Układy czasowe

Przerzutniki na wykresach czasowych (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Układy czasowe

Obwody cyfrowe


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka analizy obwodów cyfrowych wymaga wielu badań 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. Narysuj schemat obwodu cyfrowego, który ma być analizowany.
  2. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  3. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  4. Przeanalizuj obwód, określając wszystkie wyjściowe stany logiczne dla danych warunków wejściowych.
  5. Dokładnie zmierz te stany logiczne, aby zweryfikować dokładność analizy.
  6. W przypadku wystąpienia błędów, dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem schematu, a następnie dokładnie przeanalizuj obwód i zmień ponownie.

Zawsze upewnij się, że poziomy napięcia zasilania są zgodne ze specyfikacją obwodów logicznych, których zamierzasz używać. Jeśli TTL, zasilacz musi być 5 woltowym regulowanym zasilaniem, dostosowanym do wartości możliwie zbliżonej do 5, 0 woltów prądu stałego.

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 przewidzieć różne stany logiczne. W ten sposób teoria cyfrowa "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zdobędą jedynie przez rozwiązywanie równań Boole'a lub upraszczanie map Karnaugha.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku prognozy stanu logicznego) 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)!

Bardzo polecam układy logiczne CMOS do eksperymentów domowych, w których uczniowie mogą nie mieć dostępu do regulowanego zasilacza 5-woltowego. Współczesne obwody CMOS są dużo bardziej odporne na wyładowania elektrostatyczne niż pierwsze obwody CMOS, więc obawy studentów, że szkodzą tym urządzeniom przez brak "właściwego" laboratorium w domu, są w dużej mierze bezpodstawne.

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

Poniższy schemat pokazuje układ czasowy wykonany z UJT i SCR:

Łącznie kombinacja R 1, C 1, R 2, R 3 i Q 1 tworzy oscylator relaksacyjny, który wyprowadza sygnał fali prostokątnej. Wyjaśnij, w jaki sposób oscylacja fali prostokątnej jest w stanie wykonać proste opóźnienie czasowe dla obciążenia, w którym obciążenie zostaje pobudzone w określonym czasie po zamknięciu przełącznika dźwigniowego. Wyjaśnij również cel sieci RC utworzonej przez C 2 i R 4 .

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pamiętaj, że CR 1 potrzebuje tylko jednego impulsu przy swojej bramie, aby go włączyć (i zatrzasnąć)! C 2 i R 4 tworzą bierny czynnik różnicujący do kondycjonowania sygnału fali prostokątnej z oscylatora UJT.

Pytanie uzupełniające: w jaki sposób sugerujesz, abyśmy zmienili ten obwód, aby regulować opóźnienie czasowe "notatki ukryte"> Uwagi:

Wiedząc, że UJT tworzy oscylator, kuszące jest myślenie, że ładunek będzie się włączał i wyłączał wielokrotnie. Pierwsze zdanie w odpowiedzi wyjaśnia, dlaczego tak się nie stanie.

Mam podstawowy pomysł na ten tor z drugiej edycji

, Stephen L. Herman.

pytanie 3

Obwód scalony model "555" jest bardzo popularnym i użytecznym "układem" wykorzystywanym do synchronizacji w obwodach elektronicznych. Podstawą funkcji czasowej tego obwodu jest sieć rezystor-kondensator (RC):

W tej konfiguracji układ "555" działa jak oscylator : przełączanie w tył i w przód pomiędzy stanami wyjściowymi "wysokiego" (pełne napięcie) i "niskiego" (bez napięcia). Czas trwania jednego z tych stanów jest ustalany przez działanie ładowania kondensatora, przez oba rezystory (R1 i R2 w szeregu). Czas trwania innego stanu jest ustalany przez kondensator rozładowany przez jeden rezystor (R 2 ):

Stała czasowa ładowania musi oczywiście wynosić τ = (R 1 + R 2 ) C, a stała czasowa rozładowania to τ rozładowanie = R2. W każdym z tych stanów kondensator ładuje lub rozładowuje 50% sposób między początkowymi i końcowymi wartościami (na podstawie działania chipa 555), więc znamy wyrażenie e ((-t) / (τ)) = 0, 5 lub 50 procent.

Opracuj dwa równania do przewidywania czasu "ładowania" i czasu "rozładowania" tego obwodu taktowania 555, aby każdy projektujący taki obwód w określonych opóźnieniach czasu wiedział, jakie rezystory i wartości kondensatorów wykorzystać.


Przypisy:

Dla tych, którzy muszą wiedzieć dlaczego, zegar 555 w tej konfiguracji jest zaprojektowany tak, aby utrzymywać napięcie kondensatora pomiędzy 1/3 napięcia zasilania i 2/3 napięcia zasilania. Tak więc, gdy kondensator ładuje od 1/3 V CC do jego (końcowej) wartości pełnego napięcia zasilania (V CC ), mając przerwany cykl ładowania przy 2/3 V CC przez układ 555, ładuje się do połowy punkt, od 2/3 w połowie drogi między 1/3 a 1. Podczas rozładowywania kondensator zaczyna się od 2/3 V CC i jest przerywany przy 1/3 V CC, co ponownie stanowi 50% drogi od miejsca, w którym zaczęło się tam, gdzie było (ostatecznie) na czele
.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

t ładunek = - ln0, 5 (R 1 + R 2 ) C

t wyładowanie = - ln0, 5 R 2 C

Uwagi:

Chociaż może wydawać się, że wprowadzenie układu 555 zegara, gdy studenci właśnie kończą studia nad DC, wydaje się przedwczesne, chciałem zapewnić praktyczne zastosowanie obwodów RC, a także algebry w generowaniu użytecznych równań. Jeśli uznasz to pytanie za zbyt zaawansowane dla swojej grupy studenckiej, omiń go.

Nawiasem mówiąc, uprościłem schemat, w którym pokazuję rozładowanie kondensatora: w tym miejscu jest faktycznie inny prąd. Ponieważ nie miało to związku z problemem, pominąłem go. Jednak niektórzy uczniowie mogą być wystarczająco biegli, aby złapać to zaniedbanie, więc pokazuję to tutaj:

Zauważ, że ten drugi prąd (przez baterię) nie zbliża się do kondensatora, a więc nie ma znaczenia dla czasu cyklu rozładowania.

Pytanie 4

Układ scalony typu "555" jest bardzo wszechstronnym układem czasowym, wykorzystywanym w wielu różnych układach elektronicznych do funkcji opóźnienia i funkcji oscylatora. Sercem licznika 555 jest para komparatorów i zatrzask SR:

Różne wejścia i wyjścia tego obwodu są oznaczone w powyższym schemacie, ponieważ często pojawiają się w arkuszach danych ("Thresh" dla progu, "Ctrl" lub "Cont" dla sterowania itp.).

Aby użyć timera 555 jako astabilnego multiwibratora, wystarczy podłączyć go do kondensatora, pary rezystorów i źródła prądu stałego jako takiego:

Gdyby zmierzono przebiegi napięcia w punktach testowych A i B z oscyloskopem o podwójnym śledzeniu, zobaczylibyśmy:

Wyjaśnij, co dzieje się w tym astabilnym obwodzie, gdy wyjście jest "wysokie", a także gdy jest "niskie".

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Gdy wyjście jest wysokie, kondensator ładuje się przez dwa rezystory, a jego napięcie wzrasta. Gdy moc wyjściowa jest niska, kondensator rozładowuje się przez jeden rezystor, prąd przepływa przez terminal "Disch" 555.

Pytanie uzupełniające: algebraicznie manipuluj równaniem dla częstotliwości roboczej obwodu aststrycznego, aby rozwiązać problem R2.

f = 1


(ln2) (R 1 + 2R 2 ) C

Pytanie dotyczące wyzwania: wyjaśnij, dlaczego cykl roboczy na wyjściu tego obwodu jest zawsze większy niż 50%.

Uwagi:

Ta popularna konfiguracja układu scalonego 555 jest warta poświęcenia czasu na analizę i dyskusję ze swoimi uczniami.

Pytanie 5

Ten astable obwód 555 ma potencjometr pozwalający na zmienny cykl pracy:

Gdy dioda znajduje się na swoim miejscu, cykl roboczy fali wyjściowej może być w razie potrzeby ustawiony na mniej niż 50%. Wyjaśnij, dlaczego dioda jest niezbędna dla tej możliwości. Należy również określić, w jaki sposób należy przesunąć suwak potencjometru, aby zmniejszyć cykl roboczy.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dioda pozwala na obejście części rezystancji potencjometru podczas cyklu ładowania kondensatora, umożliwiając (potencjalnie) mniejszą rezystancję w obwodzie ładowania niż w obwodzie rozładowującym.

Aby zmniejszyć cykl pracy, przesuń wycieraczkę w górę (w kierunku nieruchomego rezystora, z dala od kondensatora).

Pytanie dotyczące wyzwania: napisz równanie rozwiązujące dla średniego prądu pobieranego przez obwód czasowy 555 podczas ładowania i rozładowującego kondensator podczas generowania 50% impulsu cyklu roboczego. Załóżmy, że prąd nie pobiera prądu z obwodu, gdy kondensator się rozładowuje, i wykorzystaj to przybliżenie równania "Prawa Ohma" kondensatora do obliczenia średniego prądu przez cykl ładowania:

i = C dv


dt

Prawdziwe "Prawo O hm" dla kondensatora

I avg = C ΔV


Δt

Pojemnościowe prawo h hm "rozwiązuje dla średniego prądu

Uwagi:

To pytanie naprawdę bada koncepcyjne rozumienie przez studentów zegara 555, używanego jako astiwalny multiwibrator (oscylator). Jeśli niektórzy uczniowie po prostu nie są w stanie uchwycić funkcji diody, oświetlaj ich zrozumienie, śledząc ładowanie i rozładowywanie obecnych ścieżek. Kiedy już zrozumieją, w jaki sposób prąd płynie w obu cyklach zegara, powinni oni być w stanie rozpoznać, co dioda robi i dlaczego jest to konieczne.

Pytanie 6

Popularnym zastosowaniem zegara 555 jest monostabilny multiwibrator. W tym trybie 555 będzie generował impuls o ustalonej długości, gdy zostanie wywołany przez impuls wejściowy:

Jak niskie musi być napięcie wyzwalające, aby zainicjować impuls wyjściowy "# 6"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Impuls wyzwalający musi zanurzyć się poniżej 1/3 napięcia zasilania, aby zainicjować sekwencję czasową.

t pulse = 1.1RC

Uwagi:

Poproś uczniów, aby pokazali, w jaki sposób uzyskali matematyczną odpowiedź na podstawie wiedzy na temat ładowania i rozładowania kondensatorów. Wiele podręczników i arkuszy danych dostarcza tego samego równania, ale ważne jest, aby uczniowie mogli sami je wyprowadzić z tego, co już wiedzą o kondensatorach i stałych czasowych RC. Dlaczego to jest ważne? Ponieważ za dziesięć lat nie będą pamiętać tego specjalnego równania, ale prawdopodobnie będą nadal pamiętać ogólne równanie czasowe z czasu spędzonego na uczeniu się w swoich podstawowych kursach prądu stałego (i zastosowaniu go w pracy). Moje motto brzmi: "nigdy nie zapamiętaj, co możesz wymyślić".

Pytanie 7

Sekwencyjny układ czasowy może być zbudowany z wielu kaskad połączonych 555 czasomierzy. Zbadaj ten obwód i ustal, jak to działa:

Czy możesz wymyślić jakieś praktyczne zastosowania dla obwodu takiego jak "# 7"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Każdy cykl liczący 555 jest uruchamiany przez ujemną krawędź impulsu na końcówce wyzwalacza . Pasywna sieć mechanizmu różnicującego pomiędzy każdym z zegarów 555 zapewnia, że ​​tylko krótki, ujemny impuls jest przesyłany do terminala wyzwalającego następnego licznika od terminala wyjściowego przed nim.

Pytanie uzupełniające: czy obwody czasowe są tak kaskadowane, czy ich opóźnienia czasowe są dodawane lub mnożone, aby uzyskać całkowity czas opóźnienia? Pamiętaj, aby wyjaśnić swoje rozumowanie.

Uwagi:

Praktyczne zastosowania obfitują w taki obwód. Jednym z kapryśnych zastosowań jest zasilenie sekwencyjnych żarówek tylnych do samochodu, aby uzyskać ciekawy wizualny efekt skrętu. Do tego właśnie wykorzystano sekwencyjny układ czasowy w niektórych latach (klasycznych) samochodów Ford Cougar. Inne, bardziej utylitarne aplikacje do sekwencyjnych przekaźników czasowych obejmują sekwencje rozruchowe dla różnych systemów elektronicznych, sygnalizacji świetlnej i automatycznych urządzeń gospodarstwa domowego.

Pytanie 8

Przewidzieć, w jaki sposób działanie tego trwałego obwodu czasowego 555 zostanie zakłócone w wyniku następujących błędów. W szczególności, określ, co stanie się z napięciem kondensatora (V C1 ) i napięciem wyjściowym (V out ) dla każdego stanu błędu. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Rezystor R1 nie działa poprawnie:
Mostek lutowniczy (krótki) na rezystorze R 1 :
Rezystor R2 nie działa poprawnie:
• Mostek lutowniczy (krótki) na rezystorze R 2 :
Kondensator C 1 nie jest zwarty:

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

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystor R1 nie działa poprawnie: Napięcie kondensatora utrzymuje się na ostatniej wartości, napięcie wyjściowe utrzymuje się na ostatnią wartość.
Mostek lutowniczy (krótki) na rezystorze R 1 : Timer IC ulegnie uszkodzeniu w pierwszym cyklu rozładowania.
Rezystor R2 nie działa poprawnie: Napięcie kondensatora utrzymuje się na ostatniej wartości, napięcie wyjściowe utrzymuje się na ostatnią wartość.
Mostek lutowniczy (krótki) na rezystorze R 2 : Częstotliwość oscylacji prawie się podwaja, a cykl pracy wzrasta do prawie 100%.
Kondensator C 1 nie jest zwarty: Napięcie kondensatora spada do 0 V DC, napięcie wyjściowe pozostaje "wysokie".

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 9

Obwód ten wykorzystuje obwód scalony "555" do wytworzenia sygnału napięcia prostokątnego o niskiej częstotliwości (widzianego między końcówką "Out" układu scalonego i uziemienia), który służy do włączania i wyłączania pary tranzystorów w celu błyszczenia duża lampa. Przewiduj, w jaki sposób obwód ten zostanie zakłócony w wyniku następujących błędów. Rozważ każdą awarię niezależnie (tj. Pojedynczo, bez wielu błędów):

Tranzystor Q 1 nie działa otwarty (odbiornik-emiter):
Tranzystor Q 2 nie działa otwarty (odbiornik-emiter):
Rezystor R 3 nie działa poprawnie:
Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (kolektor-emiter):

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

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Tranzystor Q 1 nie działa otwarty (kolektor-emiter): lampa pozostaje wyłączona, brak prądu przez dowolny zacisk Q2.
Tranzystor Q 2 nie działa otwarty (kolektor-emiter): lampa pozostaje wyłączona, brak prądu przez dowolny zacisk Q 2, normalny prąd podstawowy przez Q 1, brak prądu przez kolektor Q 1 .
Rezystor R 3 nie działa: lampa pozostaje wyłączona, brak prądu przez którykolwiek z zacisków Q 1 lub Q 2 .
Tranzystor Q 1 nie jest zwarty (kolektor-emiter): lampa pozostaje włączona, pełne "poziomy" prądu przez zaciski Q 1 i Q 2 .

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 10

Co stanie się z działaniem tego astable 555 obwodu czasowego, jeśli rezystor został przypadkowo podłączony między "Control" terminalu i ziemi "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01435x01. png ">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Dodanie rezystora między terminalem sterowania a masą zwiększyłoby częstotliwość obwodu, a także zmniejszyłoby amplitudę od szczytu do wartości szczytowej sygnału fali "piłokształtnej" w kondensatorze zegarowym.

Pytanie uzupełniające: czy dodanie tego rezystora wpływa również na amplitudę sygnału wyjściowego (trzpień 3)? Wyjaśnij dlaczego lub dlaczego nie. Jeśli ma on wpływ na amplitudę, czy zwiększa się lub zmniejsza przy włączonym rezystorze?

Uwagi:

Poproś uczniów, aby wyjaśnili, dlaczego częstotliwość i amplituda zmieniają się w tym obwodzie. Uczeń jest zbyt łatwy, aby po prostu powtórzyć odpowiedź podaną w arkuszu roboczym! Trzymaj swoich uczniów odpowiedzialnych za rozumowanie poprzez działanie takiego obwodu.

Pytanie 11

Student buduje swój pierwszy astability 555 obwód czasowy, przy użyciu układu TLC555CP. Niestety, wydaje się, że ma problem. Czasami wyjście timera po prostu przestaje oscylować bez wyraźnej przyczyny. Jeszcze dziwniejszy jest problem, który pojawia się dokładnie w momencie, gdy ktoś porusza ręką w odległości kilku cali od płytki drukowanej (bez dotykania czegokolwiek!).

Co uczeń mógł zrobić źle w montażu tego obwodu, aby spowodować taki problem? Jakie kroki podejmiesz, aby rozwiązać ten problem?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Nie ujawnię najbardziej prawdopodobnej przyczyny, ale dam ci tę wskazówkę: układ scalony TLC555CP ("chip") wykorzystuje technologię CMOS.

Uwagi:

Każdego roku wydaje mi się, że mam co najmniej jednego ucznia, który doświadcza tego szczególnego problemu, zwykle w wyniku pośpiesznego montażu obwodu (nie wykonując wszystkich niezbędnych połączeń z pinami na chipie). To jest dobre pytanie, aby przeprowadzić burzę mózgów w klasie, badając możliwe przyczyny i metody diagnozy.

Pytanie 12

Zidentyfikuj co najmniej jeden błąd komponentu, który spowodowałby, że końcowe wyjście timera 555 zawsze pozostanie niskie:

Dla każdego zaproponowanego błędu wyjaśnij, dlaczego spowoduje on opisany problem.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystor R 1 nieudany otwarty.
Most lutowniczy obok rezystora R 2 .
Brak zasilania dla 555 układu zegarowego IC.

Uwagi:

Pamiętaj, aby przedyskutować powody, dla których proponowane przez każdego z uczniów błędy w komponentach spowodują, że ostateczna wydajność nigdy nie osiągnie wysokiego poziomu. Możliwości wahają się od oczywistych po niejasne, a ich zbadanie wzmocni zrozumienie przez uczniów 555 jako monostabilnego multiwibratora.

Pytanie 13

Modulacja szerokości impulsu lub PWM jest bardzo popularnym sposobem sterowania mocą do obciążenia elektrycznego, takiego jak żarówka lub silnik prądu stałego. Przy sterowaniu PWM zmienia się cykl pracy sygnału cyfrowego wysokiej częstotliwości (on / off), z efektem zmiennego rozpraszania mocy przy obciążeniu:

Jedną z głównych zalet stosowania PWM do proporcjonowania mocy do obciążenia jest to, że ostatni tranzystor przełączający działa z minimalnym rozpraszaniem ciepła. Gdybyśmy używali tranzystora w jego trybie liniowym ("aktywnym"), rozproszyłby on znacznie więcej ciepła, kontrolując prędkość tego silnika! Poprzez rozpraszanie mniejszej ilości ciepła, obwód zużywa mniej energii.

Wyjaśnij, dlaczego tranzystor mocy w tym obwodzie działa chłodniej podczas buforowania sygnału PWM z timera 555, a nie wtedy, gdy pracował w trybie liniowym. Określ również, w którym kierunku należy przesunąć suwak potencjometru, aby zwiększyć prędkość silnika.

Pytanie dotyczące wyzwania: przypuśćmy, że potrzebujemy kontrolować moc silnika prądu stałego, gdy napięcie robocze silnika znacznie przekracza wartość napięcia roboczego licznika 555. Oczywiście potrzebujemy oddzielnego zasilania silnika, ale jak bezpiecznie połączyć wyjście 555 z tranzystorem mocy, aby kontrolować prędkość silnika "# 13"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę ci znaleźć odpowiedź na pytanie, dlaczego PWM jest bardziej energooszczędnym sposobem kontrolowania mocy obciążenia. To bardzo ważna koncepcja w energoelektronice!

Aby zwiększyć prędkość silnika, przesuń suwak potencjometru w górę (jak pokazano na schemacie).

Oto jedno możliwe rozwiązanie problemu połączenia timera 555 z silnikiem prądu stałego wysokiego napięcia:

Uwagi:

Istnieje wiele dostępnych publikacji na temat kontroli mocy PWM i jej zalet w porównaniu z liniową kontrolą mocy. Twoi uczniowie nie powinni mieć trudności ze znalezieniem go na własną rękę!

Przedyskutuj z nimi proponowane rozwiązanie problemu z silnikiem wysokiego napięcia. Jakie / jakie są cele / które przekaźnik półprzewodnikowy obsługuje "panel kontrolny panelu roboczego" domyślnie "itemscope"

Pytanie 14

Powszechnie uważa się, że kondensator jest podłączony między zaciskiem "Control" a masą w obwodach czasowych 555, zwłaszcza gdy ważne jest dokładne ustawienie czasu.

Wyjaśnij, do czego służy kondensator C 2 w tym obwodzie.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

C 2 działa jako kondensator odsprzęgający, aby pomóc ustabilizować próg i wywołać napięcia odniesienia wewnątrz 555.

Pytanie dotyczące wyzwania: jakie parametry operacyjne obwodu określają wymaganą wartość pojemności C 2 "uwagi ukryte"> Uwagi:

Rozdzielenie pinów zasilania na chipie jest ważne, ale tutaj uczniowie dostrzegają inną odmianę rozłączenia. Jeśli pozwala na to czas, przeprowadź próbny problem z kondensatorem kondensatorów ucznia C 2, biorąc pod uwagę pewną częstotliwość roboczą obwodu astabilnego. Uwaga: to da ci kolejną możliwość użycia Twierdzenia Thévenina. . .

Pytanie 15

Specjalne układy scalone zwane elementami opóźniającymi lub bramkami opóźniającymi są produkowane w celu zapewnienia nanosekundowych celowych opóźnień czasowych w obwodach cyfrowych. Zidentyfikuj numer części takiego układu scalonego, sprawdź jego arkusz danych i opisz aplikację, która może być potrzebna.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeden numer części do badań to 74LS31. Takie elementy opóźniające mogą być wykorzystane do zapewnienia wystarczających czasów konfiguracji i / lub czasu podtrzymania dla sygnałów wprowadzanych przez flip-flop.

Uwagi:

Porozmawiaj ze swoimi studentami, dlaczego takie urządzenia istnieją, w świetle istnienia 555 minutników. Dlaczego nie można użyć timera 555 w tym samym celu co 74LS31?

Pytanie 16

Ważnym pomiarem przebiegów impulsowych jest cykl pracy . Podaj dokładny. definicja matematyczna dla tego terminu.

Napisz także rozwiązanie równania dla szerokości impulsu przy danym cyklu pracy (D) i częstotliwości (f).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Cykl roboczy" jest miarą przebiegu impulsowego w czasie w stosunku do jego całkowitego czasu (okresu):

D = t na


t ogółem

Pozwolę ci wymyślić, jak napisać rozwiązanie równania dla szerokości impulsu (t on ) w zakresie cyklu pracy i częstotliwości.

Uwagi:

Cykl roboczy jest bardzo ważną koncepcją, ponieważ informacje analogowe mogą być przenoszone przez zmienny cykl roboczy w przeciwnym razie cyfrowy przebieg impulsowy. Przedyskutuj tę aplikację ze swoimi uczniami, jeśli pozwala na to czas.

Pytanie 17

Zbadaj "pinout" dla układu scalonego z zegarem 555, w 8-pinowym pakiecie DIP. Następnie oznacz szpilki w sposób pokazany na tym rysunku:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie jest prostym ćwiczeniem w badaniu arkusza danych komponentów.

Pytanie 18

Napisz równania dla czasów ładowania i rozładowania kondensatora, biorąc pod uwagę wartości R 1, R 2 i C w obwodzie tego projektu:

Oprzyj swoje równania na ogólnych zasadach dotyczących obwodów stałej czasowej RC. Nie kopiuj tylko ukończonych równań z podręcznika! Załóżmy, że tranzystor rozładowania 555 jest idealnym przełącznikiem po włączeniu (spadek 0 woltów). Należy zauważyć, że napięcie zasilania jest nieistotne dla tych obliczeń, o ile pozostaje ono stałe podczas cyklu ładowania.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

t ładunek = - ln0, 5 (R 1 + R 2 ) C

t wyładowanie = - ln0, 5 R 2 C

Pytania uzupełniające: zapisz równanie dla częstotliwości obwodu, podając wartości R 1, R 2 i C. Następnie wpisz kolejne równanie dla cyklu roboczego obwodu.

Uwagi:

Poproś uczniów, aby pokazali, w jaki sposób uzyskali matematyczną odpowiedź na podstawie wiedzy na temat ładowania i rozładowania kondensatorów. Wiele podręczników i arkuszy danych dostarcza tego samego równania, ale ważne jest, aby uczniowie mogli sami je wyprowadzić z tego, co już wiedzą o kondensatorach i stałych czasowych RC. Dlaczego to ważne "meta-tagi ukryte-wydrukuj">

Powiązane narzędzia:

Kalkulator zamiany momentu obrotowego Kalkulator dzielnika mocy N-Way Microstrip Kalkulator długości fali

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →