Sumber Kuasa Dikawal

Dikawal KETAT Bertemu Presiden Jokowi, Abu Bakar Ba'asyir Sampaikan Ini... (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Sumber Kuasa Dikawal

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


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, memilih nilai resistor yang cukup tinggi untuk merosakkan komponen aktif.
  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.

Apabila pelajar pertama kali belajar tentang peranti semikonduktor, dan kemungkinan besar akan merosakkannya dengan membuat sambungan yang tidak betul dalam litar mereka, saya cadangkan mereka bereksperimen dengan komponen watt besar yang besar (1N4001 dioda membetulkan, TO-220 atau TO-3 transistor kuasa kes, dan sebagainya), dan menggunakan sumber kuasa bateri sel kering dan bukannya bekalan kuasa benchtop. Ini mengurangkan kemungkinan kerosakan komponen.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter (di hujung tinggi) dan untuk mengelakkan burnout burnout (pada akhir rendah). Saya cadangkan perintang 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

Lengkapkan jadual tegangan keluaran untuk beberapa nilai voltan input yang diberikan dalam litar penguat pemungut biasa ini. Anggapkan bahawa transistor adalah unit silikon NPN piawai, dengan nominal asas-pemancar junction voltan ke hadapan 0.7 volt:

V dalamV keluar
0.0 V
0.5 V
1.0 V
1.5 V
5.0 V
7.8 V

Berdasarkan nilai yang anda kira, jelaskan mengapa konfigurasi litar pemungut biasa sering dirujuk sebagai pengikut pemancar .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Voltan di terminal pemancar transistor kira-kira "mengikuti" voltan yang digunakan pada terminal pangkalan, oleh itu nama.

V dalamV keluar
0.0 V0.0 V
0.5 V0.0 V
1.0 V0.3 V
1.5 V0.8 V
5.0 V4.3 V
7.8 V7.1 V

Nota:

Pada mulanya, litar transistor "emitter follower" mungkin kelihatan tidak berguna, kerana voltan keluaran hampir sama dengan voltan masukan (terutamanya untuk voltan masukan yang melebihi 0.7 volt DC). "Apakah kebaikan yang mungkin adalah litar seperti" panel kerja panel lalai panel "lalai"

Soalan 3

Selesaikan jadual voltan keluaran, arus keluaran, dan arus input untuk beberapa nilai voltan input yang diberikan dalam litar penguat pemungut biasa ini. Anggapkan bahawa transistor adalah unit silikon NPN piawai, dengan nominal asas-pemancar junction voltan ke hadapan 0.7 volt:

V dalamV keluarSaya masukSaya keluar
0.0 V
0.4 V
1.2 V
3.4 V
7.1 V
10.8 V

Kira voltan dan keuntungan semasa litar ini daripada nilai berangka dalam jadual:

A V = ΔV keluar


ΔV dalam

=

A I = ΔI keluar


ΔI dalam

=

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

V dalamV keluarSaya masukSaya keluar
0.0 V0.0 V0.0 μA0.0 mA
0.4 V0.0 V0.0 μA0.0 mA
1.2 V0.5 V2.498 μA0.227 mA
3.4 V2.7 V13.49 μA1.227 mA
7.1 V6.4 V31.97 μA2.909 mA
10.8 V10.1 V50.45 μA4.591 mA

A V = ΔV keluar


ΔV dalam

= 1

A I = ΔI keluar


ΔI dalam

= 91

Nota:

Tujuan soalan ini, selain menyediakan amalan untuk analisis DC litar pemungut biasa, adalah untuk menunjukkan sifat amplifikasi semasa penguat pemungut biasa. Ini adalah ciri penting, kerana tiada penguatan voltan dalam litar penguat jenis ini.

Pendekatan ini untuk menentukan gain voltan litar penguat transistor adalah salah satu yang tidak memerlukan pengetahuan terlebih dahulu mengenai konfigurasi penguat. Untuk mendapatkan data yang diperlukan untuk mengira keuntungan voltan, semua orang perlu tahu adalah "prinsip pertama" Undang-undang Ohm, Undang-undang Kirchhoff, dan prinsip-prinsip operasi asas transistor junction bipolar. Persoalan ini benar-benar hanya percubaan pemikiran : meneroka bentuk litar yang tidak diketahui dengan menggunakan peraturan komponen litar yang diketahui. Sekiranya pelajar meragui keberkesanan "percubaan berfikir, " seseorang hanya perlu memikirkan kejayaan Albert Einstein, yang percubaannya sebagai seorang kerani paten (tanpa bantuan alat percubaan) membenarkannya untuk merumuskan asas Teori Relativiti.

Soalan 4

Tujuan litar cermin semasa adalah untuk mengekalkan arus malar melalui beban walaupun perubahan rintangan beban:

Sekiranya kita membuat model tingkah laku transistor sebagai rheostat yang bervariasi secara automatik - sentiasa menyesuaikan diri dengan rintangan yang diperlukan untuk mengekalkan pemalar semasa - bagaimana anda akan menerangkan tindak balas rheostat ini terhadap perubahan rintangan beban "// www.beautycrew.com.au/ /sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/02656x02.png ">

Dalam erti kata lain, apabila kenaikan beban R, apakah yang dilakukan oleh transistor R - meningkatkan rintangan, mengurangkan rintangan, atau kekal rintangan yang sama sebelum ini? Bagaimanakah nilai transistor R mempengaruhi jumlah rintangan litar?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila kenaikan beban R, transistor R akan berkurang dalam rintangan untuk mengekalkan arus malar melalui beban dan jumlah R malar.

Nota:

Model tingkah laku transistor cermin semasa, walaupun mentah, berfungsi sebagai pengenalan yang baik terhadap subjek beban aktif dalam litar penguat transistor. Di sinilah transistor dikonfigurasikan untuk beroperasi sebagai pengawal selia yang berterusan, kemudian ditempatkan secara bersiri dengan transistor menguatkan untuk menghasilkan keuntungan voltan yang lebih besar daripada apa yang mungkin dengan beban pasif (tetap perintang).

Soalan 5

Berdasarkan apa yang anda ketahui mengenai transistor simpang bipolar, apakah arus pengumpul lakukan (meningkat, berkurangan, atau tetap sama) jika sumber voltan berubah voltan? Sumber voltan kecil yang kecil (0.7 volt) cukup untuk membuat transistor, tetapi tidak mencukupi untuk menyerapnya sepenuhnya.

Dari perspektif sumber voltan berubah, apakah litar transistor "lihat" seperti "# 5"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Arus pemungut akan kekal (kira-kira) sama dengan sumber voltan berubah-ubah dalam magnitud. Dengan cara ini, litar transistor "kelihatan" seperti sumber semasa .

Nota:

Persoalan ini benar-benar tidak lebih daripada semakan lengkung ciri transistor. Anda mungkin ingin meminta pelajar anda mengaitkan tingkah laku litar ini dengan lengkung ciri umum yang ditunjukkan dalam buku teks untuk transistor simpang bipolar. Apa bahagian lengkung ciri transistor ini beroperasi semasa ia mengawal arus?

Soalan 6

Berdasarkan apa yang anda ketahui tentang transistor jambatan bipolar, apakah arus pengumpul lakukan (meningkat, berkurangan, atau tetap sama) jika rintangan perintang variabel menurun? Sumber voltan kecil (0.7 volt) hanya cukup untuk membuat transistor, tetapi tidak mencukupi untuk menyerap sepenuhnya.

Dari perspektif perintang yang berubah-ubah, apa pula litar transistor yang "lihat" seperti "# 6"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Arus pemungut akan kekal (kira-kira) sama dengan rintangan ubah berubah. Dengan cara ini, litar transistor "kelihatan" seperti sumber semasa untuk perintang berubah.

Nota:

Persoalan ini benar-benar tidak lebih daripada semakan lengkung ciri transistor. Anda mungkin ingin meminta pelajar anda mengaitkan tingkah laku litar ini dengan lengkung ciri umum yang ditunjukkan dalam buku teks untuk transistor simpang bipolar. Apa bahagian lengkung ciri transistor ini beroperasi semasa ia mengawal arus?

Soalan 7

Huraikan apa yang berlaku kepada arus pengumpul transistor kerana nilai resistor berubah berubah:

Petunjuk: adalah berguna untuk mengingati bahawa kejatuhan voltan di persimpangan PN tidak semestinya berterusan kerana arus melaluinya berbeza-beza. Terdapat hubungan tak lurus antara drop voltan diod (V D ) dan arus diod (I D ) seperti yang digambarkan oleh persamaan diod :

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

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pengumpul arus transistor naik dan jatuh dengan arus diod, sebagaimana yang ditentukan oleh perintang berubah. Sebaik-baiknya, pengumpul transistor semasa dengan tepat sepadan dengan arus diod.

Nota:

Litar ini benar-benar permulaan cermin semasa . Saya dapati ini menjadi titik permulaan yang sangat baik untuk pembelajaran pelajar pada operasi transistor linear, serta pengenalan praktikal litar peraturan semasa. Apabila pelajar menyedari bahawa transistor bipolar pada dasarnya adalah pengawal selia semasa dikawal voltan (walaupun sangat tidak linear!), Mereka bersedia untuk memahami aplikasi mereka sebagai penguat isyarat.

Soalan 8

Litar yang ditunjukkan di sini adalah cermin semasa yang mudah. Terangkan apa yang berlaku apabila perubahan rintangan beban:

Cermin terkini tidak dibina sama seperti ini. Daripada sebuah dioda, mereka menggunakan transistor (sama dengan transistor yang lain) dengan pangkalan dan terminal pengumpul dipalang bersama:

Idealnya, kedua-dua transistor dibina di atas bahan substrat yang sama, supaya sentiasa berada pada suhu yang sama. Terangkan mengapa reka bentuk ini lebih baik daripada litar pertama (menggunakan diod) yang ditunjukkan dalam soalan ini.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila rintangan beban berubah, arus melalui ia tetap lebih kurang sama. Dalam litar cermin semasa yang pertama di mana sebuah transistor menerima isyarat mengawalnya daripada sebuah dioda (bukannya transistor lain), terdapat kecenderungan untuk transistor untuk termal "melarikan diri, " yang membolehkan lebih banyak dan lebih semasa melalui beban dari masa ke masa.

Soalan susulan: terangkan bagaimana untuk menyesuaikan nilai sasaran semasa yang dikawal dalam salah satu litar ini.

Nota:

Cermin semasa mengelirukan permulaan pelajar terutamanya kerana mereka tidak dapat difahami berikutan model mudah simpang PN silikon yang sentiasa menjatuhkan 0.7 volt. Sebaliknya, operasi mereka berkait rapat dengan persamaan diod Shockley. Oleh itu, persoalan ini bukan semata-mata mengkaji semula persamaan itu, tetapi juga menggambarkan bagaimana "model" yang kita gunakan untuk menerangkan perkara kadang-kadang ditunjukkan tidak mencukupi.

Soalan 9

Dua istilah yang biasa digunakan dalam elektronik ialah penyumberan dan tenggelam, merujuk kepada arah arus elektrik antara litar aktif dan beban:

Satu contoh praktikal di mana perbezaan ini penting adalah dalam litar bersepadu tertentu ("cip" IC) di mana pin output mungkin hanya boleh mengalirkan semasa, hanya sumber semasa, atau kedua-dua tenggelam dan sumber semasa .. Lihat kedua-dua contoh ini, masing-masing di mana litar bersepadu "cip" mengawal kuasa kepada LED. Dalam satu keadaan, IC disambungkan kepada arus sumber kepada LED, dan dalam keadaan lain ia berwayar untuk mengalirkan arus dari LED:

Jika IC hanya dapat melakukan satu atau yang lain (sumber atau tenggelam semasa, tetapi tidak keduanya), ia membuat perbezaan besar bagaimana anda menyambungkan peranti beban kepadanya! Apa yang membuat perbezaan di antara litar yang dapat mengalirkan arus berbanding litar yang mampu membasuh arus adalah konfigurasi dalaman transistornya.

Begitu juga, litar cermin semasa boleh dibina sama ada semasa arus atau tenggelam semasa, tetapi tidak melakukan kedua-duanya. Lukis litar cermin semasa dalam kotak garis bertitik sesuai untuk penyumberan dan tenggelam arus ke perintang beban:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Soalan ini mencabar keupayaan pelajar untuk "memanipulasi" litar cermin arus asas dalam dua konfigurasi yang berlainan. Bergantung pada sejauh mana pelajar anda memahami konsep asas, anda mungkin mahu menghabiskan masa perbincangan tambahan membandingkan kedua-dua litar, mengesan semasa melalui setiap dan membincangkan operasi mereka secara umum.

Walaupun ia seolah-olah sepele untuk seorang pengajar yang berpengalaman atau profesional elektronik, variasi reka bentuk litar yang terdiri daripada komponen pembalikkan seringkali agak membingungkan kepada pelajar, terutama yang lemah dalam kemahiran hubungan ruang. Saya menggalakkan anda untuk bekerjasama dengan pelajar-pelajar ini untuk membina kemahiran visualisasi penting ini.

Soalan 10

Kirakan jumlah anggaran semasa litar cermin semasa ini akan cuba untuk mengekalkan melalui beban R, dengan menganggap transistor silikon (0.7 volt ke hadapan jatuh pemancar asas):

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya memuat ≈ 6.5 mA

Soalan susulan: apa yang perlu diubah dalam litar ini untuk meningkatkan jumlah arus melalui perintang beban tanpa menukar voltan bekalan kuasa "nota tersembunyi"> Nota:

Tanya pelajar anda untuk menerangkan bagaimana mereka mendapat jawapan kepada soalan ini, langkah demi langkah.

Soalan 11

Kirakan jumlah anggaran semasa litar cermin semasa ini akan cuba untuk mengekalkan melalui beban R, dengan menganggap transistor silikon (0.7 volt ke hadapan jatuh pemancar asas):

Juga, hitung kekurangan kuasa anggaran transistor Q 2 .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya memuat ≈ 4.57 mA P Q2 ≈ 40.77 mW

Nota:

Tanya pelajar anda untuk menerangkan bagaimana mereka mendapat jawapan kepada soalan ini, langkah demi langkah.

Soalan 12

Kirakan jumlah anggaran semasa litar cermin semasa ini akan cuba untuk mengekalkan melalui beban R, dengan menganggap transistor silikon (0.7 volt ke hadapan jatuh pemancar asas):

Juga, hitung kekurangan kuasa anggaran kedua-dua transistor.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya memuat ≈ 8.63 mA P Q1 ≈ 6.041 mW P Q2 ≈ 95.41 mW

Soalan susulan: apakah dua angka pelesapan kuasa memberitahu kami tentang kuasa relatif dua transistor mengendalikan arus yang sama "nota tersembunyi"> Nota:

Tanya pelajar anda untuk menerangkan bagaimana mereka mendapat jawapan kepada soalan ini, langkah demi langkah.

Soalan susulan adalah satu perkara penting untuk beberapa sebab. Pertama, pelajar mesti sedar bahawa pelesapan kuasa transistor ditentukan oleh lebih daripada sekadar arus pemungut. Kedua, pelesapan kedua-dua transistor ini akan mengakibatkan ketidaktepatan dalam arus terkawal dalam litar cermin semasa jika langkah-langkah tidak diambil untuk menyamakan suhu mereka.

Soalan 13

Pilih voltan bekalan kuasa dan nilai rintangan untuk R 1 yang akan mengekalkan kira-kira 15 mA arus melalui perintang beban 1 kΩ. Anggapkan penggunaan transistor silikon:

Untuk memastikan pelbagai peraturan (keupayaan untuk mengekalkan arus terkawal semasa pelbagai nilai rintangan beban), reka bentuk litar anda supaya sekurang-kurangnya 20 volt V CE dijatuhkan ke transistor Q 2 . Juga, hitung kekurangan kuasa anggaran transistor Q 2 .

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Perhatikan bahawa ini hanyalah satu set nilai yang mungkin memenuhi kriteria yang diberikan untuk litar ini. Jawapan anda sendiri mungkin berbeza!

R 1 = 2.287 kΩ V bekalan = 35 volt P Q2 ≈ 300 mW

Nota:

Oleh kerana terdapat lebih daripada satu jawapan semasa untuk masalah reka bentuk ini, pastikan anda meminta para pelajar untuk membentangkan penyelesaian yang berbeza kepadanya, meminta mereka menjelaskan bagaimana mereka mendapat jawapan mereka untuk soalan ini.

Soalan 14

Huraikan tujuan transistor dalam litar bekalan kuasa AC-DC ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Transistor berfungsi untuk "meningkatkan" keupayaan sumber semasa dari litar pengatur voltan perintang / zener, untuk menyediakan lebih banyak arus ke beban daripada mungkin dengan perintang / zener sahaja.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk mengenal pasti konfigurasi penguat transistor ini (common-base, common-emitter, atau common collector "worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Soalan 15

Pasang potensiometer di litar ini supaya voltan keluaran yang dikawal bekalan kuasa ini boleh diselaraskan:

Cabaran: biarkan simbol potensiometer di tempatnya, dan buat sambungan wayar yang diperlukan di antaranya dan seluruh litar!

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan cabaran: untuk sebarang arus beban semasa, tetapan voltan apa yang akan menyebabkan transistor menghilangkan tenaga yang paling panas, rendah, sederhana, atau tinggi "nota tersembunyi"> Nota:

Sesetengah pelajar boleh memilih untuk meletakkan potensiometer pada output bekalan kuasa (menyambung ke terminal pemancar transistor). Walaupun ini akan berfungsi, secara teknikalnya, ia bukan penyelesaian yang baik kerana arus beban akan sangat terhad oleh rintangan potensiometer. Bincangkan dengan pelajar anda mengapa litar yang dikeluarkan dalam jawapannya lebih praktikal.

Jawapan kepada soalan cabaran adalah tidak disengajakan, tetapi masuk akal sebaik sahaja anda menentukan pemboleh ubah yang menjejaskan pelesapan kuasa transistor (pemancar semasa, dan V CE ).

Soalan 16

Kirakan voltan keluaran anggaran litar bekalan kuasa terkawal ini dan jumlah arus melalui zener diode di bawah keadaan tanpa beban:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

V keluar ≈ -8.6 VI zener ≈ 6.71 mA

Nota:

Mengira voltan keluaran adalah tugas yang lebih mudah daripada mengira arus zener diode! Adakah pelajar anda menerangkan teknik penyelesaian masalah mereka untuk litar ini.

Soalan 17

Kirakan anggaran voltan output anggaran litar bekalan kuasa yang dikawal ini, jumlah arus melalui zener diode, dan voltan (tidak dikawal) di seluruh kapasitor 1000 μF, semua di bawah keadaan tanpa beban:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

V keluar ≈ 6.2 VI zener ≈ 25.6 mA V kapasitor = 32.5 V

Nota:

Mengira voltan keluaran adalah tugas yang lebih mudah daripada mengira arus zener diode! Adakah pelajar anda menerangkan teknik penyelesaian masalah mereka untuk litar ini.

Soalan 18

Ramalkan bagaimana semua voltan dan arus komponen dalam litar 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:
Transistor Q 1 gagal dibuka, pemungut untuk pemancar:
Transistor Q 1 gagal dipendekkan, pemungut untuk pemancar:
Transistor Q 2 gagal terbuka, pemungut untuk pemancar:
Transistor Q 2 gagal dipendekkan, pemungut untuk pemancar:
Beban gagal dipintas:

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

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Resistor R 1 gagal dibuka: Tidak ada arus melalui Q1, tidak ada arus melalui Q 2, tidak ada arus melalui beban, voltan tidak jatuh di Q 1, voltan penuh jatuh merentasi pemancar Q 2 .
Transistor Q 1 gagal terbuka, pemungut kepada pemancar: Kitar semula yang sama melalui R1, meningkat arus melalui pangkalan Q2, arus meningkat melalui pengumpul Q2 (arus beban), dan voltan kurang digugurkan antara pemancar pengisi Q 2 .
Transistor Q 1 gagal dipintas, pemungut kepada pemancar: Peningkatan arus melalui R1, hampir sifar semasa melalui semua terminal Q2 dan beban, voltan penuh jatuh merentasi pemancar Q 2 .
Transistor Q 2 tidak terbuka, pemungut kepada pemancar: Tiada perubahan dalam arus untuk R 1 atau Q 1, sifar beban sifar, voltan penuh jatuh merentasi pemancar pengangkut Q 2 .
Transistor Q 2 gagal dipendekkan, pemungut untuk pemancar: Semasa melalui R 1 kemungkinan besar akan meningkat, voltan sifar jatuh merentasi pemancar Q 2, meningkat semasa melalui Q 2 dan beban.
Beban gagal: Tiada perubahan dalam sebarang arus (dalam realiti, arus beban akan sedikit meningkat), penurunan voltan yang meningkat merentasi pemancar Q 2, kemungkinan pemanasan melampau Q 2 .

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 19

Ramalkan bagaimana voltan output litar bekalan kuasa ini akan terjejas akibat daripada kesilapan berikut. Juga ambil perhatian sama ada komponen lain dalam litar ini akan ditekankan sebagai akibat dari setiap kesalahan. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Transformer T 1 penggulungan utama gagal dipintas:
Transformer T 1 penggulungan menengah gagal dibuka:
Pembetulan diod D 3 gagal dibuka:
Diod Zener D 5 gagal dibuka:
Diod Zener D 5 gagal:
Resistor R 1 gagal dibuka:
Capacitor C 2 gagal dipintas:

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

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Transformer T 1 penggulungan utama gagal dipintas: Fuse segera pukulan, maka voltan keluaran jatuh ke sifar (selepas kapasitor penapis telah dilepaskan).
Transformer T 1 penggulungan menengah gagal dibuka: Voltan keluaran jatuh ke sifar (selepas kapasitor penapis C 1 dan C 2 telah dilepaskan).
Membetulkan diod D 3 gagal dibuka: Tiada perubahan dalam voltan keluaran (kecuali apabila banyak dimuat, di mana akan ada peningkatan voltan riak).
Dioda Zener D 5 gagal terbuka: Voltan output naik ke tahap yang sama dengan voltan yang tidak dikawal (merentasi kapasitor C 1 ).
Dioda Zener D 5 gagal: Voltan keluaran jatuh ke sifar (secepat pelepasan C 2 ), perintang R 1 mungkin terlalu panas.
Resistor R 1 gagal dibuka: Voltan Output jatuh ke sifar (secepat C 2 boleh dilepaskan).
Kapasitor C2 gagal: Voltan keluaran jatuh ke nilai yang sangat rendah, transistor Q 1 kemungkinan besar akan mengalami panas lampau.

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 20

Katakan litar bekalan kuasa yang dikawal ini digunakan untuk berfungsi dengan baik, tetapi kini telah berhenti mengeluarkan sebarang voltan DC sama sekali:

Pengukuran diagnostik awal menunjukkan bahawa terdapat voltan penuh DC (tidak dikawal) di kapasitor C1, dan tidak ada voltan DC di antara pangkalan dan tanah transistor. Dari data ini, di mana anda akan mengesyaki masalahnya ialah "# 20"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kemungkinan besar R 1 gagal terbuka atau diod zener D 5 gagal dipintas, supaya transistor tidak "diberitahu" untuk mengeluarkan sebarang voltan pada terminal pemancarnya.

Nota:

Tanya pelajar anda mengapa ukuran diagnostik yang dijelaskan dalam soalan adalah perkara yang baik untuk diperiksa (mengikut urutan yang diambil).

Soalan 21

Banyak jenis sensor yang berfungsi pada prinsip rintangan pembolehubah yang mewakili kuantiti fizikal yang berbeza. Satu sensor sedemikian adalah sensor peringkat bahan api biasa yang digunakan dalam aplikasi storan bahan api automotif, laut dan industri:

Apabila paras bahan bakar dalam tangki berubah, kedudukan apungan akan berubah, mengubah rintangan sensor. Perubahan rintangan ini dikesan oleh tolok elektrik (jenis khas meter), yang kemudiannya memberikan petunjuk visual tahap bahan bakar dalam tangki.

Kita mesti mempunyai cara yang tepat untuk mengukur rintangan elektrik agar skema ini berfungsi. Satu teknik yang biasa untuk melakukan ini adalah untuk lulus arus malar melalui rintangan sensor dan kemudian mengukur voltan jatuh di atasnya. Oleh kerana litar cermin semasa berfungsi sebagai pengawal selia semasa, dan dengan itu boleh digunakan sebagai sumber semasa jika dibekalkan dengan voltan luaran, kita boleh menggunakan cermin semasa untuk memaksa semasa berterusan melalui sensor tahap bahan api:

Satu masalah dengan litar yang ditunjukkan ialah arus sensor akan berubah apabila voltan bekalan (+ V) berubah. Ini mungkin penting kepada kami, kerana voltan sistem DC pada kereta mungkin tidak stabil, dan ini boleh menyebabkan ketidaktepatan dalam pengukuran tahap bahan api.

Perhatikan cara kita boleh menggunakan dioda zener untuk menstabilkan voltan dalam litar cermin semasa ini supaya perubahan voltan bekalan akan memberi kesan minima pada jumlah arus melalui sensor pemboleh ubah pembolehubah.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Pelajar boleh cuba melaksanakan sistem peraturan voltan untuk keseluruhan litar, sensor dan segala-galanya, tetapi ini tidak perlu. Menggunakan diod zener untuk mengawal voltan untuk bahagian kanan litar cermin semasa supaya transistor kanan (bertindak sebagai diod) menerima arus malar adalah semua yang diperlukan. Transistor tangan kiri dengan sewajarnya akan mengawal selia semasa melalui sensor walaupun perubahan rintangan sensor dan perubahan voltan bekalan.

Soalan 22

Ciri yang sangat berguna untuk sumber voltan yang dikawal selia adalah had semasa elektronik: litar yang menghadkan jumlah semasa yang dapat disampaikan kepada beban, untuk mengelakkan fius yang tidak diperlukan. Gabungan transistor Q2 dan perintang R2 hanya menyediakan ciri ini untuk litar pengatur voltan berikut:

Terangkan bagaimana transistor Q2 mengehadkan arus searah kepada litar pintas langsung melintasi terminal beban.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Transistor Q2 menghidupkan sekiranya arus yang berlebihan melepasi beban, dengan berkesan menyambung katod zener yang berkesan ke terminal output + V, yang mengurangkan voltan setpoint peraturan sehingga arus beban berkurangan ke tahap yang boleh diterima.

Soalan susulan: apakah nilai komponen yang akan kita ubah untuk menyesuaikan had semasa dalam litar bekalan kuasa ini "nota tersembunyi"> Nota:

Tanya pelajar anda untuk mengenal pasti apa yang menjadi transistor Q2.

Sekiranya pelajar mengalami kesulitan memahami fungsi pengalihan transistor Q2, sila beritahu mereka untuk menggantikan Q2 dengan jarak pendek (antara pengumpul dan terminal pemancar Q2), dan menganalisis semula litar. Mereka perlu melihat bahawa transistor Q1 tidak dapat menghidupkan dalam keadaan ini.

Strategi yang sangat membantu dalam menganalisis apa yang berlaku dalam litar elektronik sebagai pemboleh ubah berubah adalah untuk membayangkan pembolehubah yang menganggap negara-negara yang melampau. Dalam kes ini, untuk melihat trend yang berlaku apabila Q2 mula menjalankan, bayangkan Q2 yang menjalankannya dengan sempurna (pendek antara pemungut dan pemancar). Sebaliknya, jika kami ingin melihat apa yang litar akan dilakukan di bawah keadaan di mana Q2 berada dalam mod pemotongan, hanya menggantikan Q2 dengan litar terbuka. Walaupun tidak selalu boleh dipercayai, teknik ini sering membantu mengatasi rintangan mental dalam analisis, dan merupakan kemahiran yang harus digalakkan dalam sesi perbincangan pelajar anda.

Soalan 23

Katakan anda mempunyai tugas membosankan secara manual mengekalkan voltan keluaran pemalar penjana DC. Satu dan satu-satunya kawalan ke atas voltan ialah penetapan rheostat:

Apa yang anda perlu lakukan untuk mengekalkan voltan beban berterusan jika rintangan beban berubah untuk menarik lebih banyak semasa "# 23"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk meningkatkan voltan beban, anda mesti mengurangkan rintangan rheostat. Agar skema ini berfungsi, voltan penjana mestilah lebih besar daripada voltan beban sasaran.

Nota: skim kawalan voltan umum ini dikenali sebagai peraturan siri, di mana rintangan siri diubah untuk mengawal voltan ke beban.

Nota:

Arah penyesuaian rheostat sepatutnya jelas, seperti fakta bahawa voltan penjana mestilah sekurang-kurangnya setinggi voltan beban yang dimaksudkan. Walau bagaimanapun, mungkin tidak jelas kepada semua bahawa voltan penjana tidak boleh sama dengan voltan beban yang dimaksudkan.

Untuk menggambarkan keperluan ini, tanyakan kepada pelajar anda bagaimana sistem berfungsi jika voltan keluaran penjana adalah sama dengan voltan beban yang dimaksudkan. Tekankan fakta bahawa penjana tidak sempurna: ia mempunyai rintangan dalaman sendiri, nilai yang tidak dapat diubah oleh anda. Apakah kedudukan rheostat harus berada dalam, di bawah syarat-syarat ini, untuk mengekalkan voltan sasaran pada beban? Bolehkah voltan sasaran dikekalkan sama sekali?

Soalan 24

Katakan anda mempunyai tugas membosankan secara manual mengekalkan voltan keluaran pemalar penjana DC. Satu dan satu-satunya kawalan ke atas voltan ialah penetapan rheostat:

Apa yang anda perlu lakukan untuk mengekalkan pemalar voltan beban jika rintangan beban berubah untuk menarik lebih banyak semasa "# 24"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk meningkatkan voltan beban, anda mesti meningkatkan rintangan rheostat. Agar skema ini berfungsi, voltan penjana mestilah lebih besar daripada voltan beban sasaran.

Nota: skim kawalan voltan umum ini dikenali sebagai peraturan shunt, di mana rintangan selari (shunt) diubah untuk mengawal voltan ke beban.

Persoalan tindak balas: dengan mengandaikan voltan beban dikekalkan pada nilai malar oleh pengendali rheostat yang bijak walaupun turun naik arus beban, bagaimanakah anda mencirikan arus semasa lintasan penjana? Adakah ia meningkat dengan arus beban, penurunan dengan arus beban, atau kekal sama? Mengapa?

Nota:

Arah penyesuaian rheostat sepatutnya jelas, seperti fakta bahawa voltan penjana mestilah sekurang-kurangnya setinggi voltan beban yang dimaksudkan. Walau bagaimanapun, mungkin tidak jelas kepada semua bahawa voltan penjana tidak boleh sama dengan voltan beban yang dimaksudkan.

Untuk menggambarkan keperluan ini, tanyakan kepada pelajar anda bagaimana sistem berfungsi jika voltan keluaran penjana adalah sama dengan voltan beban yang dimaksudkan. Tekankan fakta bahawa penjana tidak sempurna: ia mempunyai rintangan dalaman sendiri, nilai yang tidak dapat diubah oleh anda. Apakah kedudukan rheostat harus berada dalam, di bawah syarat-syarat ini, untuk mengekalkan voltan sasaran pada beban? Bolehkah voltan sasaran dikekalkan sama sekali?

Analogi yang berguna untuk pelajar ialah kereta dengan transmisi automatik, dengan kelajuan dikendalikan oleh pedal brek manakala pedal pemecut dikekalkan pada kedudukan yang tetap. Ini bukan kaedah kawalan kelajuan yang paling cekap, tetapi ia akan berfungsi dalam had tertentu!

Soalan 25

Huraikan bagaimana sebuah diod zener dapat mengekalkan voltan terkawal (hampir malar) merentasi beban, walaupun perubahan arus beban:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Zener menarik lebih kurang semasa yang perlu dari penjana (melalui perintang siri) untuk mengekalkan voltan pada nilai hampir malar.

Soalan susulan # 1: jika penjana berlaku untuk mengeluarkan beberapa voltan riak (kerana semua penjana DC elektromekanik lakukan), adakah mana-mana voltan riak itu muncul pada beban, selepas melepasi litar pengawal voltan diod zener "nota tersembunyi"> Nota:

Tanya pelajar anda untuk menerangkan bagaimana kecekapan tenaga yang mereka fikirkan litar ini. Adakah mereka mengesyaki ia akan lebih sesuai untuk aplikasi rendah semasa atau aplikasi tinggi semasa?

Soalan 26

Kirakan kuasa yang hilang oleh 5-volt zer diode untuk nilai berikut semasa motor (anggap voltan bateri tetap malar pada 12 volt):

Saya motor = 20 mA; P zener =
Saya motor = 50 mA; P zener =
Saya motor = 90 mA; P zener =
Saya motor = 120 mA; P zener =
Saya motor = 150 mA; P zener =
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

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

Soalan susulan: voltan beban dikekalkan pada 5 voltan malar di sepanjang arus beban ini (dari 20 mA hingga 150 mA) "nota tersembunyi"> Nota:

Soalan susulan adalah sangat penting di sini, kerana pelajar perlu menyedari batasan pengawal selia voltan berasaskan zener. Paling penting, mereka dapat mengira had semasa pengatur voltan berasaskan zener - titik di mana ia berhenti mengawal selia?

Perlu diingatkan bahawa jawapan yang dihitung yang ditunjukkan di sini tidak sepadan dengan litar diod zener yang sebenar, kerana fakta bahawa zener diodes cenderung secara beransur-ansur meresap semasa semasa voltan yang digunakan mendekati penarafan voltan zener daripada sekarang menjatuhkan tajam ke sifar sebagai model yang lebih mudah akan meramalkan.

Soalan 27

Adakah mungkin untuk mengurangkan litar pengatur voltan diod zener ini ke litar setara Thévenin? Terangkan mengapa atau mengapa tidak.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Secara teknikal, litar ini tidak boleh dikurangkan sama ada setara dengan Thévenin atau Norton, kerana diod zener adalah komponen tak linier . Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk membuat dua litar setara Thévenin berbeza: satu mewakili litar apabila mengawal voltan pada V zener, dan yang lain mewakili litar apabila rintangan muatan berada di bawah nilai kritikal dan voltan tidak lagi dikawal:

Nota:

Sesetengah pelajar boleh membantah di litar setara Thévenin pertama (dengan rintangan siri 0 ohm), kerana ini akan menjadi sumber voltan yang sempurna . Pada hakikatnya, akan ada peratusan rintangan siri yang sangat kecil untuk "bebenang" voltan kecil yang dialami di bawah perubahan beban dalam julat peraturan, tetapi ini sukar untuk dikira.

Soalan 28

Ramalkan bagaimana semua voltan dan arus komponen dalam litar ini akan terjejas akibat daripada kerosakan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Diod Zener gagal dipintas:
Diod Zener gagal dibuka:
Resistor siri gagal dibuka:
Resistor siri gagal dipintas:

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

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Diod Zener gagal dipendekkan: Voltan kecil merentas beban, voltan meningkat merentas siri R, meningkat semasa melalui sumber dan siri R.
Diod Zener gagal membuka: Peningkatan voltan merentasi beban, voltan menurun merentas siri R, menurunkan arus melalui sumber dan siri R.
Resistor siri gagal dibuka: Tiada voltan merentas D 1 atau beban, tiada semasa melalui D 1 atau beban, tiada semasa melalui sumber.
Resistor siri gagal dipendekkan: Sumber penuh voltan merentasi beban dan D 1, sangat meningkat semasa melalui D 1, meningkat semasa melalui sumber, D 1 kemungkinan besar akan mengalami panas lampau dan gagal.

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.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →