Litar Diod yang tepat

Cara pasang capacitor kipas (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Litar Diod yang tepat

Litar Bersepadu Analog


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 "jawaban" daripada 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 voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, 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 menggunakan model 741 op-amp, melainkan jika anda mahu mencabar kemahiran reka bentuk litar anda. Terdapat lebih banyak model op-amp yang biasa tersedia untuk pemula. Saya cadangkan LM324 untuk DC dan rangkaian frekuensi rendah AC, dan TL082 untuk projek AC yang melibatkan audio atau frekuensi yang lebih tinggi.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter. Saya cadangkan nilai resistor antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

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

Jenis graf biasa yang digunakan untuk menggambarkan operasi komponen elektronik atau sub-litar ialah ciri pemindahan, menunjukkan hubungan antara isyarat input dan isyarat keluaran. Sebagai contoh, ciri pemindahan untuk litar pembahagi voltan rintangan mudah ialah garis lurus:

Apabila suatu ciri pemindahan telah diplot, ia boleh digunakan untuk meramalkan isyarat keluaran litar yang diberi sebarang isyarat input tertentu. Dalam kes ini, plot ciri pemindahan untuk litar pemisah voltan 2: 1 memberitahu kita bahawa litar akan mengeluarkan +3 volt untuk input +6 volt:

Kita boleh menggunakan ciri pemindahan yang sama untuk merancang output pembahagi voltan yang diberikan input gelombang gelombang AC:

Sedangkan contoh ini (pembahagi voltan dengan nisbah 2: 1) agak remeh, ia menunjukkan bagaimana ciri pemindahan boleh digunakan untuk meramalkan isyarat keluaran rangkaian yang diberi syarat isyarat input tertentu. Di mana grafik ciri pemindahan lebih praktikal adalah untuk meramal tingkah laku litar tidak linear . Sebagai contoh, ciri pemindahan untuk litar penerus separuh gelombang yang ideal kelihatan seperti ini:

Lakarkan ciri pemindahan untuk diod realistik (silikon, dengan penurunan 0.7 voltan ke hadapan), dan gunakan ciri ini untuk merancang gelombang keluaran gelombang yang diperbetulkan separuh gelombang dengan input sinusoidal:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Pemindahan graf ciri menyediakan kaedah yang elegan untuk melukis waveshape output untuk sebarang rangkaian elektrik, linear atau tidak linear. Kaedah di mana titik-titik sepanjang bentuk gelombang masukan dicerminkan dan dipindahkan ke titik yang sama pada bentuk gelombang output membenarkan nama alat analisis ini. Pastikan pelajar anda mendapat peluang untuk belajar bagaimana menggunakan alat ini, kerana ia dapat memberi gambaran yang mendalam tentang gangguan dalam peranti elektronik dan elektromagnetik.

Soalan 3

Tentukan voltan keluaran litar ini, dengan mengandaikan satu diod silikon (0.7 volt jatuh ke hadapan):

Sekarang, tentukan voltan keluaran litar yang sama dengan diod Schottky (drop voltan khas 0.4 voltan) dan bukannya diod PN simpang silikon:

Sekarang, tentukan voltan keluaran litar yang sama dengan diod pemancaran cahaya (1.7 volt drop khas ke hadapan):

Komen mengenai voltan output tiga litar ini: apakah ini menunjukkan tentang kesan drop voltan diod pada output opamp "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Dalam kedua-dua litar, voltan output tepat -2 volt.

Soalan susulan: apa yang berbeza dalam tiga litar ini, jika bukan voltan keluaran?

Nota:

Dengan sendirinya, litar ini tidak berguna. Tujuan mereka adalah untuk menyediakan pelajar memahami bagaimana litar penerus ketepatan berfungsi, dengan menunjukkan bagaimana maklum balas negatif membuat penurunan voltan diod hadapan tidak relevan. Ini adalah satu lagi contoh kekuatan maklum balas negatif, dan satu konsep penting untuk memahami semua litar diod yang tepat (opamp-driven).

Soalan 4

Tentukan voltan keluaran litar ini untuk dua nilai voltan masukan yang berbeza: +5 volt, dan -5 volt, dengan mengandaikan penggunaan biasa dioda rectifier silikon:

Berdasarkan data ini (dan sebarang syarat input lain yang anda ingin menguji litar ini di bawah), terangkan fungsi fungsi litar ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila V dalam = +5 volt, V keluar = -5 volt

Apabila V dalam = -5 volt, V keluar = 0 volt

Litar ini adalah penerus ketepatan.

Nota:

Bekerja dengan pelajar anda untuk menganalisis tingkah laku litar ini, menggunakan Undang-undang Ohm dan prinsip asas maklum balas negatif (sifar tegangan input berlawanan). Tanya kepada pelajar anda sama ada atau tidak apa jenis jenis dioda yang digunakan (silikon versus germanium versus pemancar cahaya).

Soalan 5

Litar opamp ini dipanggil penerus ketepatan . Menganalisis voltan keluarannya apabila voltan input lancar meningkat dari -5 volt hingga +5 volt, dan jelaskan mengapa litar tersebut sepatutnya namanya:

Anggapkan bahawa kedua-dua dioda dalam litar ini adalah diod beralih silikon, dengan penurunan voltan hadapan nominal 0.7 volt.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Mana-mana voltan masukan positif, tidak kira berapa kecil, "tercermin" pada output sebagai voltan negatif yang sama (mutlak) magnitud. Output litar ini kekal pada 0 volt untuk sebarang voltan masukan negatif.

Soalan susulan: adakah ia menjejaskan voltan keluaran jika drop voltan ke hadapan sama ada diod meningkat "nota tersembunyi"> Nota:

Litar penerus ketepatan cenderung lebih sukar untuk pelajar memahami daripada litar penguat pembalik atau bukan pembalik yang tidak membetulkan. Luangkan masa menganalisis litar ini bersama-sama di kelas dengan pelajar anda, meminta mereka untuk menentukan magnitud semua voltan dalam litar (dan arahan arus) untuk syarat voltan input yang diberikan.

Memahami sama ada perubahan dalam voltan diod ke hadapan atau tidak mempengaruhi fungsi litar penerus ketepatan adalah asas. Jika pelajar memahami apa-apa lagi mengenai litar ini, ia adalah hubungan antara penurunan voltan diod dan ciri-ciri pemindahan input / output.

Soalan 6

Terangkan mengapa litar opamp berikut tidak boleh digunakan sebagai penerus dalam litar bekalan kuasa AC-DC:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Inilah petunjuk: di mana opamp mendapat kuasa dari "nota yang disembunyikan"> Nota:

Percaya atau tidak, saya sebenarnya duduk di kelas elektronik satu kali dan mendengar instruktor membentangkan litar opamp penyearah ketepatan sebagai "penerus ketepatan untuk bekalan kuasa". Dia juga serius, mendakwa bahawa jenis litar ini digunakan untuk memberikan output voltan split (+ V / -V) untuk bekalan kuasa atas bangku. Bahagian yang paling menyedihkan ini adalah bahawa tiada seorang pun muridnya mengenali apa-apa yang salah dengan kenyataannya (atau sekurang-kurangnya tidak merasa selesa dalam menimbulkan persoalan mengenainya).

Soalan 7

Ramalkan bagaimana operasi litar penerus ketepatan ini akan terjejas akibat daripada kerosakan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Resistor R 1 gagal dibuka:
Resistor R 2 gagal dibuka:
Diode D 1 gagal dibuka:
Diode D 2 gagal dibuka:

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Resistor R 1 gagal dibuka: V keluar menjadi sama dengan 0 volt setiap masa.
Resistor R 2 gagal terbuka: V keluar jenuh secara negatif apabila V dalam positif, dan V keluar mengapungkan sehingga +1.4 volt apabila V dalam negatif (bergantung kepada bagaimana output dimuatkan oleh litar lain).
Diode D 1 gagal dibuka: Operasi normal apabila V dalam positif (V keluar = - V in ), V keluar = V apabila V dalam negatif (gelombang penuh, pembetulan terbalik!).
Diode D 2 gagal dibuka: Operasi normal apabila V dalam adalah negatif (V keluar = 0 volt), V keluar = V dalam apabila V dalam adalah positif (separuh gelombang, pembetulan tidak terbalik!).

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendekati domain pemecahan litar dari perspektif mengetahui apa yang salah, bukan hanya mengetahui apa gejala. Walaupun ini tidak semestinya perspektif yang realistik, ia membantu pelajar membina pengetahuan asas yang diperlukan untuk mendiagnosis litar yang salah dari data empirikal. Soalan-soalan seperti ini harus diikuti (akhirnya) dengan soalan lain yang meminta pelajar mengenal pasti kemungkinan kesalahan berdasarkan pengukuran.

Soalan 8

Litar berikut kadang-kala dirujuk sebagai pemisah polariti . Mencipta beberapa syarat ujian yang akan digunakan untuk "membuktikan" operasi litar, kemudian menganalisis litar di bawah keadaan yang dibayangkan dan melihat hasilnya:

Terangkan apa yang setiap output dilakukan dalam litar "pemisah polariti" ini untuk sebarang voltan masukan yang diberikan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Output V out1 adalah terbalik (negatif) dari mana-mana voltan masukan yang positif, manakala output V out2 adalah terbalik (positif) bagi sebarang voltan masukan negatif.

Nota:

Litar ini adalah pengenalan yang baik kepada litar penerus ketepatan gelombang penuh, walaupun operasinya sedikit lebih sukar difahami daripada di sini.

Soalan 9

Tentukan voltan output litar ini untuk dua nilai voltan masukan yang berbeza: +4 volt dan -4 volt. Tentukan voltan pada setiap dan setiap nod berkenaan dengan tanah sebagai sebahagian daripada analisis anda:

Berdasarkan data ini (dan sebarang syarat input lain yang anda ingin menguji litar ini di bawah), terangkan fungsi fungsi litar ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar ini adalah penerus gelombang penuh tepat.

Nota:

Adalah lebih mudah untuk menganalisis tingkah laku litar ini dengan voltan masukan yang positif daripada menganalisisnya dengan voltan input negatif! Terdapat kecenderungan untuk pelajar mencapai kesimpulan ini apabila menganalisis kelakuan litar dengan voltan masukan negatif:

Kesalahan itu seolah-olah munasabah sehingga analisa arus dibuat. Sekiranya tegasan ini adalah benar, Undang-undang Semasa Kirchhoff akan dilanggar di tanah maya opamp pertama:

Soalan 10

Terangkan bagaimana anda boleh menterbalikkan polaritas output litar penerus ketepatan ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Jawapan kepada soalan ini mungkin kelihatan jelas untuk kedua-dua bertanya. Pada kenyataannya, ini hanyalah satu lagi alasan untuk menganalisis litar penerus gelombang penuh, lengkap dengan semua arus dan titik voltan!

Soalan 11

Satu masalah dengan PMMC (gegelung magnet kekal bergerak) pergerakan meter cuba untuk mendapatkannya untuk mendaftar AC bukan DC. Oleh kerana pergerakan meter ini adalah sensitif polar, jarum mereka hanya bergetar ke belakang dan tidak berubah dengan cara yang tidak berguna apabila dikuasai oleh arus bolak:

Masalah yang sama menghantui peranti pengukuran lain dan litar yang dirancang untuk bekerja dengan DC, termasuk litar penukaran analog-ke-digital yang paling moden yang digunakan dalam meter digital. Entah bagaimana, kita mesti dapat membetulkan kuantiti AC diukur ke DC untuk litar pengukuran ini untuk berfungsi dengan baik.

Satu penyelesaian yang jelas adalah menggunakan penyearah jambatan yang dibuat daripada empat diod untuk melaksanakan pembetulan:

Masalah di sini ialah drop voltan ke hadapan diod yang membetulkan. Jika kita mengukur voltan besar, kehilangan voltan ini boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, jika kita mengukur tegangan AC kecil, penurunan itu mungkin tidak dapat diterima.

Terangkan bagaimana litar rectifier gelombang ketepatan penuh yang dibina dengan opamp mungkin dapat menangani masalah ini dengan secukupnya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Litar opamp ketepatan mampu membetulkan voltan AC tanpa sebarang kehilangan voltan, yang membolehkan pergerakan meter DC (atau litar penukaran analog-ke-digital) berfungsi seperti yang direka.

Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk menyediakan konteks praktikal bagi litar penerus ketepatan, di mana pelajar dapat membayangkan aplikasi sebenar.

Soalan 12

Katakan bahawa diode D1 dalam litar penerus ketepatan ini gagal terbuka. Apakah kesannya terhadap voltan keluaran "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01174x01.png">

Petunjuk: jika ia membantu, lukiskan angka angka yang berkaitan dengan V dengan V keluar, dan berdasarkan jawapan anda pada keputusan yang ditampal.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Daripada voltan keluaran yang tinggal pada 0 volt untuk sebarang voltan masukan yang positif, output akan sama dengan voltan masukan (positif), dengan asumsi ia masih diturunkan seperti ditunjukkan.

Soalan cabaran: apakah fungsi matematik litar ini berfungsi, dengan diod D1 gagal terbuka?

Nota:

Perhatikan bahawa kegagalan yang diberikan tidak menyebabkan litar tidak berguna, tetapi mengubah fungsinya menjadi sesuatu yang berbeza! Ini adalah pelajaran penting untuk pelajar memahami: kegagalan komponen mungkin tidak selalu menghasilkan litar lengkap yang tidak berfungsi. Litar boleh terus berfungsi, hanya berbeza. Dan, dalam sesetengah kes seperti ini, fungsi baru mungkin kelihatan seperti yang disengajakan!

Soalan 13

Tentukan voltan keluaran litar ini untuk keadaan voltan masukan berikut:

V 1 = +2 volt
V 3 = -1.5 volt
V 1 = +2.2 volt

Petunjuk: jika anda mendapati litar ini terlalu rumit untuk menganalisis semua sekaligus, fikirkan cara untuk mempermudahnya supaya anda boleh menganalisisnya satu "sekeping" pada satu masa.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Voltan keluaran akan menjadi +2.2 volt, tepatnya.

Soalan susulan: apakah fungsi litar ini melaksanakan "nota tersembunyi"> Nota:

Satu lagi aspek soalan ini untuk menimbang dengan pelajar anda adalah proses penyederhanaan, terutama bagi pelajar yang mengalami kesulitan menganalisis seluruh litar. Kaedah penyederhanaan apa yang difikirkan oleh pelajar anda ketika mereka mendekati masalah ini? Kesimpulan apa yang boleh dibuat mengenai konsep umum penyederhanaan masalah (sebagai teknik penyelesaian masalah)?

Soalan 14

Litar ini dirujuk sebagai pengikut puncak-dan-memegang, mengambil voltan masukan positif yang paling besar dan "memegang" nilai pada output sehingga voltan input positif yang lebih tinggi datang bersama-sama:

Berikan penjelasan ringkas tentang cara kerja litar ini, serta tujuan dan fungsi suis "set semula". Juga, jelaskan mengapa opamp input FET diperlukan untuk peringkat terakhir penguatan.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan memberitahu anda bagaimana litar berfungsi! Berkenaan dengan keperluan input FET, saya katakan ini: jika arus bias opamp yang terakhir terlalu besar, litar akan "kehilangan ingatannya" dari nilai puncak positif terakhir dari masa ke masa.

Soalan susulan: bagaimana anda mencadangkan memilih nilai resistor R dan kapasitor C "// www.allaboutcircuits.com/video-lectures/junction-field-effect-transistors-jfet/"> JFET untuk keupayaan semula elektronik.

Nota:

Tanya pelajar anda jika mereka boleh memikirkan sebarang aplikasi praktikal untuk litar jenis ini. Terdapat banyak!

Saya merasa menarik bahawa dalam dua teks yang sangat dihormati di litar opamp, saya telah mendapati litar pengikut dan lekapan puncak berikut diberikan sebagai contoh praktikal:

Litar ini mengandungi dua kesilapan: yang pertama ialah dengan menukar suis semula ke tanah, dan bukannya -V. Ini menjadikan fungsi set semula menetapkan output lalai kepada 0 volt, yang menjadikannya mustahil bagi litar untuk mengikuti dan memegang isyarat input di bawah potensi tanah. Kesilapan kedua tidak mempunyai perintang sebelum suis set semula. Tanpa resistor di tempat, tutup suis set semula meletakkan litar pintas sesaat pada output opamp pertama. Memang, kehadiran penghalang mencipta tahap penyepadu pasif (pemalar masa RC) yang mesti disimpan dengan pantas agar perubahan pesat dalam input akan diikuti dan dipegang, tetapi ini bukan faktor yang sukar untuk jurutera.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →