(别闲坐着!)构建的东西! ! |
学习数学地分析电路需要很多研究和实践。通常,学生通过通过大量的样本问题进行练习,并针对教科书或教师提供的人的答案。虽然这很好,但有更好的方法。
你会学到更多构建和分析真实电路,让你的测试设备提供“答案”,而不是书或其他人。要想成功地建立回路,请遵循以下步骤:
除非您想要挑战您的电路设计技能,否则避免使用型号741 OP-AMP。有更多的多功能运算放大器模型,初级可用于初学者。我推荐用于直流和低频的LM324交流电路,以及涉及音频或更高频率的交流项目的TL082。
像往常一样,避免非常高和非常低的电阻值,避免仪表“负载”引起的测量误差。我建议电阻值在1 k ω和100 k ω之间。
节省时间和减少错误可能性的一种方法是,从一个非常简单的电路开始,在每次分析后逐渐增加元件以增加其复杂性,而不是针对每个实践问题建立一个全新的电路。另一种节省时间的技术是在不同的电路配置中重复使用相同的元件。这样,您就不必多次测量任何组件的值。
让电子自己给你“练习问题”的答案吧!
我的经验是,学生需要大量的电路分析练习才能精通。为此,教师通常会给学生提供大量的习题让他们解决,并提供答案让学生检查他们的作业。虽然这种方法能使学生熟练掌握电路理论,但不能充分教育他们。
学生不仅需要数学实践。他们还需要真实,实践的实践建筑电路和使用测试设备。所以,我建议以下替代办法:学生应该构建他们自己的“实践问题”用真实的组件,并尝试用数学方法预测各种电压和电流的值。通过这种方式,数学理论“活跃起来”,学生们可以获得实际的熟练程度,而这是仅仅通过解方程无法获得的。
采用这种方法的另一个原因是为了教育学生科学的方法:通过进行真实的实验来验证假设(在本例中是数学预测)的过程。学生也将发展真正的故障排除技能,因为他们偶尔会犯电路结构错误。
在他们开始之前,用你的课程花一些时间来审查建设电路的一些“规则”。与您的学生以相同的古典方式讨论这些问题,您通常会讨论工作表的问题,而不是简单地告诉他们他们应该和不应该这样做。在典型的讲座(讲师独白)格式呈现时,我从未停止过糟糕的学生掌握指示!
对于那些抱怨“浪费”时间让学生构建真实电路而不是用数学方法分析理论电路的老师们,有一点需要注意:
学生参加课程的目的是什么?
如果您的学生将使用真实的电路,那么他们应该尽可能地学习真实的电路。如果你的目标是培养理论物理学家,那么务必坚持抽象分析!但我们大多数人都计划让我们的学生在现实世界中用我们提供的教育去做一些事情。beplay网页版本当他们把自己的知识应用到实际问题时,花在建造真正电路上的“浪费”时间将会带来巨大的回报。
此外,让学生构建自己的练习问题,教他们如何执行主要研究,从而使他们能够自主地继续他们的电气/电子教育。beplay网页版本
在大多数科学中,实际实验要比电路实验困难得多,费用也贵得多。核物理、生物、地质和化学教授们都希望他们的学生能够把高等数学应用到真正的实验中,这样做既不会造成安全隐患,而且花费也比教科书少。他们不能,但你可以。利用科学中固有的便利,然后让你的学生在真正的电路上练习他们的数学!
这是一个非常常见的运放振荡器电路,技术上的松弛类型:
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解释该电路如何工作,以及将在点A和B点测量的波形。务必参考RC时间常数在你的解释。
你将在a点测量锯齿状波形,在B点测量方波。
挑战问题:根据你对RC时间常数电路的了解,解释一下你可能如何计算这种电路的频率。为了简单起见,假设opamp可以实现轨对轨输出。
这种电路最好通过构建和测试来理解。如果你使用大的电容值和/或在电容的电流路径中的大值电阻,振荡将会非常慢,以至于可以用电压表而不是示波器来分析。
假设该电路中的比较器仅能够将其输出“摆动”在其电源轨电压的1伏内。根据所示的电阻值计算上限和下阈值电压:
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V.犹他州= VLT=
一个用来解释和对比消极反馈和积极反馈的类比是,放置在山顶或山谷中的圆形石头:
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在每一种情况下,石头的稳定性代表了一种特定类型的电反馈系统的稳定性。这些场景中哪些代表了消极反馈,哪些代表了积极反馈,为什么?
山谷代表负反馈,山丘代表正反馈。
我发现这个简单的类比在向学生解释反馈系统时最有帮助,因为每个系统的行为都是直观的。
学生打算将TL082 Opamp作为电压跟随器连接,“遵循”电位计产生的电压,但在面包板布线中造成错误:
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画出这个故障电路的原理图,并确定电压表的指示将是什么,解释为什么会这样。
电路原理图,连线时:
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输出电压将饱和在大约11伏,或-11伏,电位器的影响很小或没有影响。
请您的学生描述在这个电路中所展示的反馈类型。这种类型的反馈如何影响运算放大器的行为?是否可能使运放作为电压跟随器,像这样连接?
确定比较器电路的“跳闸”电压:运算放大器输出状态由完全正变为完全负或反之的输入电压值:
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现在,如果输出通过电阻送回非变换输入,您会出现何种内容?你只回答必须是定性的,而不是量化:
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供你参考,这种电路配置通常被称为a施密特触发器。
如果没有反馈电阻,“跳闸”电压将是9.21伏。随着反馈电阻到位,“跳闸”电压将根据opamp的输出状态变化!
后续问题:请描述“跳闸”电压值的变化对比较器电路的运行有什么影响。
施密特触发电路非常受欢迎,因为它们能够在有噪声的输入信号下“干净地”改变状态。在这道题中,我故意避免用数值计算,这样学生就可以把注意力集中在概念积极反馈以及它如何影响该电路。
在该电路中,比较器用作高风速报警,当风速超过预先设定的报警点时,就会触发音频声音:
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该电路能很好地对高风速进行报警,但当风速接近阈值时,每一阵阵风都会使警报短暂地响一声,然后再次关闭。那么,让警报以设定的风速响起会更好吗呆在直到风速降至一个较低的阈值以下(例如:警报为60km /h,重置为50km /h)。
一位经验丰富的电子技术人员决定通过增加两个电阻来增加电路的功能:
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解释为什么这种电路改变可以解决问题。
添加的电阻器提供积极的反馈致运放电路出现磁滞。
挑战性问题:假设您希望增加上限和下限警报阈值之间的差距。你需要改变什么电阻器值来完成这个调整?
在Opamp电路中的正反馈的实用例证。这里有很多东西可以在这里讨论,即使超出了积极反馈的直接背景。占据振荡器电路和开/关控制晶体管。若要审查,请您的学生解释这两种电路部分的功能。
假设该电路中的比较器能够从轨到轨完全“摆动”其输出。根据所示的电阻值计算上限和下阈值电压:
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V.犹他州= VLT=
V.犹他州= 8伏特
V.LT= -8伏特
挑战问题:您如何建议我们如何改变电路,以便分别给出6伏和-6伏的阈值电压?
请您的学生解释术语“上阈值”和“下阈值”对于这样的电路输入电压的意义。
假设该电路中的比较器仅能够将其输出“摆动”在其电源轨电压的1伏内。根据所示的电阻值计算上限和下阈值电压:
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V.犹他州= VLT=
V.犹他州= 4.087伏特
V.LT= -4.087伏
由于许多opamp和比较器不能实现轨到轨的输出波动,这个问题是相当现实的。
假设该电路中的比较器仅能够将其输出“摆动”在其电源轨电压的1伏内。根据所示的电阻值计算上限和下阈值电压:
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V.犹他州= VLT=
V.犹他州= 10.29伏特
V.LT= -10.29伏
挑战问题:你会建议我们如何改变电路,使其阈值电压集中在某个电压值附近,而不是零?
由于许多opamp和比较器不能实现轨到轨的输出波动,这个问题是相当现实的。
具有积极反馈的比较器有时被称为施密特触发器。假设你正在建造的电路需要施密特触发器,但没有更多的集成电路比较器或运放来使用。你所能得到的都是分立的组件。有没有办法你可以想到修改以下的离散晶体管差动对,使其表现为施密特触发器?
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请您的学生确定此Schmitt触发电路是否反转或非反相。让他们逐步解释他们的推理。
作者保罗·霍洛维茨和温菲尔德·希尔在他们的书中写道
电子艺术说,说q1的集电极电阻必须大于Q2最终的集电极电阻使该电路正常工作(第232页,第二版)。
积极的或再生反馈是所有振荡器电路的基本特性。那么,为什么利用正反馈的比较器电路不会振荡呢?相比振荡,具有正反馈的比较器电路的输出简单地饱和到两个轨电压值中的一个。解释这一点。
振荡器电路中使用的正反馈总是相移360度O.而比较器电路中使用的正反馈完全没有相移,是直接耦合的。
这是一个具有挑战性的问题,可能并不适合所有的学生。基本上,我想让学生们仔细思考正反馈在比较电路和振荡器电路中的性质。仅仅记住“正反馈引起振荡”概念的学生,将不能理解问题的实质,更不能理解给出的答案。
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