Obwody prostownicze

Układ Graetza. Prostownik. Na rysunku poniżej przedstawiono obwód (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Obwody prostownicze

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


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 zanotuj wszystkie wartości składowe przed budową obwodu, wybierając wartości rezystorów wystarczająco wysokie, aby uszkodzić jakiekolwiek aktywne komponenty, które są mało prawdopodobne.
  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 przeanalizuj obwód, rozwiązując wszystkie wartości napięcia i prądu.
  6. Dokładnie zmierz wszystkie napięcia i prądy, 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.

Kiedy uczniowie najpierw zapoznają się z urządzeniami półprzewodnikowymi i najprawdopodobniej ich uszkodzą poprzez niewłaściwe połączenia w swoich obwodach, polecam eksperymentować z dużymi komponentami o dużej mocy (diody prostownicze 1N4001, tranzystory mocy TO-220 lub TO-3) itp.), a zamiast tego korzysta się z zasilanych bateriami suchych ogniw. Zmniejsza to prawdopodobieństwo uszkodzenia podzespołów.

Jak zwykle, unikaj bardzo wysokich i bardzo niskich wartości rezystorów, aby uniknąć błędów pomiarowych spowodowanych przez "ładowanie" licznika (na wyższym końcu) i uniknąć wypalenia tranzystora (na niskim końcu). Polecam rezystory od 1 kΩ do 100 kΩ.

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

Co by zrobił silnik prądu stałego z magnesem trwałym, gdyby był zasilany przez źródło napięcia przemiennego?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Silnik wibruje, gdy wał próbuje obracać się w tył i w przód tak szybko, jak cykle AC.

Uwagi:

Omów to zjawisko ze swoimi uczniami. Zapytaj ich, czy znają jakieś inne "spolaryzowane" urządzenia (DC-only). Zapytaj ich, co ich zdaniem byłoby konieczne, aby urządzenie zasilane wyłącznie prądem stałym zasilało prąd zmienny.

pytanie 3

Co by zrobił ten silnik z magnesem trwałym, gdyby był zasilany przez następujący obwód "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00779x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Silnik obraca się w jednym kierunku z pulsującym momentem obrotowym.

Pytanie uzupełniające: określ biegunowość napięcia DC między zaciskami silnika.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, dlaczego moment obrotowy silnika pulsuje, zamiast być stabilny, jak gdyby był zasilany baterią. Czy to musi być zła rzecz? W jaki sposób prędkość silnika jest porównywana z zasilaniem ze źródła prądu stałego o tym samym napięciu (odpowiednik RMS)?

Pytanie 4

Co by zrobił silnik prądu stałego z magnesami trwałymi, gdyby był zasilany przez następny obwód?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Silnik obróciłby się w jednym kierunku, przynajmniej na krótką chwilę. Wtedy coś w obwodzie (albo dioda albo zasilacz) zawodzi z powodu nadmiernego prądu!

Pytanie uzupełniające: określ biegunowość napięcia DC między zaciskami silnika, podczas tego krótkiego okresu czasu, w którym cały element nadal działa.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, dlaczego obwód ten jest autodestruktywny. Jeśli działa on jako prostownik do zasilania silnika prądu stałego na krótki czas, to dlaczego nie działa w ten sposób przez nieokreślony czas "panel panelu sterowania - domyślnie" itemscope>

Pytanie 5

Niektóre niedrogie lampy domowe wykorzystują diodę, aby uzyskać dwupozycyjną kontrolę światła (przyciemnione i jasne):

Wyjaśnij, w jaki sposób obwód ten jest w stanie rozjaśnić i przyciemnić żarówkę.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Gdy przełącznik znajduje się w pozycji "przyciemnione", żarówka otrzymuje energię tylko przez połowę cyklu prądu przemiennego.

Pytanie uzupełniające: czy ma znaczenie, w jaki sposób dioda jest zorientowana w obwodzie "uwagi ukryte"> Uwagi:

Chociaż obwód ten nie jest bardzo skomplikowany, ujawnia on zastosowanie przeoczenia diody często pomijane: kontrola mocy dla niespolaryzowanych obciążeń. Zapytaj swoich uczniów, jak efektywność energetyczna takiego obwodu jest porównywana z obwodem ściemniania reostatycznego (rezystancyjnego).

Pytanie 6

Prześledzić przepływ wszystkich prądów w tej połowie cyklu prądu przemiennego (zwróć uwagę na symbole polaryzacji w pobliżu uzwojenia pierwotnego uzwojenia transformatora):

Teraz prześledź przepływ wszystkich prądów w drugiej połowie cyklu prądu przemiennego (zwróć uwagę na symbole polaryzacji w pobliżu pierwotnych zacisków uzwojenia transformatora):

Ustal również polaryzację napięcia DC na rezystorze obciążenia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie nie tylko wprowadza typ pełnego prostownika, ale również służy jako dobry przegląd działania transformatora i oznakowania faz uzwojenia. Pominąłem diagramy wskazujące kierunek prądów w tym obwodzie, częściowo dlatego, że można je ustalić za pomocą polaryzacji napięcia rezystora obciążenia (pokazanego w odpowiedzi), a częściowo dlatego, że wolałbym nie wybierać pomiędzy udzieleniem odpowiedzi w konwencjonalny sposób. notacja przepływu versus notacja przepływu elektronów.

Pytanie 7

W obwodzie prostownika napięcie wyjściowe jest mniejsze niż połowa napięcia znamionowego uzwojenia wtórnego (12 woltów). Dlaczego ten "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00783x01.png">

Sprawdź również, czy jest to obwód prostownika półfalowego lub pełno falowego i wyjaśnij swoją odpowiedź.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tylko połowa uzwojenia wtórnego zasila obciążenie w danym momencie.

Jest to obwód prostownika pełno-falowego.

Pytanie dotyczące wyzwania: co musiałoby się zmienić w tym obwodzie, aby uczynić go prostownikiem półfalowym?

Uwagi:

Jeśli to pytanie jest mylące dla niektórych uczniów, poświęć czas na omówienie kierunków wszystkich prądów w obwodzie przez obie połówki cyklu AC. Wtedy odpowiedź powinna być oczywista.

Pytanie 8

Bardzo powszechną formą prostownika pełno-falowego jest prostownik mostkowy . Zazwyczaj jest narysowany jako "diament" czterech diod:

Narysuj połączenia na tej ilustracji, aby utworzyć obwód prostownika mostkowego, odbierającego energię z transformatora i dostarczającą energię do żarówki:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: narysuj kierunek prądów przez prostownik mostkowy dla każdego półcyklu źródła prądu przemiennego i określ polaryzację napięcia DC na zaciskach żarówki.

Uwagi:

Realistyczne problemy z połączeniem, takie jak te, są znacznie łatwiejsze do rozwiązania w obecności schematu. Jeśli masz uczniów, którzy zmagają się z tym pytaniem, upewnij się, że najpierw poświęcą czas na narysowanie schematu. Znalezienie schematu pełnego obwodu prostownika mostkowego do skopiowania nie jest żadnym wyzwaniem. Z reguły nie udzielam uczniom pomocy z pytaniami, dopóki przynajmniej nie zrobią tego pierwszego kroku, ponieważ tak często kończą oni odpowiadać na własne pytania w trakcie rysowania schematu!

Pytanie 9

Określ przybliżoną wartość napięcia, którą wskaże każdy woltomierz w tym obwodzie:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwaga: wskazania napięcia podane przez woltomierze są tylko przybliżone !

Pytanie dotyczące wyzwania: jak można wyeliminować 58 woltów z (-) do ziemi, aby umożliwić uziemienie (-) terminala wyjściowego "uwagi ukryte"> Uwagi:

Bezpośrednia rektyfikacja uziemionego źródła prądu przemiennego powoduje znaczne obniżenie napięcia między przewodem wyjściowym DC a masą. Zapytaj uczniów, jakie problemy mogą być spowodowane tym efektem. A co z bezpieczeństwem? Zapytaj ich, czy uważają, że 58 woltów stanowi zagrożenie bezpieczeństwa.

W odpowiedzi na pytanie o wyzwanie, potrzebna jest tutaj izolacja elektryczna. Istnieje więcej niż jedna odpowiedź na ten problem, ale zdecydowanie jedno rozwiązanie, które jest bardziej popularne niż inne.

Pytanie 10

Technik decyduje się na pomiar napięcia wyjściowego obwodu prostownika mostkowego za pomocą oscyloskopu. Ten konkretny prostownik mostowy jest przednim końcem przełączającego obwodu zasilającego i bezpośrednio koryguje przychodzące napięcie zasilania 120 V, bez transformatora:

Jednak technik jest zaskoczony tym, że bezpiecznik przepala się za każdym razem, gdy włącza zasilanie obwodu. Po odłączeniu oscyloskopu od obwodu, bezpiecznik nie działa, a wszystko działa dobrze. Co jest nie tak "# 10"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zacisk "naziemny" oscyloskopu (zacisk w stylu aligatora, który służy jako drugi punkt połączenia elektrycznego sondy) jest elektrycznie wspólny z metalową obudową oscyloskopu, która z kolei jest elektrycznie wspólna z przewodem uziemiającym bezpieczeństwa o napięciu 120 woltów. System zasilania prądem zmiennym.

Uwagi:

Podana tu odpowiedź nie ujawnia wszystkiego. Student musi jeszcze ustalić, dlaczego uziemienie jednego z zacisków wyjściowych obwodu prostownika powoduje zwarcie doziemne powodujące przepalenie bezpiecznika. Obserwacja sygnału półfalowego z samą końcówką sondy dotykającą obwodu jest główną wskazówką w tym pytaniu.

Pytanie 11

Układy prostownicze mocy są często klasyfikowane zgodnie z ich liczbą faz, dróg i impulsów . Dopasuj następujące obwody prostownika do etykiet Phase / Way / Pulse podanych na tej ilustracji:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Znaczenie tych etykiet może być mylące, więc należy je dokładnie omówić ze swoimi uczniami. Niech powiedzą Ci, co oznaczają "fazy", "sposoby" i "impulsy", używając własnych słów.

Pytanie 12

Tranzystory bipolarne są niezwykle użytecznymi urządzeniami, pozwalającymi małym prądom elektrycznym kontrolować przepływ znacznie większego prądu elektrycznego:

Urządzenia te byłyby dla nas jeszcze bardziej przydatne, gdyby były w stanie kontrolować prąd zmienny (AC), ale nie mogą. Tranzystory bipolarne są urządzeniami spolaryzowanymi (jednokierunkowymi).

Fakt ten nie przeszkadza nam używać tranzystorów bipolarnych do sterowania AC. Musimy być sprytni, jeśli chodzi o to, jak to robimy:

Wyjaśnij, w jaki sposób działa ten obwód. W jaki sposób tranzystor (urządzenie zasilane tylko prądem stałym) może sterować prądem zmiennym (prąd przemienny) przez obciążenie "# 12"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Most czterodiodowy prostuje prąd obciążenia AC do DC, aby tranzystor mógł sterować.

Uwagi:

Zwykle obwody prostownicze są uważane wyłącznie za pośrednie między AC i DC w kontekście zasilania AC-DC. Mają jednak inne zastosowania, o czym świadczy ten interesujący obwód!

Nie powinno to mieć znaczenia, jeśli uczniowie nie poznali jeszcze tranzystorów. W rzeczywistości dobrze jest dać im bardzo krótkie wprowadzenie do funkcji nieznanego wcześniej składnika, a następnie poprosić o sprawdzenie obwodu (którego reszta powinien dobrze zrozumieć), aby ustalić ogólną funkcję. Jest to czasami nazywane podejściem "Czarna skrzynka" w inżynierii i jest niezbędne podczas pracy nad najnowocześniejszym sprzętem elektronicznym, w którym praktycznie nie można zrozumieć wewnętrznego działania każdego podsystemu i komponentu.

Pytanie 13

Załóżmy, że musisz zbudować pełnoprzepustowy prostownik mostkowy o prądzie znamionowym 2, 5 ampera, ale tylko z diodami 1N4001 modelu, aby go zbudować. Narysuj schemat obwodu, pokazujący, jak wiele diod 1N4001 może być połączonych ze sobą, aby to osiągnąć:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: podczas gdy ten obwód powinien działać (teoretycznie), w praktyce jedna lub więcej diod ulegnie przedwczesnemu uszkodzeniu z powodu przegrzania. Rozwiązaniem tego problemu jest połączenie rezystorów "bagiennych" szeregowo z takimi diodami:

Wyjaśnij, dlaczego te rezystory są niezbędne, aby zapewnić długą żywotność diody.

Uwagi:

Odpowiedź na to pytanie nie powinna stanowić większego wyzwania dla twoich uczniów, chociaż pytanie uzupełniające jest nieco trudne. Zapytaj uczniów o cel zastosowania oporników oporowych w tym obwodzie. Co wiemy o przepływie prądu przez diody, jeśli jeden lub więcej z nich ulegnie awarii z powodu przegrzania bez rezystorów tłumiących "panel panelu roboczego - domyślnie" itemscope>

Pytanie 14

Przewidzieć, w jaki sposób wszystkie napięcia i prądy składowe w tym obwodzie będą miały wpływ na następujące błędy. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Dioda D 1 nie działa poprawnie:
Zwijanie generatora C nie powiedzie się:
Połączenie centralne łączące uzwojenia generatora nie działa:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dioda D 1 nie działa poprawnie: obciążenie otrzymuje 2-impulsową rektyfikację zamiast 3-pulsów, podwyższone napięcie na D 1 .
Zerwanie generatora C nie powiedzie się: obciążenie otrzymuje rektyfikację 2-impulsową zamiast 3-pulsowej, brak prądu przez D 3 .
Połączenie centralne łączące uzwojenia generatora nie działa: Brak napięcia na żadnej diodzie lub przeciążeniu, brak prądu przez dowolną diodę lub obciążenie.

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 15

Przewidzieć, w jaki sposób wszystkie napięcia i prądy składowe w tym obwodzie będą miały wpływ na następujące błędy. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Dioda D 3 nie działa poprawnie:
Zwijanie generatora C nie powiedzie się:
Połączenie centralne łączące uzwojenia generatora nie działa:

W przypadku każdego z tych warunków należy wyjaśnić, dlaczego wystąpią takie skutki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dioda D 3 nie otwiera się: obciążenie otrzymuje 5-impulsową rektyfikację zamiast 6-pulsowego, zwiększone napięcie na D3.
Zerwanie generatora C nie zadziałało: ładunek otrzymuje rektyfikację 2-impulsową zamiast 6-pulsową, brak prądu przez D 5 lub D 6 .
Połączenie centralne łączące uzwojenia generatora nie działa: Brak napięcia na żadnej diodzie lub przeciążeniu, brak prądu przez dowolną diodę lub obciążenie.

Uwagi:

Celem tego pytania jest podejść do dziedziny rozwiązywania problemów z obwodami z perspektywy wiedzy o tym, czym jest usterka, a nie tylko wiedzieć, jakie są objawy. Chociaż nie jest to koniecznie realistyczna perspektywa, pomaga uczniom zbudować podstawową wiedzę niezbędną do zdiagnozowania błędnego obwodu z danych empirycznych. Na takie pytania należy odpowiedzieć (ewentualnie) innymi pytaniami, w których prosi się uczniów o zidentyfikowanie prawdopodobnych usterek na podstawie pomiarów.

Pytanie 16

Prześledzić prąd przez ten obwód prostownika w chwili, gdy polaryzacja źródła prądu przemiennego jest dodatnia po prawej, a ujemna po lewej, jak pokazano. Pamiętaj, aby wyznaczyć konwencję, której używasz do bieżącego kierunku (przepływu konwencjonalnego lub elektronowego):

Należy również oznaczyć biegunowość spadku napięcia na obciążeniu R.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili swoje rozumowanie podczas śledzenia prądów i określili polaryzację spadku napięcia przed klasą dla wszystkich. Obwód mostka prostowniczego to taki, który wielu studentów uważa za mylące do analizy, dlatego warto poświęcić czas na zajęcia, aby w pełni go zrozumieć.

Pytanie 17

Prześledzić prąd przez ten obwód prostownika w chwili, gdy polaryzacja źródła prądu przemiennego jest dodatnia po lewej, a ujemna po prawej, jak pokazano. Pamiętaj, aby wyznaczyć konwencję, której używasz do bieżącego kierunku (przepływu konwencjonalnego lub elektronowego):

Należy również oznaczyć biegunowość spadku napięcia na obciążeniu R.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili swoje rozumowanie podczas śledzenia prądów i określili polaryzację spadku napięcia przed klasą dla wszystkich. Obwód mostka prostowniczego to taki, który wielu studentów uważa za mylące do analizy, dlatego warto poświęcić czas na zajęcia, aby w pełni go zrozumieć.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →