Signāla modulācija

Fun with Music and Programming by Connor Harris and Stephen Krewson (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Signāla modulācija

Diskrētās pusvadītāju ierīces un shēmas


jautājums 1

Mūsdienīga elektroenerģijas vadības metode ietver ātras darbības slēdža ievietošanu atbilstoši elektriskai slodzei, lai laika gaitā ļoti ātri ieslēgtu un izslēgtu barošanu. Parasti tiek izmantota cietvielu ierīce, piemēram, tranzistors :

Šī shēma ir ievērojami vienkāršota nekā reālā impulsa kontroles strāvas ķēde. Vienkārši tiek parādīts tranzistors (nevis "impulsa" ķēde, kas nepieciešama, lai to ieslēgtu un izslēgtu). Viss, kas jums jāzina, ir fakts, ka tranzistors darbojas kā vienkāršs vienpostveida vienvirziena (SPST) slēdzis, izņemot to, ka to kontrolē elektriskā strāva, nevis mehānisks spēks, un tas spēj ieslēgt un izslēgt miljoniem reižu sekundē bez nodiluma vai noguruma.

Ja tranzistors tiek impulsēts pietiekami ātri un pietiekami ātri, strāvas padeve spuldzei var mainīties tikpat gludi kā tad, ja to kontrolē mainīgs rezistors. Taču enerģijas patēriņa kontrolēšanai ļoti maz enerģijas tiek izšķērdēta, ja vien vienam un tam pašam uzdevumam tiek izmantota mainīga pretestība. Šo elektroenerģijas vadības režīmu parasti sauc par impulsa-platuma modulāciju vai PWM .

Paskaidrojiet, kāpēc PWM jaudas vadība ir daudz efektīvāka nekā slodzes jaudas kontrole, izmantojot sērijas pretestību.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Kad tranzistors ir ieslēgts, tas darbojas kā slēgts slēdzis: nododot pilnu slodzes strāvu, bet mazinot spriegumu. Tādējādi tā "ON" jauda (P = IE) izkliedēšana ir minimāla. Un pretējā gadījumā, kad tranzistors ir izslēgts, tas darbojas kā atvērts slēdzis: vispār nav garām. Tādējādi tā "izslēgta" jaudas izkliedēšana (P = IE) ir nulle. Jauda, ​​ko izkliedē slodze (spuldze), ir laika vidējā jauda, ​​kas izkliedējas starp "ON" un OFF "tranzistora ciklu. Tādējādi slodzes jauda tiek kontrolēta bez "izšķērdēšanas" jaudas pāri kontroles ierīcei.

Piezīmes:

Studentiem var būt grūti saprast, kā gaismas spuldze var būt aptumšota, ļoti ātri ieslēdzot un izslēdzot to. Šīs koncepcijas izpratnes atslēga ir saprast, ka tranzistora pārslēgšanās laiks ir daudz ātrāks nekā laiks, kas nepieciešams, lai spuldzes kvēldiegs pilnīgi karsētu vai pilnīgi atdzist. Situācija ir analoģiska automobiļa ātruma samazināšanai, strauji "pārsūknējot" akseleratora pedāli. Ja tas notiek lēnām, rezultāts ir mainīgs automašīnas ātrums. Tomēr, ja tiek izdarīts pietiekami ātri, tomēr masas masai vidējais pedāļa velosipēds ir "ON" / "OFF", un tas nodrošina gandrīz vienmērīgu ātrumu.

Šī tehnika ir ļoti populāra rūpniecības jaudas kontrolē, un tā kļūst arvien populārāka kā audio pastiprināšanas paņēmiens (pazīstams kā D klase ). Ierīces vadības ierīces minimālās jaudas radītās jaudas priekšrocības ir daudzas.

2. jautājums

Paskaidrojiet atšķirību starp AM ( amplitūdas modulāciju ) un FM ( frekvences modulāciju ).

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Tas ir vienkāršs jautājums, lai atrastu atbildi uz. Es tev atstāju darbu!

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem izskaidrot, kāda modulācijas veida izmantos viņu raidītāju ķēde, un kādai priekšrocībai ir viens modulācijas veids.

3. jautājums

Elektronikā ļoti svarīgs jēdziens ir modulācija . Paskaidrojiet, ko nozīmē "modulācija" un sniedziet vienu vai divus tā piemērus.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Modulācija ir informācijas pārsteidzoša ietekme uz citādi neskaidru lietu vai enerģijas plūsmu, parasti, lai izplatītu šo informāciju lielos attālumos. Radio ir ļoti izplatīts modulācijas piemērs, bet es jums ļaus jums vēl vairāk izpētīt pats par sevi!

Piezīmes:

Ir daudz piemēru par modulāciju, ko studenti var atrast prezentācijai, un ne visi no tiem ir elektroniski. Izaicināt viņus domāt par citiem scenārijiem, nevis mūsdienu elektroniskajām un / vai optiskās komunikācijas shēmām, kurās tiek izmantota kāda veida modulācija.

4. jautājums

Pirms primitīvas saziņas formas jau sen bija dūmu signālu izmantošana : pārtraucot uguns dūmu pieaugošo plūsmu, pārpludinot pārklāju virs tā, lai daži attālināti varētu redzēt īpašas dūmu "dvesmu" sekvences. Paskaidrojiet, kā tas ir modulācijas piemērs, kaut arī neelektroniskā veidā.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Modulācija ir informācijas iespaids uz citādi neskaidru lietu vai enerģijas plūsmu. Šajā gadījumā dūmu plūsmas modulācijai ar segas kustībām jābūt diezgan acīmredzamām.

Piezīmes:

Studentiem ir svarīgi saprast, ka modulācija nav ierobežota ar elektroniskajiem plašsaziņas līdzekļiem. Stranger piemērus par to var minēt kā pierādījumu. Es reiz runāju ar inženieri, kas specializējās vibrācijas mērījumos, kurš teica man par ļoti nepāra modulācijas izmantošanu datu pārraidei. Viņš strādāja pie vibrācijas sensora, kas būtu iebūvēts naftas urbumu urbuma galā, dizaina. Šis sensors bija paredzēts nodot informāciju uz virsmas, tūkstošiem pēdu uz augšu, bet nevarēja izmantot radio vai citu "parasto" datu nesēju, ņemot vērā attālumus un skarbu vidi. Šīs unikālās problēmas risinājums bija sensora aktivizēšana urbšanas galviņas vārstā, kas modulētu urbšanas dūņu plūsmu līdz virsmai: sijāšanas procesa blakusprodukts, kas jebkurā gadījumā bija jāsūknē līdz virsmai. Pulsējot normāli stabilu dubļu plūsmu, digitālos datus var nosūtīt spiediena sensoriem virsmas, un pēc tam pārveidot par bināro datu, lai dators varētu arhivēt un tulkot. Piešķirtā bitu pārraides ātrums bija ļoti lēns, bet sistēma darbojās.

Piemēram, tas parāda, cik svarīgi skolēniem izmantot radošumu. Patiešām interesantas dzīves problēmas neatbilst "pārbaudītiem un patiesiem" risinājumiem, bet to var pārvarēt tikai ar radošuma un prasmju izmantošanu. Dariet visu iespējamo, lai jūsu skolēni tiktu pakļauti šādai radošai domāšanai savā disciplīnā (-īs), un tas palīdzēs viņiem kļūt par rītdienas problēmu risinātājiem!

5. jautājums

Viena no vienkāršākajām elektroniskajām modulācijas metodēm ir amplitūdas modulācija, vai AM . Paskaidrojiet, kā augstfrekvences pārvades signālu varētu modulēt ar zemākas frekvences signālu, piemēram, divu signālu gadījumā, kas parādīti šeit laika periodā:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Piezīmes:

Es nedomāju, ka studenti varēs precīzi uzzīmēt modulēto viļņu formu, it īpaši, ja pārvadātāja periods ir tik īss. Tomēr viņiem vajadzētu spēt izteikt vispārēju ideju par amplitūdas modulāciju kādā rasējuma vai skices veidā, un viss, ko esmu ieinteresēts redzēt no tiem, atbildot uz šo jautājumu.

6. jautājums

Kontūra, ko parasti izmanto, lai amplitūdas modulēt pārvadātājs signāls ir reizinātājs :

Paskaidrojiet, kā divu sinusa viļņu momentānā reizināšana rada amplitūdas modulāciju. Ja iespējams, ieskaitiet to diagrammas kalkulatorā vai citā datora uzzīmēšanas ierīcē.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Es tev rādīšu šo vienu!

Piezīmes:

Multiplikatoru ķēdes ir diezgan noderīgas, ne tikai amplitūdas modulācijai. Tomēr tas, ka tos var izmantot kā amplitūdas modulatorus, ir jēdziens, kādu daži skolēni ir grūti saprotami. Viena ilustrācija, kas varētu izskaidrot situāciju, ir regulējams sprieguma dalītājs (jo pavairošana un sadalīšana ir ļoti cieši saistītas):

Tagad šāda potenciometra ķēde būtu pilnīgi nepraktiski jebkurai modulēšanas signāla frekvencei, kas mērīta Hertz, jo potenciometrs ļoti ātri iztērētos no visa kustības. Tomēr princips ir modulēta sprieguma dalīšana, ko šī shēma palīdz sazināties. Reizinātāju ķēdes dara to pašu, tikai reizinot pārvadātāja signāla amplitūdu, nevis sadalot to.

7. jautājums

Kopējā modulācijas tehnika, ko izmanto radio apraidei, ir frekvences modulācija vai FM . Paskaidrojiet, kā augstfrekvences pārvades signālu varētu modulēt ar zemākas frekvences signālu, piemēram, divu signālu gadījumā, kas parādīti šeit laika periodā:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Piezīmes:

Es nedomāju, ka studenti varēs precīzi uzzīmēt modulēto viļņu formu, it īpaši, ja pārvadātāja periods ir tik īss. Tomēr viņiem vajadzētu spēt izteikt vispārēju ideju par frekvences modulāciju kādā rasējuma vai skices veidā, un viss, kas man ir ieinteresēts redzēt no tiem, atbildot uz šo jautājumu.

8. jautājums

FM raidītāja centrā ir ķēde, ko sauc par sprieguma kontrolētu oscilatoru vai VCO . Paskaidrojiet, kas ir VCO mērķis, un kā tas tieši attiecas uz frekvences modulāciju.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

VCO ģenerē maiņstrāvas izejas signālu, kura frekvence ir proporcionāla ārēji piegādātajam ievades spriegumam.

Piezīmes:

Piezīme saviem skolēniem, ka VCO shēmas tiek izmantotas ne tikai FM radio pārraidei. Tie ir svarīgi arī fāzu aizslēgtu cilpu funkcijai .

9. jautājums

Tas ir shematisks ļoti vienkārši VCO:

Oscilators ir no "Colpitts" dizaina. Galvenais, lai izprastu šīs ķēdes darbību, ir zināšanas par to, kā varaktors diode reaģē uz dažādiem DC pretspieguma līmeņiem. Paskaidrojiet, kā darbojas šī shēma, jo īpaši, kā diode kontrolē svārstību frekvenci. Kāpēc izejas frekvence mainās atkarībā no vadības sprieguma? "# 9"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

Mainoties spriegumam pāri mainīgam diodei, mainās tā kapacitāte.

Izejas frekvence palielinās, jo vadības spriegums kļūst pozitīvāks.

Piezīmes:

Šis jautājums ir laba varaktora diode funkcija, kā arī frekvences modulācijas teorija.

10. jautājums

Tas ir shematisks vienkāršai VCO:

Oscilators ir RC "fāzes nobīdes" dizains. Paskaidrojiet, kā darbojas šī shēma. Kāpēc izejas frekvence mainās atkarībā no vadības sprieguma "# 10"> Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Lai saprastu, kā JFET darbojas šajā VCO dizainā, rūpīgi jāpārbauda JFET raksturīgo līkņu "piesātinājuma" reģioni. Ņemiet vērā, ka šie reģioni ir gandrīz taisnā posmā. Tas norāda kaut ko par piesātinātā JFET darbību, ko izmanto šajā VCO shēmā.

Izejas frekvence samazinās, jo vadības spriegums kļūst pozitīvāks.

Piezīmes:

Šis jautājums ne tikai ļauj studentiem pārbaudīt VCO darbību, bet arī sniedz labu pārskatu par JFET teoriju, kā arī praktisku piemēru par krustojuma lauka efekta tranzistoru īpašu pielietojumu.

Piezīme: shematiska shēma šai shēmai tika iegūta no tā, kas atrodams John Markus 997. lappusē

pirmais izdevums. Acīmredzot dizains ir radies no Motorola izdevuma, izmantojot lauka efekta tranzistorus (lauka efekta tranzistoru zemas frekvences pielietojums, AN-511, 1971).

11. jautājums

FM mēdz būt daudz vairāk troksni izturīgs signālu modulācijas līdzeklis nekā AM. Piemēram, "raustīšanās" formas radiosakaru traucējumi, ko izraisa dabiskā zibens vai augstsprieguma elektropārvades līniju radītais trokšņa līmenis, ir viegli uztverami ar AM radio, bet to neuztver FM radio. Izskaidro kapec.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Radio traucējumi izpaužas kā papildu pīķi modulētā pārvades viļņa "aploksnē". AM pieņemšanas pamatā ir šī aploksnes izvilkšana no modulētā pārvadātāja, un tādēļ AM uztvērēji "uzņems" nevēlamu troksni. FM uztveršana balstās uz informācijas iegūšanu no frekvences izmaiņām, ko troksnis lielā mērā neietekmē.

Piezīmes:

Lūdziet skolēnus izskaidrot šo principu savā vārdā, nevis tikai atkārtot norādīto atbildi.

12. jautājums

Pārraidot audio informāciju (piemēram, mūziku un runu) radioviļņu formā, kāpēc jāuztrauca modulēt augstfrekvences nesējus? Kāpēc ne tikai pieslēgt jaudīgu audio pastiprinātāju tieši pie antenas un tieši pārraidīt audio frekvences?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Ir vairāki iemesli, kādēļ jūs nevēlaties mēģināt pārraidīt elektromagnētiskos (radio) viļņus audio frekvencēs. Šeit ir minēti daži no svarīgākajiem:

Nepieciešamais antenas izmērs.
Zemas pārraides efektivitāte no nespēja saskaņot antenas garumu un (mainīgo) audio frekvenci.
Traucējumi no citiem (līdzīgiem) radio raidītājiem.

Esiet gatavs paskaidrot, kāpēc katrs no šiem faktoriem efektīvi aizliedz radio raidījumus audio frekvencēs.

Piezīmes:

Šī jautājuma nolūks ir padarīt studentus izpratni par pamata RF un antenu teoriju par ļoti praktisku zemas frekvences (šajā gadījumā audio) apraides problēmu. Jautrīgs uzdevums kopā ar šo jautājumu ir aprēķināt ceturkšņu viļņu (((λ) / 4)) antenas nepieciešamos fiziskos izmērus 2 kHz frekvencē, paturot prātā, ka λ = v / f un v ≈ 3 × 10 8 metri sekundē.

13. jautājums

Prognozēt, kā šī sprieguma kontrolēta oscilatora (VCO) ķēdes izejas frekvence tiks ietekmēta šādu kļūmju dēļ. Katru kļūdu apsveriet patstāvīgi (ti, vienlaikus, nav vairāku kļūdu):

Kondensators C 1 neizdodas:
Induktors L 1 neizdodas:
Rezistors R 1 neizdodas:
Rezistors R 2 neizdodas:
Induktors L 2 nedarbojas daļēji:

Katram no šiem nosacījumiem izskaidrojiet, kāpēc radīsies sekas. Piezīme. Varaktora diode atkarībā no sprieguma atkarīgā jaudas tiek aprēķināta ar šādu vienādojumu:

C j = C o



2V + 1

Kur

C J = savienojuma kapacitāte

C o = Savienojuma kapacitāte bez liektā sprieguma

V = piemērotais apgrieztā savienojuma spriegums

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Kondensators C 1 neizdodas atvērt: izejas frekvence palielinās.
Induktors L 1 neizdodas atvērt: izejas frekvence samazinās.
Rezistors R 1 neizdodas atvērt: izejas frekvence samazinās.
Rezistors R 2 neizdodas atvērt: izejas frekvence palielinās.
Inductora L 2 nedarbojas daļēji: Izvades frekvence palielinās.

Piezīmes:

Šī jautājuma mērķis ir pievērsties ķēdes traucējummeklēšanas domēnam, lai uzzinātu, kas ir vaina, nevis tikai zinot, kādi simptomi ir. Lai gan tas ne vienmēr ir reāli perspektīva, tas palīdz skolēniem veidot pamatzināšanas, kas nepieciešamas, lai diagnosticētu ķēdi no empīriskiem datiem. Šādi jautājumi jāievēro (beidzot) ar citiem jautājumiem, lūdzot skolēniem noteikt iespējamos defektus, pamatojoties uz mērījumiem.

14. jautājums

Noteikt šī kvadrātveida vilnim signāla darba ciklu :

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 10%

Piezīmes:

Šis jautājums liek skolēniem pielietot zināšanas par darba ciklu mērīšanas scenārijā.

15. jautājums

Noteikt šī kvadrātveida vilnim signāla darba ciklu :

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 80%

Piezīmes:

Šis jautājums liek skolēniem pielietot zināšanas par darba ciklu mērīšanas scenārijā.

16. jautājums

Rezistīvais līdzstrāvas slodze uztver impulsa platuma modulēto (PWM) jaudu no kontroliera ķēdes, un osciloskops parāda slodzes sprieguma signālu kā tādu:

Aprēķiniet šīs viļņu formas darba ciklu, kā arī vidējo jaudu, ko izkliedē slodze, pieņemot, ka slodzes pretestība ir 1, 8 Ω.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 12, 5%

P vidējais ≈ 250 W

Sekojošais jautājums: kādi osciloskopa iestatīšanas parametri (vertikālā jutība, zondes attiecība, sakabe un laika bāze) ir nepieciešami, lai veiktu šos aprēķinus "atzīmē paslēptas"> Piezīmes:

Darba cikla aprēķinam ir jābūt vienkāršam. Aprēķinot slodzes jaudas izkliedi, ir jādomā. Ja jūsu studenti nezina, kā aprēķināt vidējo jaudu, ieteikt šo domu eksperimentu: aprēķina jaudas izkliedes pie 0% darba cikla 100% darba cikla laikā un pie 50% darba cikla. Attiecība starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi ir diezgan intuitīva, ja ņem vērā šos nosacījumus.

Ja, lai apmierinātu studentu vaicājumus, ir nepieciešama stingrāka pieeja, iespējams, vēlēsities radīt citu domu eksperimentu: aprēķina enerģiju (džoulu vienībās), kas tiek piegādāts slodzei par 50% darba ciklu, atgādinot, ka vatos ir vienāds ar džoļiem sekundē. Vidējo jaudu, tad, aprēķina, dalot Džoules sekundēs vienā vai vairākos pilnos viļņu formu ciklos. No tā būtu skaidri jādefinē lineārās attiecības starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi.

17. jautājums

Rezistīvais līdzstrāvas slodze uztver impulsa platuma modulēto (PWM) jaudu no kontroliera ķēdes, un osciloskops parāda slodzes sprieguma signālu kā tādu:

Aprēķiniet šīs vilnim raksturīgo darba ciklu, kā arī vidējo jaudu, ko izkliedē slodze, pieņemot, ka slodzes pretestība ir 10, 3 Ω.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 58, 3%

P vidējais ≈ 80 W

Sekojošais jautājums: kādi osciloskopa iestatīšanas parametri (vertikālā jutība, zondes attiecība, sakabe un laika bāze) ir nepieciešami, lai veiktu šos aprēķinus "atzīmē paslēptas"> Piezīmes:

Darba cikla aprēķinam ir jābūt vienkāršam. Aprēķinot slodzes jaudas izkliedi, ir jādomā. Ja jūsu studenti nezina, kā aprēķināt vidējo jaudu, ieteikt šo domu eksperimentu: aprēķina jaudas izkliedes pie 0% darba cikla 100% darba cikla laikā un pie 50% darba cikla. Attiecība starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi ir diezgan intuitīva, ja ņem vērā šos nosacījumus.

Ja, lai apmierinātu studentu vaicājumus, ir nepieciešama stingrāka pieeja, iespējams, vēlēsities radīt citu domu eksperimentu: aprēķina enerģiju (džoulu vienībās), kas tiek piegādāts slodzei par 50% darba ciklu, atgādinot, ka vatos ir vienāds ar džoļiem sekundē. Vidējo jaudu, tad, aprēķina, dalot Džoules sekundēs vienā vai vairākos pilnos viļņu formu ciklos. No tā būtu skaidri jādefinē lineārās attiecības starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi.

18. jautājums

Šīs diagrammas oscilatoru shēma ģenerē kvadrātveida vilni ar regulējamu darba ciklu:

Students vēlas izmantot šo shēmu kā impulsa platuma modulācijas (PWM) jaudas regulatora pamatu, lai mainītu strāvas daudzumu, kas piegādāts līdzstrāvas slodzei. Tā kā oscilatoru shēma tiek veidota, lai izveidotu vājus signālus un nevis piegādātu jaudu tieši uz slodzi, students pievieno jaudas MOSFET, lai pārslēgtu lielas slodzes strāvas:

Saiste ar oscilatora izejas signāla darba ciklu ar motora jaudu. Citiem vārdiem sakot, aprakstiet, kā signāla ciklā palielinās vai samazinās elektromotora piegādātā jauda.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Jo lielāks darba cikls, jo lielāka motora jauda.

Sekojošais jautājums: kā jūs ieteiktu šim motoru vadības ķēdē "atzīmē paslēptos" piemērotu oscilatora frekvenci ?> Piezīmes:

Kā pārskatu, jautājiet saviem skolēniem, lai noteiktu, kāda veida MOSFET tas ir (kanāla veids, un vai nu izsmelšanas vai papildierīces režīmā), un kādai jābūt pareizai oscilatora signāla amplitūdai, lai vadītu MOSFET pārmaiņus starp nošķelšanos un piesātinājumu.

19. jautājums

Paskaidrojiet, kāpēc gala enerģijas tranzistoram (iem) PWM jaudas vadības ķēdē ir svarīgi darboties ar pilnu nobīdi un pilnu piesātinājumu, nevis lineāros (aktīvos) režīmos starp šiem diviem galējībām. Kas varētu notikt, ja strāvas tranzistoram (-iem) vajadzētu būt mazākam par atdalītāju vai mazāk, nekā piesātināts, pārvadājot slodzes strāvu?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Transistora jaudas izkliedēšana palielināsies, ja tā darbosies tā "lineāros" darbības diapazonos, nevis pilnībā atdalīsies vai piesātinās. Tas samazina tā ekspluatācijas laiku, kā arī ķēdes energoefektivitāti.

Piezīmes:

Pārskatiet ar saviem skolēniem to, kas nozīmē, ka tranzistors ir "izgriezts" vai "piesātinājums", ja tie nav pazīstami ar šiem noteikumiem vai ja ir pagājuši brīži, kad viņi to ir izpētījuši. Skaidrai izpratnei par šo koncepciju ir izšķiroša nozīme, lai viņi spētu saprast PWM jaudas kontroles efektivitāti.

20. jautājums

Ja impulsa platuma modulētais (PWM) signāls tiek nosūtīts uz pasīvo integratoru ķēdi no ķēdes, kas var gan iegūt un nolaižamo strāvu (kā tas ir gadījumā ar divu MOSFET izejas stadiju), izeja būs spriegums (ar daži ripple):

Nosakiet attiecības starp PWM signāla darbības ciklu un DC sprieguma izeju integratora starpā. Ko tas parāda par PWM kā informācijas saziņas līdzekli, piemēram, analogajiem datiem no mērīšanas ierīces "# 20"> Atklāt atbildi Nerādīt atbildi

Šajā shēmā pastāv tieša proporcionāla sakarība starp darba ciklu un līdzstrāvas izejas spriegumu, kas ļauj PWM signālam attēlot analogos datus.

Sekojošais jautājums Nr. 1: kāpēc ir svarīgi, lai ķēde, kas ģenerē PWM signālu integratoram, spēj gan strāvas avotu, gan izlietni?

Sekojošais jautājums Nr. 2: kas būtu jādara, lai samazinātu strāvas spriegumu pie integratora izejas?

Piezīmes:

Lai gan studentiem nebūtu grūti saskatīt saistību starp darba ciklu un līdzstrāvas izejas spriegumu, dažām skolēniem varētu būt grūti izmantot šo attiecību uz datu pārraidi, jo īpaši atsevišķi. Var būt nepieciešama turpmāka izstrāde no jūsu puses.

Lielisks šī principa piemērs ir analogā sprieguma ģenerēšana ar 1 bitu digitālo ķēdi. Šī metode ir noderīga mikrokontrolleru sistēmās, kurās izvades porti var būt ierobežoti, ar nosacījumu, ka pulsācijas spriegums (vai lēna reakcija) nav problēma.

21. jautājums

Norādiet, kāds frekvenču spektrs izskatās tīrā (neizkropļotā) 1 MHz sinusoidālā viļņā:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Piezīmes:

Šis jautājums zondē studentu zināšanas par frekvenču spektriem un logaritmiskiem svariem. Ņemiet vērā, ka ar tīru sinusa vilni frekvenču spektrā ir tikai viens maksimums.

22. jautājums

Nosakiet frekvences spektru augstas frekvences sinusoidālajam "nesēja" signālam, kas ir amplitūdas modulācija (AM) ar skaņas frekvences sinusoidālo viļņu signālu, kā parādīts sekojošajā blokshēmā:

Šo attiecīgo viļņu formas spektri tiek parādīti atsevišķi:

Novietojiet modulētā signāla spektru šeit:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Sekojošais jautājums: ja modulējamais (audio) signāls tiek palielināts frekvenci, kādi būtu sānu joslas spektri, kas "atzīmē slēptās"> Piezīmes:

Šī jautājuma nolūks ir panākt, lai skolēni uzzinātu, no kurienes nāk no sāniem, un kā tie attiecas uz amplitūdas modulētā pārvades viļņa frekvenču spektru.

Gadījumā, ja kāds to jautā, simetriskā sānu joslu novietošana ap pārvadātāju atbildes spektrā nozīmē lineāru frekvenču skalu.

23. jautājums

Nosakiet frekvences spektru augstas frekvences sinusoidālajam "pārvadātājam" signālam, kas ir amplitūdas modulācija (AM) ar audio frekvences signālu ar savu spektru. Šo attiecīgo viļņu formas spektri tiek parādīti atsevišķi:

Novietojiet modulētā signāla spektru šeit:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Piezīmes:

Šī jautājuma nolūks ir panākt, lai skolēni atpazītu to, no kurienes nāk no sāniem, un atpazīt viņu simetriju par nesēju virsotni.

Gadījumā, ja kāds jautā, vienāds mērogs no sānu joslām ap pārvadātāju atbildes spektrā nozīmē lineāru frekvenču skalu.

24. jautājums

Svarīgs impulsu viļņu formas mērījums ir darba cikls . Piešķiriet precīzu. šī termina matemātiskā definīcija.

Arī uzrakstiet vienādojuma risinājumu attiecībā uz impulsa platumu, ņemot vērā darba ciklu (D) un frekvenci (f).

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

"Darbības cikls" ir impulsa viļņu formas rādītājs laikā, salīdzinot ar tā kopējo laiku (periodu):

D = t on


t kopsumma

Es ļaus jums saprast, kā uzrakstīt vienādojumu risināšanu attiecībā uz impulsa platumu (t on ) attiecībā uz darba ciklu un frekvenci.

Piezīmes:

Darbības cikls ir ļoti svarīgs jēdziens, jo analogo informāciju var pārraidīt, izmantojot citu digitālās impulsa viļņu formas mainīgo darba ciklu. Apspriediet šo pieteikumu ar saviem skolēniem, ja tas atļauj laiku.

25. jautājums

Noteikt šī kvadrātveida vilnim signāla darba ciklu :

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 38%

Piezīmes:

Šis jautājums liek skolēniem pielietot zināšanas par darba ciklu mērīšanas scenārijā.

26. jautājums

Noteikt šī kvadrātveida vilnim signāla darba ciklu :

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 30%

Piezīmes:

Šis jautājums liek skolēniem pielietot zināšanas par darba ciklu mērīšanas scenārijā.

27. jautājums

Kā pastāvīgā magnēta DC motors reaģētu, ja šīs ķēdes slēdzis tiktu atkārtoti noslēgts un atvērts ļoti augstā frekvencē? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01104x01.png ">

Vai tas pagrieztos pie pilna ātruma, tāpat kā tad, ja slēdzis būtu visu laiku aizvērts? Vai tas vispār pagrieztos? Paskaidrojiet savu atbildi.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Motors varētu pagriezties ar nelielu ātrumu mazāk nekā pilnais ātrums.

Pārbaude: paskaidrojiet, kā šo vispārējo principu varētu izmantot, lai kontrolētu elektromotora ātrumu.

Piezīmes:

Tā kā šī jautājuma ķēde ietver vispārēju jaudas vadības principu, būtu labi to kontrastēt ar citiem jaudas kontroles veidiem. Jautājiet saviem skolēniem, kā viņi domā, ka šī kontroles metode ir salīdzināma ar mainīgā pretestības nodošanu sērijveidā ar motoru. Vai "pārslēgšanas" metode ir vairāk vai mazāk efektīva?

28. jautājums

Rezistīvais līdzstrāvas slodze uztver impulsa platuma modulēto (PWM) jaudu no kontroliera ķēdes, un osciloskops parāda slodzes sprieguma signālu kā tādu:

Aprēķiniet šīs viļņu formas darba ciklu, kā arī vidējo jaudu, ko izkliedē slodze, pieņemot, ka slodzes pretestība ir 2, 5 Ω.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 42%

P vidējais ≈ 1, 5 W

Sekojošais jautājums: kādi osciloskopa iestatīšanas parametri (vertikālā jutība, zondes attiecība, sakabe un laika bāze) ir nepieciešami, lai veiktu šos aprēķinus "atzīmē paslēptas"> Piezīmes:

Darba cikla aprēķinam ir jābūt vienkāršam. Aprēķinot slodzes jaudas izkliedi, ir jādomā. Ja jūsu studenti nezina, kā aprēķināt vidējo jaudu, ieteikt šo domu eksperimentu: aprēķina jaudas izkliedes pie 0% darba cikla 100% darba cikla laikā un pie 50% darba cikla. Attiecība starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi ir diezgan intuitīva, ja ņem vērā šos nosacījumus.

Ja, lai apmierinātu studentu vaicājumus, ir nepieciešama stingrāka pieeja, iespējams, vēlēsities radīt citu domu eksperimentu: aprēķina enerģiju (džoulu vienībās), kas tiek piegādāts slodzei par 50% darba ciklu, atgādinot, ka vatos ir vienāds ar džoļiem sekundē. Vidējo jaudu, tad, aprēķina, dalot Džoules sekundēs vienā vai vairākos pilnos viļņu formu ciklos. No tā būtu skaidri jādefinē lineārās attiecības starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi.

29. jautājums

Rezistīvais līdzstrāvas slodze uztver impulsa platuma modulēto (PWM) jaudu no kontroliera ķēdes, un osciloskops parāda slodzes sprieguma signālu kā tādu:

Aprēķiniet šīs vilnim raksturīgo darba ciklu, kā arī vidējo jaudu, ko izkliedē slodze, pieņemot, ka slodzes pretestība ir 40, 7 Ω.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darba cikls ≈ 71, 4%

P vidējais ≈ 344 W.

Sekojošais jautājums: kādi osciloskopa iestatīšanas parametri (vertikālā jutība, zondes attiecība, sakabe un laika bāze) ir nepieciešami, lai veiktu šos aprēķinus "atzīmē paslēptas"> Piezīmes:

Darba cikla aprēķinam ir jābūt vienkāršam. Aprēķinot slodzes jaudas izkliedi, ir jādomā. Ja jūsu studenti nezina, kā aprēķināt vidējo jaudu, ieteikt šo domu eksperimentu: aprēķina jaudas izkliedes pie 0% darba cikla 100% darba cikla laikā un pie 50% darba cikla. Attiecība starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi ir diezgan intuitīva, ja ņem vērā šos nosacījumus.

Ja, lai apmierinātu studentu vaicājumus, ir nepieciešama stingrāka pieeja, iespējams, vēlēsities radīt citu domu eksperimentu: aprēķina enerģiju (džoulu vienībās), kas tiek piegādāts slodzei par 50% darba ciklu, atgādinot, ka vatos ir vienāds ar džoļiem sekundē. Vidējo jaudu, tad, aprēķina, dalot Džoules sekundēs vienā vai vairākos pilnos viļņu formu ciklos. No tā būtu skaidri jādefinē lineārās attiecības starp darba ciklu un vidējo jaudas izkliedi.

30. jautājums

Kā impulsa platuma modulācijas jaudas vadība ir līdzīga kontroles formai, ko rada TRIAC un SCR maiņstrāvas strāvas ķēdēs? Kā tas atšķiras?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Tāpat kā PWM, maiņstrāvu jaudas vadības ķēdes, izmantojot TRIAC un SCR ierīces, modulē jaudu, kontrolējot laiku, kad slodze saņem elektroenerģiju no avota.

Piezīmes:

Apspriediet ar saviem skolēniem līdzības un atšķirības starp šīm divām laika atkarībā no jaudas kontroles formām. Protams, PWM ir daudz sarežģītāka nekā naturāli komutētām SCR un TRIAC kontroles shēmām, taču tas ir arī sarežģītāks un, iespējams, vairāk saistīts ar kļūmēm.

31. jautājums

Impulsu blīvuma modulācija (PDM) ir cieši saistīta ar impulsa platuma modulāciju (PWM). Aprakstiet līdzības un atšķirības savā vārdos.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

PWM ir patiesi analogo modulācijas formāts, kur PDM ir patiesi ciparu formāts. Citiem vārdiem sakot, PWM izšķirtspēja ir bezgalīga, bet PDM izšķirtspēja ir ierobežota.

Piezīmes:

Jāatzīmē, ka vai nu impulsu plūsmu var pārveidot par analogo spriegumu ar zemas caurlaides filtru, kas padara abas šīs modulācijas formas ļoti noderīgas.

  • ← Iepriekšējā darba lapa

  • Darba lapa indekss

  • Nākamā darblapa →