Modulasi Isyarat

SISTMEM KERJA MODULASI ANALOG DAN DIGITAL (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Modulasi Isyarat

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Kaedah moden kawalan kuasa elektrik melibatkan memasukkan sakelar operasi pantas dalam talian dengan beban elektrik, untuk menghidupkan kuasa dan mematikannya dengan cepat dari masa ke masa. Biasanya, peranti keadaan pepejal seperti transistor digunakan:

Litar ini telah dipermudahkan daripada litar kuasa kawalan nadi yang sebenar. Hanya transistor yang ditunjukkan (dan bukan litar "nadi" yang diperlukan untuk memerintahkannya untuk menghidupkan dan mematikan) untuk kesederhanaan. Apa yang perlu anda ketahui adalah hakikat bahawa transistor beroperasi seperti suis tunggal-lemparan tunggal-lempar (SPST) yang mudah, kecuali ia dikawal oleh arus elektrik dan bukannya oleh daya mekanikal, dan ia dapat untuk menghidupkan dan mematikan berjuta-juta kali sesaat tanpa haus atau keletihan.

Sekiranya transistor dihidupkan dan dimatikan dengan pantas, kuasa untuk mentol lampu mungkin diubah dengan lancar seolah-olah dikawal oleh perintang variabel. Walau bagaimanapun, terdapat sedikit tenaga yang sia-sia apabila menggunakan transistor pantas untuk mengawal kuasa elektrik, tidak seperti ketika rintangan ubah digunakan untuk tugas yang sama. Kawalan kuasa elektrik ini biasanya dirujuk sebagai Modulasi Pulse-Width, atau PWM .

Jelaskan mengapa kawalan kuasa PWM jauh lebih cekap daripada mengawal kuasa beban dengan menggunakan rintangan siri.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Apabila transistor aktif, bertindak seperti suis tertutup: lulus arus beban penuh, tetapi menjatuhkan voltan kecil. Oleh itu, pelesapan kuasa "ON" (P = IE) adalah minimum. Sebaliknya, apabila transistor dimatikan, ia bertindak seperti suis terbuka: tidak mengalir sama sekali. Oleh itu, pelencongan kuasa "OFF" (P = IE) adalah sifar. Kuasa yang hilang oleh beban (mentol cahaya) adalah kuasa masa yang diselaraskan di antara "ON" dan OFF "kitaran transistor. Oleh itu, kuasa beban dikawal tanpa kuasa "membazir" di seluruh peranti kawalan.

Nota:

Pelajar mungkin mempunyai masa yang sukar menggambarkan bagaimana mentol cahaya boleh dimalapkan dengan mematikan dan mematikannya dengan cepat. Kunci untuk memahami konsep ini adalah untuk menyedari bahawa masa pensuisan transistor mestilah lebih cepat daripada masa yang diperlukan untuk filamen lampu mentol untuk memanaskan sepenuhnya atau sepenuhnya sejuk. Keadaan ini sama dengan pendikitkan kelajuan sebuah kereta dengan cepat "mengepam" pedal pemecut. Sekiranya dilakukan perlahan-lahan, hasilnya adalah kelajuan kereta yang berbeza-beza. Sekiranya dilakukan dengan cepat, jisim kereta rata-rata menaikkan "ON" / "OFF" berbasikal pedal dan menghasilkan kelajuan hampir stabil.

Teknik ini sangat popular dalam kawalan kuasa perindustrian, dan semakin popular sebagai teknik penguatan audio (dikenali sebagai Kelas D ). Manfaat kuasa terbuang minimal oleh alat kawalan banyak.

Soalan 2

Terangkan perbezaan antara AM ( Modulasi Amplitud ) dan FM ( Modulasi Kekerapan ).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ini adalah soalan mudah untuk mencari jawapan kepada. Saya akan meninggalkan tugas itu kepada anda!

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menerangkan jenis modulasi litar pemancar mereka akan digunakan, dan apa kelebihan satu jenis modulasi yang mungkin ada pada yang lain.

Soalan 3

Konsep yang sangat penting dalam elektronik adalah modulasi . Terangkan maksud "modulasi", dan berikan satu atau dua contoh daripadanya.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Modulasi adalah perbuatan menyerlahkan maklumat ke aliran materi atau tenaga yang tidak sesuai, biasanya untuk menyampaikan maklumat tersebut dalam jarak jauh. Radio adalah contoh modulasi yang sangat biasa, tetapi saya akan membiarkan anda menyelidik beberapa lagi dengan anda sendiri!

Nota:

Terdapat banyak contoh modulasi yang boleh didapati oleh pelajar untuk pembentangan, dan tidak semuanya adalah elektronik. Mencabar mereka untuk memikirkan senario selain skim komunikasi elektronik dan / atau optik moden di mana modulasi semacam itu digunakan.

Soalan 4

Suatu bentuk komunikasi primitif dahulu kala adalah penggunaan isyarat asap : mengganggu aliran naik asap dari api dengan melambaikan selimut di atasnya supaya urutan spesifik asap "sedutan" dapat dilihat beberapa jarak jauh. Terangkan bagaimana ini adalah contoh modulasi, walaupun dalam bentuk bukan elektronik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Modulasi adalah kesan maklumat ke aliran materi atau tenaga yang tidak seimbang. Dalam kes ini, modulasi aliran asap oleh gerakan selimut agak jelas.

Nota:

Adalah penting bagi pelajar untuk memahami bahawa modulasi tidak terhad kepada media elektronik. Contoh-contoh orang asing daripada ini boleh disebut sebagai bukti. Saya pernah bercakap dengan seorang jurutera yang pakar dalam pengukuran getar yang memberitahu saya tentang modulasi aplikasi yang sangat ganjil untuk komunikasi data. Dia bekerja pada reka bentuk sensor getaran yang akan dibenamkan di kepala sebuah lubang gerudi minyak. Sensor ini sepatutnya menghantar maklumat ke permukaan, beribu-ribu kaki, tetapi tidak dapat menggunakan radio atau media data lain yang "biasa" kerana jarak yang terlibat dan persekitaran yang keras. Penyelesaian yang diambil untuk masalah yang unik ini ialah untuk mengaktifkan sensor mengaktifkan injap di kepala gerudi yang akan memodulasi aliran lumpur penggerudian ke permukaan: satu hasil sampingan proses penggerudian yang perlu dipam ke permukaan pula. Dengan menindih aliran lumpur yang biasanya stabil, data digital boleh disampaikan kepada sensor tekanan di permukaan, dan kemudian ditukar kepada data binari untuk komputer untuk mengarkibkan dan menterjemahkan. Diberikan, kadar bit sangat perlahan, tetapi sistem itu berfungsi.

Aplikasi seperti ini menunjukkan betapa pentingnya bagi para pelajar untuk menjalankan kreativiti. Masalah yang benar-benar menarik dalam hidup tidak menghasilkan penyelesaian "cuba dan benar", tetapi hanya dapat diatasi melalui latihan kreativiti dan kemahiran. Lakukan semua yang anda boleh untuk mendedahkan pelajar anda kepada pemikiran kreatif seperti dalam disiplin mereka, dan ini akan membantu mereka menjadi penyelesaian masalah esok!

Soalan 5

Salah satu modulasi kaedah elektronik paling sederhana adalah modulasi amplitudo, atau AM . Terangkan bagaimana isyarat pembawa frekuensi tinggi akan dimodulasi oleh isyarat frekuensi rendah seperti dalam kes kedua isyarat yang ditunjukkan di sini dalam domain masa:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Saya tidak menjangkakan bahawa pelajar akan dapat melukis tepat bentuk gelombang termodulat, terutamanya apabila tempoh pembawa sangat singkat. Walau bagaimanapun, mereka sepatutnya dapat menyatakan idea am modulasi amplitud dalam beberapa bentuk lukisan atau sketsa, dan itulah saya berminat untuk melihat dari mereka sebagai tindak balas kepada soalan ini.

Soalan 6

Litar yang sering digunakan untuk amplitud-memodulasi isyarat pembawa adalah pengganda :

Terangkan bagaimana pendaraban segera dua gelombang sinus menghasilkan modulasi amplitud. Jika boleh, graf ini pada kalkulator grafik atau peranti peletakan komputer yang lain.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya akan membiarkan anda memikirkan satu ini sendiri!

Nota:

Litar pengali sangat berguna, dan bukan hanya untuk modulasi amplitud. Fakta bahawa mereka boleh digunakan sebagai modulator amplitudo, walaupun, adalah konsep yang dipelajari para pelajar yang sukar difahami. Satu ilustrasi yang mungkin menjelaskan sesuatu adalah pembahagi voltan yang boleh diselaraskan (sejak pendaraban dan pembahagian sangat berkaitan):

Sekarang, litar potensiometer sedemikian akan menjadi tidak praktikal untuk sebarang kekerapan isyarat modulasi yang diukur dalam Hertz, kerana potensiometer akan habis dengan cepat dari semua gerakan. Ia adalah prinsip bahagian voltan yang dimodulasi bahawa litar ini membantu untuk berkomunikasi, walaupun. Litar pengali melakukan perkara yang sama, hanya mengalikan amplitud isyarat pembawa daripada membahagikannya.

Soalan 7

Teknik modulasi biasa yang digunakan dalam penyiaran radio ialah modulasi frekuensi, atau FM . Terangkan bagaimana isyarat pembawa frekuensi tinggi akan dimodulasi oleh isyarat frekuensi rendah seperti dalam kes kedua isyarat yang ditunjukkan di sini dalam domain masa:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Saya tidak menjangkakan bahawa pelajar akan dapat melukis tepat bentuk gelombang termodulat, terutamanya apabila tempoh pembawa sangat singkat. Walau bagaimanapun, mereka sepatutnya dapat menyatakan idea umum modulasi kekerapan dalam beberapa bentuk lukisan atau sketsa, dan itu semua saya berminat melihat dari mereka sebagai tindak balas kepada soalan ini.

Soalan 8

Di tengah-tengah pemancar FM adalah litar yang dikenali sebagai pengayun voltan dikawal, atau VCO . Terangkan maksud tujuan VCO, dan bagaimana ini secara langsung berkaitan dengan modulasi frekuensi.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

VCO menghasilkan isyarat keluaran AC yang frekuensi berkadaran dengan voltan masukan yang dibekalkan secara luaran.

Nota:

Perhatikan pelajar anda bahawa litar VCO tidak hanya digunakan dalam penghantaran radio FM. Mereka juga penting untuk fungsi gelung fasa terkunci .

Soalan 9

Ini adalah skema untuk VCO yang sangat mudah:

Pengayun adalah reka bentuk "Colpitts". Kunci untuk memahami operasi litar ini ialah mengetahui bagaimana dioda varactor bertindak balas kepada voltan bias DC yang berbeza. Terangkan bagaimana litar ini berfungsi, terutamanya bagaimana diod mengawal kekerapan ayunan. Mengapakah kekerapan output berbeza apabila voltan kawalan berbeza "# 9"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sebagai voltan merentasi perubahan diod varactor, perubahan kapasitinya.

Kekerapan output meningkat apabila voltan kawalan menjadi lebih positif.

Nota:

Soalan ini adalah kajian semula fungsi diod varactor, serta teori modulasi frekuensi.

Soalan 10

Ini adalah skema untuk VCO yang mudah:

Pengayun adalah reka bentuk "fasa peralihan" RC. Terangkan bagaimana litar ini berfungsi. Kenapa kekerapan output berbeza-beza kerana voltan kawalan berubah "# 10"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Untuk memahami bagaimana JFET berfungsi dalam reka bentuk VCO ini, periksa dengan teliti kawasan "tepu" lengkung ciri-ciri JFET. Perhatikan bahawa rantau ini muncul sebagai bahagian hampir garis lurus. Ini menunjukkan sesuatu tentang tingkah laku JFET tepu yang dieksploitasi dalam litar VCO ini.

Kekerapan output menurun apabila voltan kawalan menjadi lebih positif.

Nota:

Bukan sahaja soalan ini membolehkan para pelajar untuk mengkaji cara kerja VCO, tetapi ia juga memberikan tinjauan yang baik terhadap teori JFET, serta contoh praktikal penerapan khusus bagi transistor kesan medan persimpangan.

Nota: gambarajah skematik untuk litar ini diperoleh dari satu halaman di muka surat 997 John Markus '

, edisi pertama. Ternyata, reka bentuk itu berasal dari penerbitan Motorola menggunakan transistor kesan medan ("Aplikasi Kekerapan Rendah Transistor Kesan-Field, " AN-511, 1971).

Soalan 11

FM cenderung untuk menjadi modulasi isyarat yang lebih tahan bunyi berbanding AM. Sebagai contoh, bentuk "gangguan" bunyi gangguan radio yang disebabkan oleh kilat semulajadi atau bunyi "buzzing" yang dihasilkan oleh talian kuasa voltan tinggi mudah didengar di radio AM, tetapi tidak ada di radio FM. Terangkan mengapa.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Gangguan radio menunjukkan dirinya sebagai puncak tambahan pada "sampul surat" gelombang pembawa termodulatik. Penerimaan AM adalah berdasarkan pengambilan sampul itu dari syarikat penerbangan yang dimodulasi, dan penerima AM akan "mengambil" bunyi yang tidak diingini. Penerimaan FM adalah berdasarkan pengekstrakan maklumat dari perubahan frekuensi, yang sebahagian besarnya tidak terjejas oleh bunyi bising.

Nota:

Mintalah pelajar untuk menerangkan prinsip ini dengan kata-kata mereka sendiri, dan bukan hanya mengulangi jawapan yang diberikan.

Soalan 12

Apabila menghantar maklumat audio (seperti muzik dan ucapan) dalam bentuk gelombang radio, mengapa mengganggu modulasi isyarat pembawa frekuensi tinggi? Mengapa tidak hanya menyambung penguat audio yang kuat terus ke antena dan menyiarkan frekuensi audio secara langsung?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Terdapat beberapa sebab yang anda tidak mahu cuba menyiarkan gelombang elektromagnet (radio) pada frekuensi audio. Beberapa yang paling penting disenaraikan di sini:

Saiz antena yang diperlukan.
Kecekapan penghantaran rendah dari ketidakupayaan untuk memadankan panjang antena kepada (mengubah) kekerapan audio.
Gangguan dari pemancar radio lain (serupa).

Bersedia untuk menerangkan mengapa setiap faktor ini melarang siaran radio pada kekerapan audio.

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk membolehkan pelajar memahami pemahaman mereka tentang teori asas RF dan antena kepada masalah yang sangat praktikal penyiaran frekuensi rendah (dalam kes ini, audio) maklumat. Latihan yang menyeronokkan untuk dilakukan bersama dengan soalan ini adalah untuk mengira dimensi fizikal yang diperlukan bagi antena suku-gelombang (((λ) / 4)) pada kekerapan 2 kHz, dengan mengingati bahawa λ = v / f dan v ≈ 3 × 10 8 meter sesaat.

Soalan 13

Anggarkan bagaimana kekerapan output litar pengayun voltan dikawal akibat daripada kesilapan berikut. Pertimbangkan setiap kesalahan secara berasingan (iaitu satu pada satu masa, tidak banyak kesalahan):

Capacitor C 1 gagal dibuka:
Induktor L 1 gagal dibuka:
Resistor R 1 gagal dibuka:
Resistor R 2 gagal dibuka:
Induktor L 2 gagal dipintas sebahagian:

Untuk setiap syarat ini, terangkan mengapa kesan yang dihasilkan akan berlaku. Nota: Kapasitaran yang bergantung kepada voltan diod varactor diberikan oleh persamaan berikut:

C j = C o



2V + 1

Di mana,

C J = Kapasiti persimpangan

C o = Kapasiti persimpangan tanpa voltan yang digunakan

V = Terus voltan persimpangan yang digunakan

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kapasitor C 1 gagal membuka: Kekerapan output meningkat.
Induktor L 1 gagal dibuka: Kekerapan output berkurangan.
Resistor R 1 gagal dibuka: Kekerapan output menurun.
Resistor R 2 gagal dibuka: Kekerapan output meningkat.
Induktor L 2 gagal dipendekkan sebahagian: Kekerapan output meningkat.

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 14

Tentukan kitaran tugas isyarat gelombang persegi ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 10%

Nota:

Soalan ini mencabar pelajar untuk menerapkan pengetahuan tentang kitaran tugas ke senario pengukuran.

Soalan 15

Tentukan kitaran tugas isyarat gelombang persegi ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 80%

Nota:

Soalan ini mencabar pelajar untuk menerapkan pengetahuan tentang kitaran tugas ke senario pengukuran.

Soalan 16

Beban DC rintangan menerima kuasa dimodulasi (PWM) pulse-width dari litar pengawal, dan osiloskop menunjukkan bentuk gelombang voltan beban seperti:

Kirakan kitar tugas bentuk gelombang ini, dan juga kuasa purata yang hilang oleh beban dengan menganggap rintangan beban sebanyak 1.8 Ω.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 12.5%

P purata ≈ 250 W

Soalan susulan: parameter persediaan osiloskop (kepekaan menegak, nisbah probe, gandingan, dan timebase) diperlukan untuk melakukan pengiraan "nota tersembunyi" ini> Nota:

Mengira kitaran tugas haruslah mudah. Mengira pelesapan kuasa beban memerlukan sedikit pemikiran. Jika pelajar anda tidak tahu cara mengira kuasa purata, cadangkan percubaan pemikiran ini: mengira pelesapan kuasa pada kitaran tugas 0%, pada kitaran tugas 100%, dan pada kitaran tugas 50%. Hubungan antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata adalah agak intuitif jika seseorang menganggap keadaan ini.

Sekiranya pendekatan yang lebih ketat diperlukan untuk memenuhi pertanyaan pelajar, anda mungkin ingin menimbulkan percubaan pemikiran yang lain: kirakan tenaga (dalam unit Joules) yang dihantar kepada beban untuk kitaran tugas 50%, mengingatkan bahawa Watts sama dengan Joules sesaat. Kuasa purata, kemudian, dikira dengan membahagikan Joules menjelang detik dalam tempoh satu atau lebih kitaran gelombang keseluruhan. Daripada ini, hubungan linear antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata harus jelas.

Soalan 17

Beban DC rintangan menerima kuasa dimodulasi (PWM) pulse-width dari litar pengawal, dan osiloskop menunjukkan bentuk gelombang voltan beban seperti:

Kirakan kitar tugas bentuk gelombang ini, dan juga kuasa purata yang hilang oleh beban yang menganggap rintangan beban 10.3 Ω.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Duti kitaran ≈ 58.3%

P purata ≈ 80 W

Soalan susulan: parameter persediaan osiloskop (kepekaan menegak, nisbah probe, gandingan, dan timebase) diperlukan untuk melakukan pengiraan "nota tersembunyi" ini> Nota:

Mengira kitaran tugas haruslah mudah. Mengira pelesapan kuasa beban memerlukan sedikit pemikiran. Jika pelajar anda tidak tahu cara mengira kuasa purata, cadangkan percubaan pemikiran ini: mengira pelesapan kuasa pada kitaran tugas 0%, pada kitaran tugas 100%, dan pada kitaran tugas 50%. Hubungan antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata adalah agak intuitif jika seseorang menganggap keadaan ini.

Sekiranya pendekatan yang lebih ketat diperlukan untuk memenuhi pertanyaan pelajar, anda mungkin ingin menimbulkan percubaan pemikiran yang lain: kirakan tenaga (dalam unit Joules) yang dihantar kepada beban untuk kitaran tugas 50%, mengingatkan bahawa Watts sama dengan Joules sesaat. Kuasa purata, kemudian, dikira dengan membahagikan Joules menjelang detik dalam tempoh satu atau lebih kitaran gelombang keseluruhan. Daripada ini, hubungan linear antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata harus jelas.

Soalan 18

Litar pengayun dalam gambarajah ini menjana gelombang persegi dengan kitaran tugas laras:

Pelajar ingin menggunakan litar ini sebagai asas untuk pengawal kuasa modulasi lebar-pulsa (PWM), untuk mengubah jumlah kuasa yang dihantar kepada beban DC. Oleh kerana litar pengayun dibina untuk menghasilkan isyarat lemah dan tidak menyampaikan kuasa terus ke beban, pelajar menambah kuasa MOSFET untuk menghidupkan arus beban berat:

Keluarkan kitar tugas isyarat output pengayun dengan kuasa motor. Dengan kata lain, terangkan bagaimana peningkatan dan pengurangan kitaran dail isyarat mempengaruhi jumlah kuasa yang dihantar kepada motor elektrik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Lebih besar kitaran tugas, lebih banyak kuasa dihantar ke motor.

Soalan susulan: bagaimana anda mengesyorkan kekerapan pengayun yang sesuai ditentukan untuk litar kawalan motor ini "nota tersembunyi"> Nota:

Sebagai ulasan, tanyakan kepada pelajar anda untuk mengenal pasti jenis MOSFET ini (jenis saluran, dan mod penipisan atau penambahan), dan apa amplitud isyarat pengayun yang sepatutnya adalah untuk memacu MOSFET secara bergilir antara potongan dan ketepuan.

Soalan 19

Terangkan mengapa penting bagi transistor kuasa terakhir dalam litar kawalan kuasa PWM untuk beroperasi pada pemotongan penuh dan ketepuan penuh, dan bukan dalam mod linear (aktif) di antara dua ekstrem tersebut. Apa yang mungkin berlaku jika transistor kuasa kurang daripada pemotongan atau kurang daripada tepu apabila membawa arus beban?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pelesapan kuasa transistor akan meningkat jika beroperasi dalam julat "linear" operasi dan bukannya sepenuhnya terputus atau tepu. Ini mengurangkan hayat perkhidmatannya serta kecekapan tenaga litar.

Nota:

Tinjau dengan pelajar anda apa yang dimaksudkan untuk transistor berada dalam "cutoff" atau "tepu, " jika mereka tidak biasa dengan istilah ini atau jika sudah beberapa saat sejak mereka mempelajari ini. Pemahaman yang jelas mengenai konsep ini adalah penting bagi mereka untuk memahami kecekapan kawalan kuasa PWM.

Soalan 20

Jika isyarat termodulat (PWM) denyut nadi dihantar ke litar penyepadu pasif dari litar yang mampu kedua-dua penyumberan dan tenggelam semasa (seperti halnya dengan peringkat keluaran MOSFET), output akan menjadi voltan DC (dengan beberapa riak):

Tentukan hubungan antara kitaran tugas isyarat PWM dan output voltan DC oleh penyepadu. Apakah yang dimaksudkan dengan PWM ini sebagai cara untuk menyampaikan maklumat, seperti data analog dari peranti pengukur "# 20"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Terdapat perhubungan langsung berkadar antara kitaran duti dan voltan keluaran DC dalam litar ini, membolehkan isyarat PWM untuk mewakili data analog.

Soalan susulan # 1: mengapa penting bahawa litar yang menjana isyarat PWM untuk penyepadu dapat kedua-dua sumber dan tenggelam semasa?

Soalan susulan # 2: apa yang perlu dilakukan untuk mengurangkan volum riak pada output integrator?

Nota:

Walaupun tidak sukar untuk pelajar membezakan hubungan antara kitaran duti dan voltan keluaran DC, penerapan perhubungan ini dengan komunikasi data mungkin sukar bagi sesetengah pelajar memahami, terutama mereka sendiri. Perlu dijelaskan lanjut mengenai bahagian anda.

Contoh yang baik dari prinsip ini yang digunakan ialah penjanaan voltan analog dengan litar digital 1-bit. Teknik ini berguna dalam sistem mikrokontroler di mana pelabuhan output mungkin terhad, dengan syarat voltan riak (atau sambutan lambat) tidak menjadi masalah.

Soalan 21

Plotkan apa spektrum frekuensi akan kelihatan seperti gelombang sinus 1 MHz yang tulen (tidak disahkan):

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Soalan ini meneliti pengetahuan pelajar tentang spektrum frekuensi dan skala logaritma. Perhatikan bahawa dengan gelombang sinus tulen, ada satu puncak pada spektrum frekuensi.

Soalan 22

Tentukan spektrum frekuensi untuk isyarat gelombang "pembawa" sinus frekuensi tinggi yang dimodulasi amplitud (AM) dengan isyarat gelombang sinus audio frekuensi seperti yang ditunjukkan dalam rajah blok berikut:

Spektrum bagi bentuk gelombang masing-masing ditunjukkan secara individu:

Plot spektrum isyarat yang dimodulasi di sini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan susulan: jika isyarat modulasi (audio) meningkat secara kekerapan, apakah spektrum sideband "nota tersembunyi"> Nota:

Tujuan soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar untuk mengenali di mana sidebands berasal, dan bagaimana ia berkaitan dengan spektrum frekuensi gelombang pengangkut amplitud yang dimodulasi.

Sekiranya ada orang yang bertanya, kedudukan simetri bagi poket di sekeliling pembawa pada spektrum jawapan menunjukkan skala frekuensi linier .

Soalan 23

Tentukan spektrum frekuensi untuk isyarat frekuensi tinggi, isyarat "pembawa" sinus yang dimodulasi amplitud (AM) dengan isyarat frekuensi audio dengan spektrumnya sendiri. Spektrum bagi bentuk gelombang masing-masing ditunjukkan secara individu:

Plot spektrum isyarat yang dimodulasi di sini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tujuan dari soalan ini adalah untuk mendapatkan pelajar mengenali di mana sidebands berasal, dan untuk mengenali simetri mereka mengenai puncak pembawa.

Sekiranya ada sesiapa yang bertanya, penukaran sama rata dari poket di sekeliling pembawa pada spektrum jawapan menunjukkan skala kekerapan linear .

Soalan 24

Pengukuran penting bagi bentuk gelombang nadi adalah kitaran tugas . Berikan yang tepat. definisi matematik untuk istilah ini.

Juga, tulis penyelesaian persamaan untuk lebar denyut yang diberi kitaran duti (D) dan kekerapan (f).

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

"Kitaran tugas" adalah ukuran gelombang nadi pada masa berbanding dengan jumlah masa (tempoh):

D = t pada


jumlah keseluruhan

Saya akan membiarkan anda memikirkan cara menulis penyelesaian persamaan untuk lebar nadi (t on ) dari segi kitaran dan kekerapan duti.

Nota:

Kitaran tugas adalah konsep yang sangat penting, kerana maklumat analog dapat disampaikan melalui kitaran tugas berubah-ubah dari bentuk gelombang pulsa yang sebaliknya. Bincangkan permohonan ini dengan pelajar anda, jika masa dibenarkan.

Soalan 25

Tentukan kitaran tugas isyarat gelombang persegi ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 38%

Nota:

Soalan ini mencabar pelajar untuk menerapkan pengetahuan tentang kitaran tugas ke senario pengukuran.

Soalan 26

Tentukan kitaran tugas isyarat gelombang persegi ini:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 30%

Nota:

Soalan ini mencabar pelajar untuk menerapkan pengetahuan tentang kitaran tugas ke senario pengukuran.

Soalan 27

Bagaimanakah motor DC magnet kekal bertindak balas jika suis dalam litar ini telah berulang kali ditutup dan dibuka pada frekuensi yang sangat tinggi "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01104x01.png ">

Adakah ia berputar pada kelajuan penuh, sama seperti jika suis ditutup sepanjang masa? Adakah ia berputar sama sekali? Terangkan jawapan anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Motor akan berputar pada kelajuan yang kurang daripada kelajuan penuh.

Soalan susulan: terangkan bagaimana prinsip am ini boleh digunakan untuk mengawal kelajuan motor elektrik.

Nota:

Oleh kerana litar dalam soalan ini merangkumi prinsip kawalan kuasa am, adalah baik untuk membezakannya dengan bentuk kawalan kuasa yang lain. Tanya pelajar anda bagaimana mereka berfikir kaedah kawalan ini membandingkan dengan meletakkan rintangan ubah siri dengan motor. Adakah kaedah "beralih" lebih kurang berkesan?

Soalan 28

Beban DC rintangan menerima kuasa dimodulasi (PWM) pulse-width dari litar pengawal, dan osiloskop menunjukkan bentuk gelombang voltan beban seperti:

Kirakan kitar tugas bentuk gelombang ini, dan juga kuasa purata yang hilang oleh beban yang menganggap rintangan beban sebanyak 2.5 Ω.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 42%

P purata ≈ 1.5 W

Soalan susulan: parameter persediaan osiloskop (kepekaan menegak, nisbah probe, gandingan, dan timebase) diperlukan untuk melakukan pengiraan "nota tersembunyi" ini> Nota:

Mengira kitaran tugas haruslah mudah. Mengira pelesapan kuasa beban memerlukan sedikit pemikiran. Jika pelajar anda tidak tahu cara mengira kuasa purata, cadangkan percubaan pemikiran ini: mengira pelesapan kuasa pada kitaran tugas 0%, pada kitaran tugas 100%, dan pada kitaran tugas 50%. Hubungan antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata adalah agak intuitif jika seseorang menganggap keadaan ini.

Sekiranya pendekatan yang lebih ketat diperlukan untuk memenuhi pertanyaan pelajar, anda mungkin ingin menimbulkan percubaan pemikiran yang lain: kirakan tenaga (dalam unit Joules) yang dihantar kepada beban untuk kitaran tugas 50%, mengingatkan bahawa Watts sama dengan Joules sesaat. Kuasa purata, kemudian, dikira dengan membahagikan Joules menjelang detik dalam tempoh satu atau lebih kitaran gelombang keseluruhan. Daripada ini, hubungan linear antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata harus jelas.

Soalan 29

Beban DC rintangan menerima kuasa dimodulasi (PWM) pulse-width dari litar pengawal, dan osiloskop menunjukkan bentuk gelombang voltan beban seperti:

Kirakan kitar tugas bentuk gelombang ini, dan juga kuasa purata yang hilang oleh beban yang menganggap rintangan beban sebanyak 40.7 Ω.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kitaran tugas ≈ 71.4%

P purata ≈ 344 W

Soalan susulan: parameter persediaan osiloskop (kepekaan menegak, nisbah probe, gandingan, dan timebase) diperlukan untuk melakukan pengiraan "nota tersembunyi" ini> Nota:

Mengira kitaran tugas haruslah mudah. Mengira pelesapan kuasa beban memerlukan sedikit pemikiran. Jika pelajar anda tidak tahu cara mengira kuasa purata, cadangkan percubaan pemikiran ini: mengira pelesapan kuasa pada kitaran tugas 0%, pada kitaran tugas 100%, dan pada kitaran tugas 50%. Hubungan antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata adalah agak intuitif jika seseorang menganggap keadaan ini.

Sekiranya pendekatan yang lebih ketat diperlukan untuk memenuhi pertanyaan pelajar, anda mungkin ingin menimbulkan percubaan pemikiran yang lain: kirakan tenaga (dalam unit Joules) yang dihantar kepada beban untuk kitaran tugas 50%, mengingatkan bahawa Watts sama dengan Joules sesaat. Kuasa purata, kemudian, dikira dengan membahagikan Joules menjelang detik dalam tempoh satu atau lebih kitaran gelombang keseluruhan. Daripada ini, hubungan linear antara kitaran duti dan pelesapan kuasa purata harus jelas.

Soalan 30

Bagaimanakah kawalan kuasa modul lebar pulse sama dengan bentuk kawalan yang dikenakan oleh TRIACs dan SCRs dalam litar kuasa AC? Bagaimana ia berbeza?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Seperti di PWM, litar kawalan kuasa AC menggunakan peranti TRIAC dan SCR memodulasi kuasa dengan mengawal jumlah masa beban menerima kuasa dari sumber.

Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda persamaan dan perbezaan antara kedua-dua bentuk kawalan kuasa berasaskan masa. Sudah tentu, PWM adalah lebih canggih daripada skim kawalan SCR dan TRIAC yang semulajadi, tetapi ia juga lebih rumit dan oleh itu mungkin lebih terdedah kepada kesilapan.

Soalan 31

Modulasi kepadatan pulse (PDM) berkait rapat dengan modulasi lebar denyut (PWM). Huraikan persamaan dan perbezaan dalam kata-kata anda sendiri.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

PWM adalah format modulasi yang benar-benar analog, di mana PDM benar-benar digital. Dalam erti kata lain, resolusi PWM tidak terhingga, sedangkan resolusi PDM terhingga.

Nota:

Perlu diingatkan bahawa sama ada aliran denyut boleh diubah menjadi voltan analog dengan penapisan rendah, yang membuat kedua-dua format modulasi ini sangat berguna.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →