Analiza prądu rozgałęzionego DC

Metody sieciowe #1 - Metoda prądów oczkowych (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Analiza prądu rozgałęzionego DC

Techniki analizy sieci


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka matematycznego analizowania obwodów wymaga dużo nauki i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Dokładnie zmierz i zapisz wszystkie wartości składników przed budową obwodu.
  2. Narysuj schemat obwodu, który będzie analizowany.
  3. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  4. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  5. Matematycznie analizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia, prądu itp.
  6. Dokładnie zmierz te ilości, aby zweryfikować dokładność analizy.
  7. Jeśli wystąpią jakiekolwiek istotne błędy (większe niż kilka procent), dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem diagramu, a następnie dokładnie oblicz ponownie wartości i ponownie zmierz pomiar.

Unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystora, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" miernika. Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ, chyba że celem obwodu jest zilustrowanie wpływu obciążenia licznika!

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować matematycznie przewidywać różne wartości napięcia i prądu. W ten sposób teoria matematyczna "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zyskaliby jedynie przez rozwiązywanie równań.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku matematycznych przewidywań) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Tranzystor jest urządzeniem półprzewodnikowym, które działa jako regulator prądu stałego. Ze względu na analizę tranzystory są często uważane za źródła o stałym natężeniu:

Załóżmy, że musimy obliczyć ilość prądu pobieranego ze źródła 6-woltowego w tym obwodzie tranzystora z dwoma źródłami:

Wiemy, że połączone prądy z dwóch źródeł napięcia muszą dodać do 5 mA, ponieważ aktualne prawo Kirchhoffa mówi nam, że prądy dodają algebraicznie w dowolnym węźle. Bazując na tej wiedzy, możemy oznaczać prąd przez baterię 6-woltową jako "I", a prąd przez 7, 2 V jako "5 mA - I":

Prawo napięcia Kirchhoffa mówi nam, że algebraiczna suma spadków napięcia wokół jakiejkolwiek "pętli" w obwodzie musi wynosić zero. Na podstawie wszystkich tych danych obliczyć wartość I:

Wskazówka: Równoległe równania nie są potrzebne, aby rozwiązać ten problem!

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

I = 1, 9 mA

Uwagi:

Napisałem to pytanie w taki sposób, że naśladuje analizę prądu gałęzi / siatki, ale z dostateczną ilością dodanych informacji (a mianowicie, wartość bieżącego źródła), że istnieje tylko jedna zmienna do rozwiązania. Chodzi o to, aby przygotować studentów do zrozumienia, dlaczego równoczesne równania są niezbędne w bardziej złożonych obwodach (gdy niewiadomych nie wszystkie można wyrazić w kategoriach pojedynczej zmiennej).

pytanie 3

Ten obwód tranzystora zasilany jest przez dwa różne źródła napięcia, jeden z wyjściami 6 woltów, a drugi zmienny.

Tranzystory w naturalny sposób działają jako urządzenia regulujące natężenie prądu i są często analizowane tak, jakby były źródłami prądu. Załóżmy, że ten tranzystor miał prąd regulacyjny o wartości 3, 5 mA:

Jak wysokie musi być napięcie źródła zmiennego, dopóki prąd nie zostanie pobrany z akumulatora 6-woltowego "# 3"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

E = 9, 5 V

Uwagi:

Celem tego pytania jest zachęcenie uczniów do zastosowania tego, co znają podstawowe "prawa" obwodu (prawo Ohma, KVL, KCL) do rozwiązania pojedynczej wartości napięcia. Jak zwykle, metoda rozwiązania jest o wiele bardziej wartościowa niż odpowiedź.

Jeśli niektórzy uczniowie są całkowicie zdezorientowani, jeśli chodzi o rozwiązywanie tego napięcia, sugerują, że "podpinają" podaną odpowiedź do obwodu i określają prądy i spadki napięcia. Co zauważają, kiedy to robią? Jakie niezwykłe warunki wyróżnia się zmiennym źródłem przy 9, 5 woltów? Czy którykolwiek z tych warunków rzeczy mogą mieć (lub powinny) znać przed znajomością napięcia zmiennej źródła, biorąc pod uwagę warunek ". . . brak prądu (wyciągnięty) z akumulatora 6-woltowego "?

Pytanie 4

Opisz krok po kroku kroki wymagane do obliczenia wszystkich prądów i spadków napięcia w sieci prądu stałego za pomocą metody bieżącej rozgałęzienia .

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Istnieje kilka podręczników i innych odniesień opisujących kroki wymagane w tej metodzie analizy. Zostawiam wam zadanie zbadania tych kroków!

Uwagi:

Uczniowie mogą znaleźć niewielkie różnice między odmianami metody analizy "Odgałęzienie" opisanej w różnych odsyłaczach. Różnice te nie mają jednak znaczenia.

Pytanie 5

Podczas gdy metoda "Branch Current" może być użyta do analizy niezbalansowanego obwodu mostka, wymaga to wielu obliczeń! W tym obwodzie określ, ile zmiennych jest potrzebnych do rozwiązania dla wszystkich prądów:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Sześć zmiennych jest wymaganych, aby uwzględnić wszystkie unikalne wartości prądu w tym obwodzie (I 1 do I 6 ).

Pytanie dotyczące wyzwania: narysuj strzałki w tym obwodzie, przedstawiające te sześć prądów i napisz jedno równanie KCL dla każdego węzła.

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, dlaczego trudno jest rozwiązywać prądy w takim obwodzie, korzystając z metody "Branch Current". Ile równań będzie konieczne do rozwiązania dla wartości sześciu zmiennych "panel panelu roboczego-domyślny" itemscope>

Pytanie 6

Ponownie narysuj przedstawiony tutaj obwód w postaci schematu i rozwiąż problemy związane z spadkami napięcia na dwóch rezystorach, stosując metodę "Prąd gałęzi":

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

E 2200 Ω = 5, 713 V

E 4700 Ω = 11, 89 V

Uwagi:

Pamiętaj, aby spędzić czas ze swoimi uczniami, porównując ich różne strategie rozwiązań. Ponieważ istnieje tak wiele kombinacji sposobów rysowania prądów gałęzi i pisania równań, jest wysoce nieprawdopodobne, aby wszystkie prace uczniów były identyczne. Ważną lekcją jest to, że różne warianty wciąż prowadzą do tych samych (poprawnych) wyników.

Pytanie 7

Obliczyć natężenie prądu ładowania przez akumulator nr 1 przy użyciu metody analizy prądu rozgałęzienia, biorąc pod uwagę napięcia i rezystancje w obwodzie otwartym w obwodzie. Zignoruj ​​każdy opór przewodu:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

I bat1 = 1.7248 A

Uwagi:

Poproś uczniów, aby odkryli równania, których użyli do rozwiązania dla prądu. Ich równania prawdopodobnie będą się różnić, ale ich ostateczne odpowiedzi powinny być takie same!

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →