Zeitkonstante Schaltungen

Aufgabe 1 Teil 1 Spannung Aufladevorgang am Kondensator berechnen (November 2018).

Anonim

Zeitkonstante Schaltungen

DC-Stromkreise


Frage 1

Sitz nicht nur da! Baue etwas !!

Das mathematische Analysieren von Schaltkreisen erfordert viel Übung und Übung. Üblicherweise üben die Schüler, indem sie viele Beispielprobleme durcharbeiten und ihre Antworten mit denen des Lehrbuchs oder des Lehrers vergleichen. Während das gut ist, gibt es einen viel besseren Weg.

Sie werden viel mehr lernen, indem Sie reale Schaltkreise erstellen und analysieren und Ihr Testgerät die "Antworten" anstatt eines Buches oder einer anderen Person liefern lassen. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um erfolgreiche Übungen für den Schaltungsaufbau durchzuführen:

  1. Messen und notieren Sie sorgfältig alle Komponentenwerte vor dem Schaltungsaufbau.
  2. Zeichnen Sie das schematische Diagramm für die zu analysierende Schaltung.
  3. Bauen Sie diese Schaltung vorsichtig auf einem Steckbrett oder einem anderen geeigneten Medium auf.
  4. Überprüfen Sie die Genauigkeit der Schaltungskonstruktion, folgen Sie jeder Leitung zu jedem Verbindungspunkt und überprüfen Sie diese Elemente nacheinander in der Abbildung.
  5. Analysiere die Schaltung mathematisch und löse alle Werte von Spannung, Strom usw.
  6. Messen Sie diese Mengen sorgfältig, um die Genauigkeit Ihrer Analyse zu überprüfen.
  7. Wenn es wesentliche Fehler gibt (mehr als ein paar Prozent), überprüfen Sie sorgfältig die Konstruktion Ihrer Schaltung gegen das Diagramm, dann berechnen Sie die Werte sorgfältig neu und messen Sie erneut.

Vermeiden Sie sehr hohe und sehr niedrige Widerstandswerte, um Messfehler durch das "Laden" des Messgeräts zu vermeiden. Ich empfehle Widerstände zwischen 1 kΩ und 100 kΩ, es sei denn, der Zweck der Schaltung ist es, die Auswirkungen der Zählerbelastung zu veranschaulichen!

Eine Möglichkeit, Zeit zu sparen und die Möglichkeit von Fehlern zu reduzieren, besteht darin, mit einer sehr einfachen Schaltung zu beginnen und schrittweise Komponenten hinzuzufügen, um nach jeder Analyse die Komplexität zu erhöhen, anstatt für jedes Übungsproblem eine ganz neue Schaltung zu erstellen. Eine weitere zeitsparende Technik ist die Wiederverwendung der gleichen Komponenten in einer Vielzahl verschiedener Schaltungskonfigurationen. Auf diese Weise müssen Sie den Wert einer Komponente nicht mehr als einmal messen.

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Lassen Sie die Elektronen selbst Antworten auf Ihre eigenen "Übungsprobleme" geben!

Anmerkungen:

Es ist meine Erfahrung, dass Studenten viel Übung mit Schaltungsanalyse benötigen, um kompetent zu werden. Zu diesem Zweck stellen die Dozenten ihren Studenten normalerweise viele Übungsprobleme zur Verfügung und geben den Studenten Antworten auf ihre Arbeit. Während dieser Ansatz Schüler in der Schaltungstheorie kompetent macht, kann sie sie nicht vollständig ausbilden.

Studenten brauchen nicht nur mathematische Praxis. Sie brauchen auch echte, praktische Übungsschaltkreise und Testgeräte. Daher schlage ich den folgenden alternativen Ansatz vor: Schüler sollten ihre eigenen "Übungsprobleme" mit realen Komponenten aufbauen und versuchen, die verschiedenen Spannungs- und Stromwerte mathematisch vorherzusagen. Auf diese Weise wird die mathematische Theorie "lebendig", und die Studenten erlangen praktische Fertigkeiten, die sie nicht nur durch Lösen von Gleichungen gewinnen würden.

Ein weiterer Grund für das Praktizieren dieser Methode ist es, den Schülern eine wissenschaftliche Methode beizubringen: den Prozess des Testens einer Hypothese (in diesem Fall mathematische Vorhersagen) durch Ausführen eines echten Experiments. Die Schüler entwickeln auch echte Fähigkeiten zur Fehlersuche, da sie gelegentlich Schaltungsfehler machen.

Verbringen Sie einige Momente mit Ihrer Klasse, um einige der "Regeln" für den Aufbau von Schaltungen zu überprüfen, bevor sie beginnen. Besprechen Sie diese Probleme mit Ihren Schülern auf die gleiche sokratische Weise, dass Sie normalerweise die Arbeitsblattfragen diskutieren, anstatt ihnen einfach zu sagen, was sie tun sollten und was nicht. Ich bin immer wieder erstaunt darüber, wie schlecht die Schüler Anweisungen verstehen, wenn sie in einem typischen Vortragsformat (Instructor Monolog) präsentiert werden!

Ein Hinweis an die Dozenten, die sich über die "verschwendete" Zeit beschweren können, die erforderlich ist, damit die Schüler reale Schaltungen aufbauen können, anstatt nur theoretische Schaltkreise mathematisch zu analysieren:

Was ist der Zweck der Schüler, die Ihren Kurs belegen? "Worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Frage 2

Die hier gezeigte Schaltung wird Relaxationsoszillator genannt . Es arbeitet nach den Prinzipien der Kondensatorladung im Laufe der Zeit (eine RC-Schaltung) und der Hysterese einer Gasentladungslampe: die Tatsache, dass die Spannung, die erforderlich ist, um die Leitung durch die Lampe zu initiieren, wesentlich größer ist als die Spannung unter der die Lampe aufhört um Strom zu leiten.

In dieser Schaltung ionisiert die Neonröhre bei einer Spannung von 70 Volt und hört auf zu leiten, wenn die Spannung unter 30 Volt fällt:

Stellen Sie die Spannung des Kondensators im Laufe der Zeit grafisch dar, da dieser Stromkreis von der Gleichstromquelle gespeist wird. Hinweis zu Ihrer Grafik, zu welchen Zeiten die Neonlampe leuchtet:

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Follow-up-Frage: Bei einer Quellenspannung von 100 Volt, einem Widerstandswert von 27 kΩ und einem Kondensatorwert von 22 μF wird die Zeit berechnet, die der Kondensator benötigt, um von 30 Volt bis 70 Volt aufzuladen Lampe zieht während der Ladephase vernachlässigbaren Strom).

Anmerkungen:

Was wir hier haben, ist eine sehr einfache Blitzlichtschaltung. Diese Schaltung kann im Klassenzimmer mit minimaler Sicherheitsgefahr konstruiert werden, wenn die Gleichspannungsquelle ein Handkurbelgenerator anstelle einer Batteriebank oder einer netzbetriebenen Versorgung ist. Ich habe dies bereits in meinem eigenen Klassenzimmer demonstriert, indem ich eine Handkurbel "Megger" (Hochspannungs-Ohmmeter) als Stromquelle verwendet habe.

Frage 3

Tauschen Sie den Festwiderstand mit einem Potentiometer aus, um die Blinkrate der Neonlampe in diesem Entspannungsoszillator einzustellen. Schließen Sie das Potentiometer so an, dass durch Drehen des Knopfes im Uhrzeigersinn die Lampe schneller blinkt:

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Anmerkungen:

Bitten Sie Ihre Schüler zu erklären, warum das Potentiometer die Geschwindigkeit ändert, die es für die Blitzfrequenz des Schaltkreises bewirkt. Gibt es eine andere Möglichkeit, die Blitzfrequenz des Schaltkreises zu ändern, ohne ein Potentiometer "Meta-Tags Hidden-Print" zu verwenden?

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