah.

Transistor secara semula jadi bertindak sebagai peranti yang mengawal selia semasa, dan sering dianalisis seolah-olah ia adalah sumber semasa. Katakan transistor ini berlaku mengawal arus pada nilai 3.5 mA:

Berapa voltan sumber pembolehubah perlu diselaraskan, sehingga tiada arus diambil dari bateri 6 volt "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

E = 9.5 V

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar menggunakan apa yang mereka tahu mengenai "undang-undang" litar asas (Undang-undang Ohm, KVL, KCL) untuk penyelesaian nilai voltan tunggal. Seperti biasa, kaedah penyelesaian jauh lebih berharga daripada jawapannya.

Jika sesetengah pelajar benar-benar keliru tentang bagaimana untuk menyelesaikan voltan ini, nyatakan bahawa mereka "memasangkan" jawapan yang diberikan ke dalam litar dan menentukan arus dan jatuh voltan. Apa yang mereka perhatikan apabila mereka melakukan ini? Apakah keadaan yang luar biasa (s) yang menonjol dengan sumber yang berubah-ubah pada 9.5 volt? Adakah mana-mana syarat-syarat ini boleh diketahui (atau sepatutnya) sebelum mengetahui voltan sumber berubah, memandangkan keadaan ". . . tiada semasa (dikeluarkan) dari bateri 6 volt "?

Soalan 4

Tulis dua persamaan gelung KVL untuk litar ini, menggunakan I 1 dan I 2 sebagai pembolehubah sahaja:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Persamaan KVL untuk gelung tangan kiri:

6 - 1000I 1 - 1000 (I 1 + I 2 ) + 1 = 0

Persamaan KVL untuk gelung tangan kanan:

7.2 - 1000I 2 - 1000 (I 1 + I 2 ) + 1 = 0

Soalan susulan: apakah nilai I 1 dan I 2, berdasarkan sistem persamaan "nota yang disembunyikan"> Nota:

Persamaan pelajar mungkin tidak kelihatan sama seperti ini, bergantung kepada bagaimana mereka "melangkah" di sekeliling gelung pengurangan voltan. Selagi mereka semua dapat mencapai jawapan yang sama untuk I 1 dan I 2, tidak mengapa. Malah, adalah perkara yang baik untuk mempunyai pelajar yang berbeza mencadangkan pelbagai bentuk persamaan untuk menunjukkan bahawa jawapan yang sama diperoleh setiap kali.

Soalan 5

Huraikan, langkah demi langkah, langkah-langkah yang diperlukan untuk mengira semua arus dan kejatuhan voltan dalam rangkaian DC menggunakan Kaedah Semasa Mesh .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Terdapat beberapa buku teks dan rujukan lain yang menggariskan langkah-langkah yang diperlukan dalam kaedah analisis ini. Saya meninggalkan tugas menyelidik langkah-langkah ini kepada anda!

Nota:

Pelajar mungkin mendapati sedikit perbezaan antara variasi kaedah analisis "Cawangan Semasa" yang diterangkan dalam rujukan yang berbeza. Walau bagaimanapun, perbezaan ini tidak membawa kesan.

Soalan 6

Tulis persamaan KVL untuk litar ini, memandangkan petunjuk arah jejaring berikut, dan kemudian selesaikan semasa mengecas semasa bateri # 1:

Sekarang, tulis persamaan KVL untuk litar yang sama, selepas membalikkan arah aliran semasa I 2 . Bagaimana pembalikan ini semasa mesh I 2 menjejaskan penulisan dua persamaan KVL, dan juga pengiraan jawapan untuk mengecas semasa bateri # 1 "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images /quiz/01051x02.png ">

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Persamaan KVL dengan arus I 1 dan I 2 berselubung antara satu sama lain melalui bateri # 1:

0.5I 1 + 0.2I 1 + 0.2 (I 1 + I 2 ) + 1.5 (I 1 + I 2 ) + 23.5 - 29 = 0

1.5 (I 1 + I 2 ) + 0.2 (I 1 + I 2 ) + 0.2I 2 + I 2 - 24.1 + 23.5 = 0

Persamaan KVL dengan arus I 1 dan I 2 bersilang antara satu sama lain melalui bateri # 1:

0.5I 1 + 0.2I 1 + 0.2 (I 1 - I 2 ) + 1.5 (I 1 - I 2 ) + 23.5 - 29 = 0

1.5 (I 2 - I 1 ) + 0.2 (I 2 - I 1 ) + 0.2I 2 + I 2 + 24.1 - 23.5 = 0

Saya bat1 = 1.7248 A

Nota:

Pelajar anda mungkin mendapati persamaan persamaan KVL lebih mudah dengan dua arus saringan bergerak ke arah yang sama melalui bateri # 1, tetapi mereka sepatutnya dapat menjawab sama dengan cara yang sama. Sangat penting untuk memahami pelajar tentang teknik Mesh Current yang mereka dapat mengendalikan kedua-dua situasi!

Soalan 7

Kaedah analisis rangkaian "Mesh Current" berfungsi dengan baik untuk mengira arus dalam litar jambatan yang tidak seimbang. Ambil litar ini, contohnya:

Tulis tiga persamaan mesh untuk litar ini, berikut tiga arus mesh:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Persamaan tiga mesh:

170I 1 + 50I 2 - 120I 3 = 10

50I 1 + 300I 2 + 100I 3 = 0

-120I 1 + 100I 2 + 420I 3 = 0

Nota:

Persamaan pelajar mungkin tidak kelihatan sama seperti ini, bergantung kepada bagaimana mereka "melangkah" di sekeliling gelung pengurangan voltan. Selagi mereka dapat mencapai jawapan yang sama untuk I 1, I 2, dan I 3, tidak mengapa. Malah, adalah perkara yang baik untuk mempunyai pelajar yang berbeza mencadangkan pelbagai bentuk persamaan untuk menunjukkan bahawa jawapan yang sama diperoleh setiap kali.

Kepentingan khusus dalam masalah ini adalah bagaimana pelajar mewakili dua arus penyorongan pada satu perintang dalam persamaan mereka. Kesilapan yang biasa untuk memulakan penganalisis semasa adalah untuk mengabaikan arah yang relatif untuk mengarahkan arus. Ia membuat perbezaan yang sangat besar sama ada dua arus mesh pergi arah yang sama melalui perintang, atau sama ada mereka pergi ke arah yang bertentangan!

Soalan 8

Gaya pembezaan voltan yang sangat menarik muncul dalam edisi Elektronik, 10 Mei 1973. Ia menggunakan tiga tali yang bersambung dengan perintang dan klip sambungan untuk menyediakan 1000 langkah pembahagian voltan dengan hanya 31 perintang, hanya 3 nilai rintangan yang berbeza:

Dengan menggerakkan titik sambungan di antara rentetan resistor ini, pecahan yang berbeza daripada voltan masukan boleh didapati pada output:

Untuk tujuan analisa, kami boleh memudahkan sebarang konfigurasi litar pembahagi voltan ini kepada rangkaian perintang yang lebih sedikit, dalam bentuk ini:

Lukiskan rangkaian mudah untuk setiap dua konfigurasi yang diberikan (V keluar = 6.37 volt dan V keluar = 2.84 volt), menunjukkan semua nilai rintangan, dan kemudian gunakan analisis semasa mesh untuk mengesahkan voltan keluaran yang diberikan dalam setiap kes.

Nota: anda perlu menyelesaikan satu set persamaan serentak: 4 persamaan dengan 4 tidak diketahui, untuk mendapatkan setiap jawapan. Saya amat mengesyorkan anda menggunakan kalkulator saintifik untuk melakukan aritmetik yang diperlukan!

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jika anda memerlukan pengesahan kerja anda, anda harus menggunakan program simulasi komputer seperti SPICE untuk "melakukan matematik" untuk anda.

Nota:

Terdapat banyak kerja persediaan dan aritmetik untuk dilakukan dalam analisis kedua-dua konfigurasi litar ini. Latihan ini bukan sahaja merupakan aplikasi menyeluruh kaedah semasa mesh, tetapi juga berfungsi sebagai aplikasi yang sangat baik untuk perisian simulasi komputer. Berikan pelajar anda peluang untuk menganalisis kedua litar ini dengan perisian simulasi, sehingga mereka dapat menghargai kekuatan teknologi ini.

Tanya pelajar anda soalan ini: "Jika seorang pelajar memasuki litar mereka ke dalam program simulasi komputer, dan program itu memberi mereka jawapan yang diketahui tidak betul. Apakah ini menunjukkan kepada pelajar "meta-tag hidden-print">

Alat Berkaitan:

Edge ditambah Microstrip Impedance Calculator Pi Attenuator Calculator Temperature Converter

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →