Сигнална модулация

Плохой сигнал. На кого ссылался Солженицын? (Юли 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Сигнална модулация

Дискретни полупроводникови устройства и вериги


Въпрос 1

Съвременният метод за управление на електрическото захранване включва вграждането на бързодействащ прекъсвач в електрическо натоварване, за да се включи и изключи захранването много бързо с течение на времето. Обикновено се използва устройство в твърдо състояние, като например транзистор :

Тази схема е много опростена от тази на истинска верига за управление на пулса. Само транзисторът е показан (а не веригата "импулс", която е необходима, за да може тя да се включи и изключи) за простота. Всичко, което трябва да знаете, е фактът, че транзисторът работи като прост, еднополюсен, еднополюсен ключ (SPST), с изключение на това, че той се управлява от електрически ток, а не от механична сила, и че е в състояние да се включва и изключва милиони пъти в секунда без износване или умора.

Ако транзисторът се задейства и изключи достатъчно бързо, мощността на крушката може да се променя толкова гладко, сякаш се управлява от променлив резистор. Въпреки това, има много малко енергия, когато се използва транзистор с бързо превключване за управление на електрическата енергия, за разлика от това, когато се използва променливо съпротивление за същата задача. Този режим на управление на електрическата мощност обикновено се нарича Пулсова ширина модулация или PWM .

Обяснете защо контролът на мощността на PWM е много по-ефективен от контрола на мощността на натоварването чрез използване на серийно съпротивление.

Открий отговор Открий отговора

Когато транзисторът е включен, той действа като затворен ключ: преминавайки ток на пълно натоварване, но пада малко напрежение. По този начин разсейването на мощността му ("P" IE) е минимално. Обратно, когато транзисторът е изключен, той действа като отворен превключвател: не преминава през ток изобщо. По този начин нейното "ИЗКЛЮЧЕНО" разсейване на мощност (P = IE) е нула. Мощността, която се разсейва от товара (електрическата крушка), е средната времева мощност, разсеяна между транзисторните цикли "ВКЛ." И "ИЗКЛ.". По този начин мощността на натоварване се контролира без да се "губи" мощта на устройството за управление.

Забележки:

Студентите може да имат трудно да разберат как една крушка може да бъде затъмнена, като я включите и изключите много бързо. Ключът към разбирането на тази концепция е да се разбере, че времето за превключване на транзистора трябва да бъде много по-бързо от времето, необходимо на нажежаемата жичка на електрическата крушка да се нагрее или напълно да се охлади. Ситуацията е аналогична на намаляването на скоростта на автомобила чрез бързо "изпомпване" на педала за газта. Ако се направи бавно, резултатът е различна скорост на автомобила. Ако обаче бъде направено достатъчно бързо, масата на автомобила осреднява цикъла "ON" / "OFF" на педала и води до почти постоянна скорост.

Тази техника е много популярна в управлението на индустриалната мощност и набира популярност като техника за аудио усилване (известна като клас D ). Предимствата на минималната загуба на мощност от устройството за управление са много.

Въпрос 2

Обяснете разликата между AM ( амплитудна модулация ) и FM ( честотна модулация ).

Открий отговор Открий отговора

Това е лесен въпрос, за да намерите отговора. Ще ви оставя работата!

Забележки:

Помолете учениците си да обяснят кой тип модулация ще използва веригата им на предавателя и какви предимства може да има един тип модулация над другия.

Въпрос 3

Много важна концепция в електрониката е модулацията . Обяснете какво означава "модулация" и дайте един или два примера за нея.

Открий отговор Открий отговора

Модулацията е акт на впечатляване на информация върху иначе безличен поток от материя или енергия, обикновено в името на съобщаването на тази информация на голямо разстояние. Радиото е много често срещан пример за модулация, но ще ви позволя да научите още няколко неща сами!

Забележки:

Има много примери за модулация, които студентите могат да намерят за презентация, а не всички от тях са електронни. Предизвикайте ги да мислят за сценарии, различни от съвременните схеми за електронна и / или оптична комуникация, където се използва някаква модулация.

Въпрос 4

Една примитивна форма на комуникация отдавна беше използването на сигнали за дим : прекъсване на нарастващия поток от дим от огън чрез размахване на одеяло върху него, така че специфични поредици от димни "пуфове" може да се видят на известно разстояние далеч. Обяснете как това е пример за модулация, макар и в неелектронна форма.

Открий отговор Открий отговора

Модулацията е впечатлението за информация върху иначе безличен поток от материя или енергия. В този случай модулацията на димния поток от движенията на одеалата трябва да е по-скоро очевидна.

Забележки:

Важно е студентите да разберат, че модулацията не се ограничава само до електронните медии. По-странни примери от това може да бъдат цитирани като доказателство. Веднъж разговарях с инженер, специализиран в измерването на вибрациите, който ми разказа за много странно прилагане на модулация за предаване на данни. Той работи върху дизайна на датчик за вибрации, който ще бъде вграден в главата на сондаж за нефтени сондажи. Този сензор е трябвало да предаде информация на повърхността, на хиляди метра нагоре, но не можеше да използва радио или други "нормални" носители на данни поради разстоянията и тежката среда. Решението, взето на този уникален проблем, е да се активира сензорът с клапан на главата на сондажа, който да модулира потока на кал от сондаж до повърхността: страничен продукт от процеса на сондаж, който трябва да се изпомпва до повърхността така или иначе. Чрез пулсиране на нормално устойчивия поток на кал, цифровите данни могат да се предават на сензорите за налягане на повърхността и след това да се преобразуват в двоични данни за компютър, за да се архивират и превеждат. Разбира се, скоростта на бита е много бавна, но системата работи.

Приложение като това показва колко е важно студентите да имат творчество. Наистина интересните проблеми в живота не водят до "изпитани и истински" решения, но могат да бъдат преодолени само чрез упражняване на творчество и умения. Направете всичко, което можете, за да изложите учениците си на такова творческо мислене в своята дисциплина, и това ще им помогне да станат решаващи за проблемите утре!

Въпрос 5

Един от най-простите електронни методи на модулация е амплитудна модулация, или AM . Обяснете как високочестотния носещ сигнал ще бъде модулиран от сигнал с по-ниска честота, като например в случая на двата сигнала, показани тук във времевия домейн:

Открий отговор Открий отговора

Забележки:

Не очаквам, че студентите ще могат точно да скицират модулираната форма на вълната, особено когато периодът на превозвача е толкова кратък. Те обаче трябва да могат да изразят общата идея за амплитудна модулация под някаква форма на рисунка или скица и това ми е интересно да видя от тях в отговор на този въпрос.

Въпрос 6

Верига, често използвана за амплитуда-модулиране на носещия сигнал, е мултипликатор :

Обяснете как моментното умножение на две синусоида води до амплитудна модулация. Ако е възможно, го графикирайте в графичен калкулатор или друго устройство за графично изобразяване.

Открий отговор Открий отговора

Ще ви оставя да разберете това сами!

Забележки:

Мултипликационните схеми са доста полезни, а не само за амплитудна модулация. Фактът, че те могат да бъдат използвани като амплитудни модулатори, обаче, е концепция, която някои ученици трудно могат да разберат. Една илюстрация, която може да изчисти нещата, е регулируем делител на напрежението (тъй като умножението и разделянето са много тясно свързани):

Сега такава схема на потенциометър би била напълно непрактична за всяка модулираща честота на сигнала, измерена в Hertz, тъй като потенциометърът би изчезнал много бързо от цялото движение. Това е принципът на модулирано напрежение, че тази верига помага да се комуникира. Мултипликационните вериги правят едно и също нещо, като умножават амплитудата на носещия сигнал, а не го разделят.

Въпрос 7

Общата техника на модулация, използвана при радиоразпръскването, е честотната модулация или FM . Обяснете как високочестотния носещ сигнал ще бъде модулиран от сигнал с по-ниска честота, като например в случая на двата сигнала, показани тук във времевия домейн:

Открий отговор Открий отговора

Забележки:

Не очаквам, че студентите ще могат точно да скицират модулираната форма на вълната, особено когато периодът на превозвача е толкова кратък. Те обаче трябва да могат да изразят общата идея за честотна модулация под някаква форма на рисунка или скица и това е всичко, което ме интересува да видя от тях в отговор на този въпрос.

Въпрос 8

В сърцето на FM предавателя е верига, наречена осцилатор, контролиран от напрежението, или VCO . Обяснете каква е целта на VCO и как това пряко се отнася до честотната модулация.

Открий отговор Открий отговора

А VCO генерира AC изходен сигнал, чиято честота е пропорционална на външно захранващо входно напрежение.

Забележки:

Обърнете внимание на вашите ученици, че VCO схемите не се използват само за FM радио предаване. Те са от съществено значение и за функцията на фазово заключени контури .

Въпрос 9

Това е схематично за много прост VCO:

Осцилаторът е с дизайн "Colpitts". Ключът към разбирането на работата на тази схема е да разберем как диодът varactor отговаря на различни количества напрежение DC пристрастия. Обяснете как работи тази схема, особено как диодът упражнява контрол върху честотата на трептене. Защо изходната честота варира, тъй като напрежението на управление варира "# 9"> Откриване на отговор Скриване на отговор

Тъй като напрежението в varactor диод се променя, неговия капацитет се променя.

Честотата на изхода се увеличава, тъй като регулиращото напрежение става по-положително.

Забележки:

Този въпрос е добър преглед на varactor диод функция, както и честота модулация теория.

Въпрос 10

Това е схематично за прост VCO:

Осцилаторът е с дизайн "фазово изместване" на RC. Обяснете как работи тази схема. Защо изходната честота се променя, тъй като напрежението на управление варира "# 10"> Откриване на отговор Скриване на отговор

За да разберете как функционират JFETs в този VCO дизайн, внимателно проверете регионите "насищане" на характеристиките на JFET. Имайте предвид, че тези региони се появяват като секции с почти права линия. Това показва нещо за поведението на наситен JFET, който се използва в тази схема VCO.

Изходната честота намалява, тъй като контролното напрежение става по-положително.

Забележки:

Не само този въпрос позволява на студентите да проучат работата на VCO, но също така дава добър преглед на теорията на JFET, както и практически пример за специална заявка за транзистори с полеви ефекти.

Забележка: схематичната схема за тази верига е получена от тази, намерена на страница 997 на Джон Маркъс "

, първо издание. Очевидно е, че дизайнът произхожда от публикация на Motorola за използване на транзистори с полеви ефект ("Нискочестотни приложения на полеви транзистори", AN-511, 1971).

Въпрос 11

FM има тенденция да бъде далеч по-устойчив на шума средство за модулация на сигнала, отколкото AM. Например, "пукащата" форма на радиосмущения, причинена от естествена светкавица или шумове от шума, генерирани от високоволтови електропроводи, са лесни за слушане на AM радио, но липсват на FM радио. Обясни защо.

Открий отговор Открий отговора

Радиосмущенията се проявяват като допълнителни върхове на "плика" на модулирана носител вълна. АМ приемането се основава на извличането на този плик от модулирания носител и AM приемниците ще "вдигнат" нежелан шум. FM приемането се основава на извличането на информация от промените в честотата, която до голяма степен не се влияе от шума.

Забележки:

Помолете учениците да обяснят този принцип със собствените си думи, а не само да повтарят дадения отговор.

Въпрос 12

Когато предавате аудио информация (като например музика и реч) под формата на радиовълни, защо се притеснявате да модулирате високочестотен носещ сигнал? Защо не просто да свържете мощен аудио усилвател направо към антена и да излъчвате аудио честотите директно?

Открий отговор Открий отговора

Има няколко причини, поради които не бихте искали да се опитвате да излъчвате електромагнитни (радио) вълни при аудио честоти. Някои от най-важните са изброени тук:

Необходимият размер на антената.
Ниска ефективност на предаване от неспособността да се съчетае дължината на антената с (променящата се) аудио честота.
Интерференция от други (сходни) радиопредаватели.

Бъдете готови да обясните защо всеки един от тези фактори ефективно забранява радиопредаванията при аудио честоти.

Забележки:

Целта на този въпрос е студентите да свържат разбирането си за основната теория на RF и антената с много практичен проблем, свързан с излъчването на нискочестотна (в този случай аудио) информация. Едно забавно упражнение, свързано с този въпрос, е да се изчислят необходимите физически величини на четвърт вълна (((λ) / 4)) антена с честота 2 kHz, като се има предвид, че λ = v / f и v ≈ 3 × 10 8 метра в секунда.

Въпрос 13

Представете как ще се повлияе изходната честота на този верига с контролиран напрежение (VCO) в резултат на следните неизправности. Помислете за всяка грешка независимо (т.е. една по една, без многократни грешки):

Кондензаторът C 1 не работи отворен:
Индуктор L 1 не работи отворен:
Резисторът R 1 не работи отворен:
Резисторът R 2 не работи отворен:
Индуктор L 2 не е частично скъсен:

За всяко от тези условия обяснете защо ще настъпят последиците. Забележка: зависимото от напрежението капацитет на диод варактор е дадено от следното уравнение:

Cj = C o



2V + 1

Където,

C J = капацитет на свързване

C o = капацитет на свързване без приложено напрежение

V = Приложено напрежение на обратното кръстовище

Открий отговор Открий отговора

Кондензаторът C 1 не се отваря: увеличава честотата на изхода.
Индуктор L 1 не се отваря: честотата на изход намалява.
Резисторът R 1 не работи отворен: Изходящата честота намалява.
Резисторът R 2 не се отваря: увеличава се честотата на изхода.
Индуктор L 2 отказва частично късо: увеличава честотата на изхода.

Забележки:

Целта на този въпрос е да се доближим до сферата на отстраняване на неизправности от гледна точка на това да разберем какво е повредата, а не само да разберем какви са симптомите. Въпреки че това не е непременно реалистична перспектива, тя помага на учениците да изградят необходимите основополагащи знания за диагностициране на нарушена верига от емпирични данни. Въпроси като това трябва да бъдат следвани (в крайна сметка) от други въпроси, които изискват от учениците да идентифицират вероятните грешки въз основа на измервания.

Въпрос 14

Определете работния цикъл на този квадратен сигнал:

Открий отговор Открий отговора

Работен цикъл ≈ 10%

Забележки:

Този въпрос предизвиква учениците да приложат знанията си за цикъла на митото в сценарий на измерване.

Въпрос 15

Определете работния цикъл на този квадратен сигнал:

Открий отговор Открий отговора

Работен цикъл ≈ 80%

Забележки:

Този въпрос предизвиква учениците да приложат знанията си за цикъла на митото в сценарий на измерване.

Въпрос 16

Съпротивителното натоварване с постоянен ток получава мощност от модулацията на импулса (PWM) от веригата на контролера, а осцилоскопът показва напрежението на натоварването като такова:

Изчислете работния цикъл на тази форма на вълната, както и средната мощност, разсеяна от товара, която предполага съпротивление на натоварване от 1, 8 Ω.

Открий отговор Открий отговора

Задължителен цикъл ≈ 12, 5%

P средно ≈ 250 W

Следващ въпрос: кои параметри за настройка на осцилоскопа (вертикална чувствителност, съотношение на сонда, съединител и времева база) са необходими за извършване на тези изчисления "бележки скрити"> Забележки:

Изчисляването на работния цикъл трябва да е лесно. Изчисляването на разсейването на мощността на натоварването изисква известна мисъл. Ако вашите ученици не знаят как да изчислят средната мощност, предлагат този мислен експеримент: изчисляване на разсейването на мощността при 0% цикъл на работа, при 100% работен цикъл и при 50% работен цикъл. Връзката между работния цикъл и разсейването на средната мощност е по-скоро интуитивна, ако се вземат предвид тези условия.

Ако е необходим по-строг подход за задоволяване на запитванията на студентите, може да пожелаете да помислите за друг експеримент: да изчислите енергията (в единици джаули), доставена на товара с 50% работен цикъл, припомняйки, че Watts се равнява на джаули в секунда. Средната мощност след това се изчислява чрез разделяне на джаулите на секунди за период от един или повече цикли на цялата вълнова форма. От това, линейната връзка между работния цикъл и разсейването на средната мощност трябва да е ясна.

Въпрос 17

Съпротивителното натоварване с постоянен ток получава мощност от модулацията на импулса (PWM) от веригата на контролера, а осцилоскопът показва напрежението на натоварването като такова:

Изчислете работния цикъл на тази форма на вълната, както и средната мощност, разсеяна от товара, която предполага съпротивление на натоварване от 10, 3 Ω.

Открий отговор Открий отговора

Задължителен цикъл ≈ 58.3%

P средно ≈ 80 W

Следващ въпрос: кои параметри за настройка на осцилоскопа (вертикална чувствителност, съотношение на сонда, съединител и времева база) са необходими за извършване на тези изчисления "бележки скрити"> Забележки:

Изчисляването на работния цикъл трябва да е лесно. Изчисляването на разсейването на мощността на натоварването изисква известна мисъл. Ако вашите ученици не знаят как да изчислят средната мощност, предлагат този мислен експеримент: изчисляване на разсейването на мощността при 0% цикъл на работа, при 100% работен цикъл и при 50% работен цикъл. Връзката между работния цикъл и разсейването на средната мощност е по-скоро интуитивна, ако се вземат предвид тези условия.

Ако е необходим по-строг подход за задоволяване на запитванията на студентите, може да пожелаете да помислите за друг експеримент: да изчислите енергията (в единици джаули), доставена на товара с 50% работен цикъл, припомняйки, че Watts се равнява на джаули в секунда. Средната мощност след това се изчислява чрез разделяне на джаулите на секунди за период от един или повече цикли на цялата вълнова форма. От това, линейната връзка между работния цикъл и разсейването на средната мощност трябва да е ясна.

Въпрос 18

Осцилационната схема в тази диаграма генерира квадратна вълна с регулируем работен цикъл:

Студент желае да използва тази схема като основа за регулатор на мощността с пулсова ширина (PWM), за да измести количеството на мощността, доставена на товара с постоянен ток. Тъй като схемата на осцилатора е конструирана така, че да произвежда слаби сигнали и да не доставя енергия директно на товар, студентът добавя мощно MOSFET за превключване на тежки натоварващи токове:

Коригирайте работния цикъл на изходния сигнал на осцилатора с мощност на двигателя. С други думи, опишете как нарастването и намаляването на цикъла на работа на сигнала влияят върху количеството мощност, доставяна на електрическия мотор.

Открий отговор Открий отговора

Колкото по-голям е работният цикъл, толкова повече мощност се доставя на мотора.

Следващ въпрос: как да препоръчате подходяща честота на осцилатора да бъде определена за тази верига за управление на двигателя "бележки скрити"> Забележки:

Като преглед, помолете учениците си да идентифицират какъв тип MOSFET това е (вид канал и режим на изчерпване или подобрение) и каква трябва да е амплитудата на подходящия осцилаторен сигнал, за да управлявате MOSFET последователно между прекъсване и насищане.

Въпрос 19

Обяснете защо е важно крайният захранващ транзистор (и) в веригата за управление на мощността на PWM да работи при пълна изключвателна и пълна наситеност, а не в линеен (активен) режим между тези две крайности. Какво може да се случи, ако мощният транзистор (и) трябва да бъде по-малък от прекъсване или по-малко от наситен при пренос на товарния ток?

Открий отговор Открий отговора

Транзисторното разсейване на мощността ще се увеличи, ако се работи в "линейната" гама от работа, вместо да бъде напълно отрязано или наситено. Това намалява експлоатационния му живот, както и енергийната ефективност на веригата.

Забележки:

Прегледайте с учениците какво означава транзисторът да е в "прекъсване" или в "насищане", ако не е запознат с тези термини или ако е бил известно време, откакто са проучили това. Ясното разбиране на тази концепция е от решаващо значение за тяхната способност да разберат ефективността на контрола на силата на PWM.

Въпрос 20

Ако се подаде сигнал за модулация с широчина на импулса (PWM) към верига на пасивен интегратор от верига, способна както за източник на захранване, така и за потъващ ток (какъвто е случаят с етапа на изход с двойна MOSFET), изходът ще бъде DC напрежение някои пулсации):

Определете връзката между работния цикъл на сигнала на PWM и изхода на DC напрежението от интегратора. Какво означава това за PWM като средство за предаване на информация, като аналогови данни от измерващо устройство "# 20"> Откриване на отговор Скриване на отговор

Съществува пряка пропорционална връзка между работния цикъл и изходното напрежение DC в тази схема, което дава възможност за PWM сигнал да представлява аналогови данни.

Следващ въпрос # 1: защо е важно веригата, генерираща PWM сигнал за интегратора да бъде в състояние да източник и мивка ток?

Следващ въпрос № 2: какво би трябвало да се направи, за да се намали напрежението на вълната при изхода на интегратора?

Забележки:

Въпреки че не би било трудно за учениците да разберат връзката между работния цикъл и изходното напрежение DC, прилагането на тази връзка към комуникацията с данни може да бъде трудно за някои ученици да схванат, особено сами по себе си. Може да е необходимо допълнително разяснение от ваша страна.

Отличен пример за този принцип, който се прилага, е генерирането на аналогово напрежение чрез 1-битова цифрова схема. Тази техника е полезна в микроконтролерните системи, където изходните портове може да са оскъдни, при условие, че пулсациите (или бавната реакция) не са проблем.

Въпрос 21

Начертайте какво би изглеждал честотния спектър за чиста (ненарушена) 1 MHz синусова вълна:

Открий отговор Открий отговора

Забележки:

Този въпрос изследва знанията на учениците за честотните спектри и логаритмичните везни. Обърнете внимание, че при чисто синусоидална вълна има само един пик на честотния спектър.

Въпрос 22

Определете честотния спектър за високочестотен синусоиден "носещ" сигнал, който е амплитудно-модулиран (АМ) чрез звуков сигнал на синусоидална вълна, както е показано на следната блокова схема:

Спектрите за тези съответни вълни са показани поотделно:

Начертайте модулирания спектър на сигнала тук:

Открий отговор Открий отговора

Последващ въпрос: ако модулиращият (аудио) сигналът е увеличен по честота, какво би означавало спектърът на страничната лента да "отбелязва скритите"> Бележки:

Целта на този въпрос е да накараме учениците да разпознаят откъде идват sidebands и как те се отнасят към честотния спектър на амплитудномодулираната носеща вълна.

В случай, че някой поиска, симетричното позициониране на страничните ленти около носителя върху спектъра на отговор предполага линейна честотна скала.

Въпрос 23

Определете честотния спектър за високочестотен синусоиден "носещ" сигнал, който е амплитудно-модулиран (АМ) чрез аудиочестотен сигнал със собствен спектър. Спектрите за тези съответни вълни са показани поотделно:

Начертайте модулирания спектър на сигнала тук:

Открий отговор Открий отговора

Забележки:

Целта на този въпрос е да накараме учениците да разпознават откъде идват страничните ленти и да разпознават тяхната симетрия за върховете на превозвачите.

В случай, че някой поиска, равномерното мащабиране на страничните ленти около носителя върху спектъра на отговор предполага линейна честотна скала.

Въпрос 24

Важно измерване на импулсните вълни е цикълът на работа . Дайте точно. математическо определение за този термин.

Също така, напишете решение уравнение за ширина на импулса, зададен цикъл на работа (D) и честота (е).

Открий отговор Открий отговора

"Работен цикъл" е мярка за времето на вълната на импулса спрямо общото време (период):

D = t on


t общо

Аз ще ви позволи да разберете как да напишете решение уравнение за ширина на импулса (т) по отношение на мито цикъл и честота.

Забележки:

Работният цикъл е много важна концепция, тъй като аналоговата информация може да бъде предадена чрез променливия работен цикъл на иначе цифровата импулсна форма. Обсъдете тази молба с вашите ученици, ако времето позволява.

Въпрос 25

Определете работния цикъл на този квадратен сигнал:

Открий отговор Открий отговора

Задължителен цикъл ≈ 38%

Забележки:

Този въпрос предизвиква учениците да приложат знанията си за цикъла на митото в сценарий на измерване.

Въпрос 26

Определете работния цикъл на този квадратен сигнал:

Открий отговор Открий отговора

Работен цикъл ≈ 30%

Забележки:

Този въпрос предизвиква учениците да приложат знанията си за цикъла на митото в сценарий на измерване.

Въпрос 27

Как ще реагира постоянен магнит DC мотор, ако превключвателят в тази схема е многократно затворен и отворен на много висока честота? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01104x01.png ">

Щеше ли да се върти с пълна скорост, точно както ако ключът беше затворен през цялото време? Ще се върти ли изобщо? Обяснете вашия отговор.

Открий отговор Открий отговора

Двигателят ще се върти при скорост, по-малка от пълната скорост.

Следващ въпрос: обяснете как може да се използва този общ принцип за контрол на скоростта на електрическия мотор.

Забележки:

Тъй като веригата в този въпрос въплъщава общ принцип на управление на мощността, би било добре да я контрастираме с други форми на контрол на мощността. Попитайте учениците си как мислят, че този метод на контрол се сравнява с този на поставяне на променлива съпротива в серия с мотора. Методът "превключване" е повече или по-малко ефективен?

Въпрос 28

Съпротивителното натоварване с постоянен ток получава мощност от модулацията на импулса (PWM) от веригата на контролера, а осцилоскопът показва напрежението на натоварването като такова:

Изчислете работния цикъл на тази форма на вълната, както и средната мощност, разсеяна от товара, която предполага съпротивление на натоварване от 2, 5 Ω.

Открий отговор Открий отговора

Работен цикъл ≈ 42%

P средно ≈ 1, 5 W

Следващ въпрос: кои параметри за настройка на осцилоскопа (вертикална чувствителност, съотношение на сонда, съединител и времева база) са необходими за извършване на тези изчисления "бележки скрити"> Забележки:

Изчисляването на работния цикъл трябва да е лесно. Изчисляването на разсейването на мощността на натоварването изисква известна мисъл. Ако вашите ученици не знаят как да изчислят средната мощност, предлагат този мислен експеримент: изчисляване на разсейването на мощността при 0% цикъл на работа, при 100% работен цикъл и при 50% работен цикъл. Връзката между работния цикъл и разсейването на средната мощност е по-скоро интуитивна, ако се вземат предвид тези условия.

Ако е необходим по-строг подход за задоволяване на запитванията на студентите, може да пожелаете да помислите за друг експеримент: да изчислите енергията (в единици джаули), доставена на товара с 50% работен цикъл, припомняйки, че Watts се равнява на джаули в секунда. Средната мощност след това се изчислява чрез разделяне на джаулите на секунди за период от един или повече цикли на цялата вълнова форма. От това, линейната връзка между работния цикъл и разсейването на средната мощност трябва да е ясна.

Въпрос 29

Съпротивителното натоварване с постоянен ток получава мощност от модулацията на импулса (PWM) от веригата на контролера, а осцилоскопът показва напрежението на натоварването като такова:

Изчислете работния цикъл на тази форма на вълната, както и средната мощност, разсеяна от товара, която предполага съпротивление на натоварване от 40, 7 Ω.

Открий отговор Открий отговора

Задължителен цикъл ≈ 71, 4%

P средно ≈ 344 W.

Следващ въпрос: кои параметри за настройка на осцилоскопа (вертикална чувствителност, съотношение на сонда, съединител и времева база) са необходими за извършване на тези изчисления "бележки скрити"> Забележки:

Изчисляването на работния цикъл трябва да е лесно. Изчисляването на разсейването на мощността на натоварването изисква известна мисъл. Ако вашите ученици не знаят как да изчислят средната мощност, предлагат този мислен експеримент: изчисляване на разсейването на мощността при 0% цикъл на работа, при 100% работен цикъл и при 50% работен цикъл. Връзката между работния цикъл и разсейването на средната мощност е по-скоро интуитивна, ако се вземат предвид тези условия.

Ако е необходим по-строг подход за задоволяване на запитванията на студентите, може да пожелаете да помислите за друг експеримент: да изчислите енергията (в единици джаули), доставена на товара с 50% работен цикъл, припомняйки, че Watts се равнява на джаули в секунда. Средната мощност след това се изчислява чрез разделяне на джаулите на секунди за период от един или повече цикли на цялата вълнова форма. От това, линейната връзка между работния цикъл и разсейването на средната мощност трябва да е ясна.

Въпрос 30

Как се контролира мощността на импулсната ширина подобна на формата на управление, упражнявана от TRIAC и SCRs в електрически вериги? Как се различава?

Открий отговор Открий отговора

Както при PWM, схемите за контрол на мощността на променлив ток, използващи TRIAC и SCR устройства, модулират мощността, като контролират времето, през което товарът получава енергия от източника.

Забележки:

Обсъдете с учениците си сходствата и разликите между тези две форми на управление на мощността, основано на времето. Разбира се, PWM е по-усъвършенстван от SCR и TRIAC контролни схеми, но също така е по-сложен и поради това е по-вероятно да е по-склонен към грешки.

Въпрос 31

Модулацията на пулсовата плътност (PDM) е тясно свързана с модулацията с широчина на импулса (PWM). Опишете сходствата и разликите в собствените си думи.

Открий отговор Открий отговора

PWM е наистина аналогова модулация формат, където PDM е наистина цифров. С други думи, резолюцията на PWM е безкрайна, докато резолюцията на PDM е ограничена.

Забележки:

Трябва да се отбележи, че или импулсният поток може да се превърне в аналогово напрежение чрез нискочестотно филтриране, което прави много от тези модулационни формати много полезни.

  • ← Предишен работен лист

  • Индекс на работни листове

  • Следващ работен лист →