不要只是坐在那里!建造一些东西!! |
学习数学分析电路需要大量的学习和实践。通常情况下,学生通过做大量的例题并对照课本或老师提供的答案进行练习。虽然这很好,但还有更好的方法。
你将通过实际学到更多信息建设和分析真实电路,让您的测试设备提供“答案”而不是书籍或其他人。对于成功的电路建设练习,请按照下列步骤操作:
避免使用741型op-amp.,除非您想要挑战您的电路设计技能。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AC电路的LM324,以及涉及音频或更高频率的AC项目的TL082。
像往常一样,避免非常高,电阻值非常低,避免仪表“加载”引起的测量误差。我建议电阻值在1kΩ和100kΩ之间。
节省时间和减少出错可能性的一种方法是,从一个非常简单的电路开始,然后在每次分析后逐步添加组件以增加其复杂性,而不是为每个实践问题构建一个全新的电路。另一种节省时间的技术是在各种不同的电路配置中重复使用相同的组件。这样,您就不必重复度量任何组件的值。
让电子本身给你自己的“练习问题”的答案!
这是我的经验,学生需要多种实践,电路分析变得熟练。为此,教师通常为他们的学生提供许多练习问题来通过,并为学生提供答案来检查他们的工作。虽然这种方法使学生精通电路理论,但它无法完全教育它们。
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:学生应该建造他们自己的“实践问题”与真实组成部分,并尝试数学上预测各种电压和电流值。这样,数学理论“活着”,学生获得实际熟练程度,他们不会通过解决方程来获得。
采用这种方法的另一个原因是为了教学生科学的方法:通过执行真实实验测试假设(在这种情况下,数学预测)的过程。学生们还将制定真正的故障排除技能,因为它们偶尔会制造电路施工错误。
在开始之前,花点时间和同学们一起回顾一下构建电路的一些“规则”。用苏格拉底式的方式和你的学生讨论这些问题,而不是简单地告诉他们应该做什么,不应该做什么。我总是对学生们在典型的讲座(讲师独白)形式下理解指令的糟糕程度感到惊讶!
对那些可能抱怨有“浪费”时间所需的教练的笔记,而不是在数学上分析理论电路,而不是在数学上分析:
学生参加课程的目的是什么?
如果您的学生将使用真实电路,那么他们应该随时了解实际电路。如果您的目标是教育理论物理学家,那么通过所有方式粘在抽象分析中!但我们大多数人计划我们的学生在真实世界中与我们提供的教育做某事。lol亚博对ig建造真实电路的“浪费”的时间将在将他们的知识应用于实际问题时支付巨大的股息。
此外,让学生建立自己的实践问题教他们如何表演主要研究,从而使他们能够自主地继续他们的电气/电子教育。yabosports官网lol亚博对ig
在大多数科学中,现实的实验比电路更加困难和昂贵。核物理学,生物学,地质和化学教授只想让他们的学生将高级数学应用于真正的实验,没有安全危险,而且耗费少于教科书。他们不能,但你可以。利用科学的便利性,以及让那些学生在很多真实电路上练习他们的数学!
在共发射极晶体管放大电路,存在电容在集电极和基极之间——无论是晶体管固有的还是外部连接的——具有将放大器电路变成低通滤波器的效果,电压增益与频率成反比:
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请解释为什么会这样。确切地说,为什么放置在这个位置的电容会影响电压增益?提示:这和负面反馈!!
以下哪个放大器电路的基本集电极电容最受影响(这里示出为外部连接的10 PF电容),因为频率增加?解释为什么。
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具有较大集电极电阻的放大器受反馈电容的影响更大,因为对于任何给定的输入信号,其自然更大的电压增益产生更大的电压信号反馈到基极。
这个问题的目的是让学生看到,在离散组件水平上,共发射极放大器在最大增益和最大工作频率之间有一个折衷。这个问题预示了运算放大器电路中增益带宽乘积(GBW)的概念。
在晶体管放大器电路的开发中遇到的常见问题是由寄生电容和形成从输出到输入的正反馈回路的电感产生的振荡。通常,这些寄生参数非常小(纳期和皮法),导致非常高的振荡频率。
在晶体管放大器电路的另一种寄生效应是米勒效应晶体管两端之间的电容。对于共发射极电路,基极集电极电容(C公元前)特别麻烦,因为它引入了AC信号直接从输出(集电极端子)到输入(基站)的反馈路径。
该寄生基部到集电极电容是否在公共发射极放大器电路中鼓励或阻止高频振荡?解释你的答案。
c的存在公元前在共同发射极电路中降低高频振荡。
请注意,我选择使用“缓解”一词,而不是在更普通的英语中给出答案。这里的一部分推理是揭开了立即理解的给定答案,以便学生必须思考多一点。我推理的另一部分是强迫学生的词汇扩张。
学生将型号CA3130运算放大器连接为电压跟随器(或电压缓冲区),这是最简单的负反馈运算单电路:
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通过连接到地面的非反相输入(分割6 / -6电压的中点),学生希望在OP-AMP的输出处测量0伏DC。这是直流电压计寄存器,但在设置为AC时,它会注册大量交流电压!
这就奇怪了。一个简单的电压缓冲器如何输出交流电当它的输入接地,电源是纯直流?困惑,学生要求帮助教师。哦,”教练说,‘你需要引脚1和8之间的补偿电容器’什么是教师这个神秘的建议是什么意思?
在负反馈模式下操作时,某些运算放大器本质上是不稳定的,并且除非外部电容有“相位补偿”,否则将自己振荡。
随访问题:OP-AMP是否有任何应用,例如CA3130,其中不需要补偿电容,或者更糟糕的是成功电路操作的障碍?提示:某些型号的OP-AMP(例如型号741)具有内置补偿电容器!
你的学生应该已经研究了在寻找一个回答这个问题的CA3130运算放大器的数据ag亚博科技表。询问他们发现了什么!在CA3130运算放大器哪些终端你连接之间的电容?什么尺寸电容的是适合这个目的是什么?
鉴于一些运算放大器型号都配备了自己的内置补偿电容,这是什么告诉我们关于CA3130的需要一个外部电容?为什么不是制造商简单地补偿电容器集成到CA3130的电路,因为他们与741做?或者,短语的问题更直接,要求学生解释什么缺点将补偿电容器连接到运放是有困难的。
一些运算放大器配备内置的补偿电容。经典的741设计是一种这样的opamp:
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在本示意图中找到补偿电容,并识别在opamp内提供频率相关的负反馈,以降低高频的增益。
识别电容器很容易:它是整个电路中唯一的一个!它耦合来自Q的收集器的信号17.,这是一个活跃的加载共发射极放大器,对Q的基极16.,这是一个射极跟随器驱动Q17.。由于Q17.反转应用于Q的信号16.“基地”,反馈是退行性的。
回答这一问题,将需要基本晶体管放大器理论的评价,特别是不同的晶体管放大器的结构和其各自的信号的相位关系。
一些运算放大器是内部补偿,而其他人则是外部补偿。解释两者之间的差异。提示:每个示例包括经典LM741和LM101运算放大器。研究他们各自的数据表,看看你在赔偿上找到了什么!ag亚博科技
所不同的是补偿电容器的物理位置,无论是所述集成电路的一部分,或者其外部。
后续问题:演示如何将外部补偿电容连接到opamp,如LM101。
要求学生解释为什么我们可能希望建立一个电路时使用两种类型的运算放大器。在哪些应用程序,他们就认为一个内部运放补偿会比较好,而在他们认为哪些应用程序外部补偿的运算放大器将是可取的?
定义“增益带宽产品”(GBW),因为该术语适用于运算放大器。
GBW积是对于大多数运算放大器的恒定值,等于运算放大器乘以在该增益的信号频率的开环增益。
还有其他方法可以定义增益带宽产品,因此如果学生在讨论时间期间存在替代定义,则不会感到惊讶。
定义“单位增益带宽”(B1),这个术语适用于运算放大器。
Unity-Gain带宽是运算放大器的开环电压增益等于1的频率。
它不需要洞察大量认识到,单位增益带宽(B1)和带宽产品(GBW)几乎相同。如果您已经讨论过GBW,这将是提出(以问题为本!)的好点
解释补偿电容对运算放大器增益带宽积(GBW)的影响。较大的补偿电容产生较大的GBW还是较小的GBW,为什么?
OP-AMP(内部或外部连接)中的补偿电容量越大,GBW产品越少。
在这个问题中,非常重要的方面不是给出的答案。这里重要的是,学生了解GBW产品是什么,以及如何受到这件事的影响,我们称之为“补偿电容”(另一个研究主题)。这里的目标是让学生研究这些概念并将它们联系在一起,所以请对任何仅仅在此处重述答案的任何学生答案都不满意!要求学生解释这些条款和概念的意思,并解释为什么GBW产品随着C增加而减少筹码。
用于运算放大器的重要交流性能参数是压摆率。解释“转换率”是什么,导致它低于Opamp的最佳原因。
转换率随着时间的推移,输出电压的最大变化率\(\ frac {dv} {dt} \)|最大限度该运放可以鼓起。
后续问题:如果放大器试图放大一个频率和幅度超过放大器旋转速率的方波信号,输出波形会是什么样的?
后续问题非常重要,因为它要求学生将最大[dv / dt]的概念应用于实际波浪。然而,介绍教科书通常讨论,因此学生不应该难以找到良好的信息来帮助他们制定答案。
有些学生觉得很奇怪,opamp会有一个恒定的速率。也就是说,当输入电压发生阶跃变化时,运放的输出电压会迅速倾斜线性的随着时间的推移,而不是以某种方式倾斜(例如RC和RL脉冲电路中看到的逆指数曲线):
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然而,这种效果具有明确的原因,并且在Opamp的内部电路设计中找到:运算放大器电路内的电压乘法级通常使用主动装载增加电压增益。主动加载的一个例子可以如下示意图中可以看到的经典741运算放大器,其中,三极管Q9.作为晶体管Q的有源负载10.,以及晶体管q的地方13.为晶体管Q提供有源负载17.:
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解释如何主动加载创建了由运算放大电路所表现出的恒定的压摆率,如741占什么因素线性电压随时间的增加?
有源负载充当恒流源,通过其路径上的任何电容提供恒定(最大)电流。根据电容的“欧姆定律”方程,这导致恒定的[dv/dt]速率:
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后续问题:根据你在这里看到的,确定哪些参数可以运算放大器的内部电路内改变以增加转换率。
这个问题提供了对基本电容器行为的良好回顾,也解释了为什么运算放大器具有转换率,因为他们做的。
计算阻抗(以复数形式)“看到”的交流信号源作为其驱动左侧的无源积分器电路,并在右侧的有源积分器电路。在这两种情况下,假设没有任何连接到V出去终端:
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这里最重要的是要学习的最重要的事情是,从反馈回路中,opamp“隔离”信号源是反馈回路,使得输入阻抗(在这种情况下,10kΩ电阻)是唯一的阻抗“可见”这个来源。这对输出信号与输入信号之间的相位关系具有深远的影响。
计算从AC信号源汲取的电流的相位角,因为它驱动左侧的无源积分器电路,并在右侧的有源积分器电路。在这两种情况下,假设没有任何连接到V出去终端:
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Θ= 46.7O.为无源积分器电流,Θ = 0O.用于有源积分电路。
这里最重要的是要学习的最重要的事情是,从反馈回路中,opamp“隔离”信号源是反馈回路,使得输入阻抗(在这种情况下,10kΩ电阻)是唯一的阻抗“可见”这个来源。这对输出信号与输入信号之间的相位关系具有深远的影响。
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