别光坐在那儿!构建的东西! ! |
学习数学分析电路需要大量的研究和实践。通常,学生通过练习大量的样例问题,并对照课本或老师提供的答案进行检查。虽然这很好,但还有更好的方法。
你会学到更多构建和分析真实电路让你的测试设备来提供“答案”,而不是书本或其他人。对于成功的电路构建练习,遵循以下步骤:
当学生第一次学习半导体器件时,他们很可能因为电路连接不当而损坏半导体器件,我建议他们使用大的、高瓦数的组件(1N4001整流二极管、to -220或to -3外壳功率晶体管等),使用干电池电源而不是台式电源。这降低了部件损坏的可能性。
像往常一样,避免非常高和非常低的电阻值,以避免仪表“负载”(高端)引起的测量误差,并避免晶体管烧坏(低端)。我建议电阻在1K之间Ω 和100KΩ.
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,在每次分析后逐步添加元件以增加其复杂性,而不是为每个练习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,您就不必多次测量任何组件的值。
让电子自己给你自己的“实践问题”答案吧!
我的经验是,学生需要大量的电路分析练习才能熟练。为此,教师通常会给他们的学生提供大量的练习问题,让他们完成,并提供答案,让学生检查他们的作业。虽然这种方法使学生精通电路理论,但它未能充分教育他们。
学生们不仅仅需要数学练习。他们还需要实际的、动手实践构建电路和使用测试设备。因此,我建议学生采取以下替代方法:学生应该构建自己用实际元件“实践问题”,并尝试用数学方法预测各种电压和电流值。这样,数学理论就“活了起来”,学生们就能熟练地运用数学,而不仅仅是解方程。
遵循这种练习方法的另一个原因是教学生科学的方法:通过执行真实的实验来检验假设(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,因为他们偶尔会做出电路构造错误。
在开始构建电路之前,花一些时间与全班同学一起复习一些构建电路的“规则”。与学生以通常讨论工作表问题的苏格拉底式方式讨论这些问题,而不是简单地告诉他们应该做什么和不应该做什么。当以典型的讲座(讲师独白)形式呈现时,学生们对指导的理解是多么糟糕,我对此从未停止过惊讶!
对于那些抱怨让学生构建真实电路而不仅仅是数学分析理论电路的“浪费”时间的老师,我要提醒他们:
学生上这门课的目的是什么?
如果您的学生将使用真实的电路,那么他们应该尽可能地在真实的电路中学习。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做一些事情,利用我们给他们的教育。lol亚博对ig当他们将知识应用于实际问题时,花在构建真实电路上的“浪费”时间将带来巨大的回报。
此外,让学生构建自己的实践问题可以教会他们如何执行主要研究,从而使他们能够自主地继续电气/电子教育。yabosports官网lol亚博对ig
在大多数科学中,建立真实的实验比建立电路要困难和昂贵得多。核物理、生物、地质和化学的教授们会很乐意让他们的学生将高等数学应用到真正的实验中,而不会造成任何安全隐患,而且成本低于教科书。他们不能,但你可以。利用你的科学固有的便利,而且让你的学生在许多真实的电路上练习他们的数学!
这里显示的电路是一个标准电路推拉放大器,由一对互补的双极结晶体管组成:
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当信号源的瞬时电压(V在里面)是正的,而在那些时期则是负的。确定每个晶体管“开”的时间(导电电流)。
B类放大器比A类放大器更适合用于高功率应用,如音频功率放大器。请解释为什么会这样。
一个学生搭建了如下推挽放大电路,注意到输出波形与函数发生器输出的原始正弦波波形发生了畸变:
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考虑到这个电路可能需要直流偏置,就像A类放大器电路一样,学生打开函数发生器的“直流偏置”特性,并向输入信号引入一些直流电压。结果实际上更糟:
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显然,交流输入信号的偏置并不能解决这个问题,那么是什么导致了输出波形的失真呢?
我给你个提示:这种失真叫做交叉失真,这是B类放大器设计中最常见的失真类型。
挑战问题:由于这种类型的晶体管放大器通常被称为“推挽”设计,请用晶体管“推挽”和“推挽”来描述造成这种失真的原因。
交叉失真相当容易理解,但比单边“剪辑”失真更难以修复,学生们习惯在A类放大器设计。如果你认为这可以帮助你的学生更好地理解,问他们推挽放大器电路将如何响应慢慢地改变直流输入电压:从负电压开始,变为零电压,然后向正方向增加。当输入信号从负向正缓慢变化时,仔细监测晶体管的状态,这种失真形式的原因应该是显而易见的。
如果NPN晶体管在集电极和发射极之间无法打开,这个放大器的输出电压波形会发生什么?
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波形的正半部分将“缺失”:
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让学生识别哪个晶体管“源”电流到负载,哪个晶体管“汇”电流到负载,答案应该很容易理解。
消除B类放大器交叉失真的一个简单而不切实际的方法是在电路中添加两个小电压源,像这样:
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解释为什么这个解决方案能消除交叉失真。
同时,解释这个推挽放大器电路的实际用途,因为它的电压增益只有1 (0 dB)。
这里显示了两种偏置推挽晶体管对的方法:
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这两种方法中哪一种是首选的,为什么?
在一个适当偏置的B类放大器电路中,两点之间应该有多少电压一个和B?
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大幅度提高电流增益的一种方法(A我)将使用一个B类推挽放大器达灵顿对而不是单晶体管:
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达林顿对放大器电路显示的唯一问题是,原来的偏置网络将不再足够。除非在这条电路中有什么改变,否则放大器就会出现一些交叉失真。
对电路进行必要的修改以适当地偏置新晶体管,并解释为什么这些修改是必要的。
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让你的学生估计电路中增加的两个(新)晶体管所需的额外偏置电压。电路中只有两个晶体管时,每个晶体管需要多少偏置电压?现在电路中有四个晶体管,为了避免交叉失真,还需要多少偏置电压?
高功率PNP晶体管往往比高功率NPN晶体管更稀缺、更昂贵,这使得高功率互补推挽放大器电路的构造复杂化。这个问题的巧妙解决方案是修改基本的达林顿推挽电路,用NPN晶体管替换最终的PNP晶体管,如下所示:
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NPN和PNP晶体管的级联组合称为Sziklai一对,或互补达林顿对.在这种情况下,小型PNP晶体管控制Sziklai对中较大的NPN功率晶体管,执行与PNP达林顿对相同的基本功能。
修改这里显示的电路,在偏置网络中使用二极管而不仅仅是电阻。解决方案是不完全相同的这条电路,因为它是一个传统的达林顿推挽电路!
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讨论这个放大器电路的两半(上达林顿半和下希克莱半)之间的区别,特别注意基极和(最终)发射极之间的PN结的数量。
B类放大器的一个流行变体是AB类放大器,旨在消除任何痕迹的交叉失真。B类放大器和AB类放大器的区别是什么?为什么AB类放大器的交叉失真比B类放大器小?从B类操作改为AB类操作有什么缺点吗?
B类和AB类工作的根本区别在于偏置:在AB类电路中,两个晶体管在零交叉点附近的短暂时间内都是“开”的,而在B类电路中,在任何给定的时间内只有一个晶体管是开的。
在AB类模式下工作的放大器的功率效率低于纯B类操作。
要求你的学生明确地识别下列B类电路中必须做出的改变,以使其作为AB类放大器工作:
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讨论为什么将“AB类”命名为这种操作模式。AB类操作与纯A类或纯B类操作有何不同?
对基本的B类推挽放大器电路的一个有趣的补充是过电流保护,即在电路中增加两个晶体管和两个电阻:
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这种过流保护形式在稳压直流电源电路中很常见,但在放大器电路中也能很好地工作。解释额外的晶体管和电阻器如何一起工作以保护主功率晶体管在过载时免受损坏。
如果有过多的电流通过功率晶体管,则电压降通过发射极电阻将足以打开辅助晶体管,然后“分流”过载的功率晶体管的基极电流到负载。
挑战性的问题:你会用什么数学程序来确定发射极电阻的大小?在这种应用中,多少电阻是合适的?
如果学生在理解这个电路是如何工作的有困难,它可能是值得向他们展示这个电路(从一个调节直流电力供应):
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问他们这个电路中的晶体管Q2是如何保护晶体管Q1不过载的。
一个有趣的方式来解释这种形式的过流保护的操作是说,当辅助晶体管开始引导(从主功率晶体管短路的基极电流),它有效地减少了主功率晶体管的β。通过突然降低主功率晶体管的放大效率,信号源“感觉”更多的负载。这将导致信号源电压骤降,最终限制负载电流。
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