วงจรแบ่งกระแสไฟฟ้า

10.เทคนิคแบ่งกระแส (อาจ 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

วงจรแบ่งกระแสไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง


คำถามที่ 1

อย่าเพิ่งนั่งตรงนั้น! สร้างอะไร!

การเรียนรู้ทางคณิตศาสตร์ในการวิเคราะห์วงจรต้องมีการศึกษาและการปฏิบัติมาก โดยปกติแล้วนักเรียนจะได้ฝึกฝนโดยพยายามแก้ไขปัญหาตัวอย่างมากมายและตรวจสอบคำตอบของผู้เรียนจากแบบฝึกหัดหรือผู้สอน ในขณะนี้ดีมีวิธีที่ดีกว่ามาก

คุณจะได้เรียนรู้มากขึ้นโดยการ สร้างและวิเคราะห์วงจรจริง เพื่อให้อุปกรณ์ทดสอบของคุณมี "คำตอบ" แทนหนังสือหรือบุคคลอื่น สำหรับการออกกำลังกายการสร้างวงจรที่ประสบความสำเร็จให้ทำตามขั้นตอนต่อไปนี้:

  1. วัดและบันทึกค่าส่วนประกอบทั้งหมดอย่างละเอียดก่อนที่จะมีการก่อสร้างวงจร
  2. วาดแผนภาพแผนภาพสำหรับวงจรที่จะวิเคราะห์
  3. สร้างวงจรนี้อย่างระมัดระวังใน breadboard หรือสื่อที่สะดวกอื่น ๆ
  4. ตรวจสอบความถูกต้องของการก่อสร้างของวงจรต่อสายแต่ละสายแต่ละจุดเชื่อมต่อและตรวจสอบองค์ประกอบเหล่านี้ทีละตัวบนแผนภาพ
  5. วิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์วงจรแก้ค่าทุกค่าของแรงดันกระแส ฯลฯ
  6. วัดปริมาณเหล่านี้อย่างระมัดระวังเพื่อยืนยันความถูกต้องของการวิเคราะห์ของคุณ
  7. หากมีข้อผิดพลาดที่สำคัญ (มากกว่าไม่กี่เปอร์เซ็นต์) ให้ตรวจสอบการก่อสร้างวงจรของคุณอย่างละเอียดจากแผนภาพแล้วค่อยคำนวณค่าและวัดค่าใหม่อย่างรอบคอบ

หลีกเลี่ยงค่าความต้านทานสูงและต่ำมากเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากการ "โหลด" มาตรวัด ผมขอแนะนำตัวต้านทานระหว่าง 1 kΩถึง 100 kΩเว้นเสียแต่ว่าแน่นอนว่าจุดประสงค์ของวงจรคือเพื่อแสดงผลของการโหลดมิเตอร์!

วิธีหนึ่งที่คุณสามารถประหยัดเวลาและลดความเป็นไปได้ที่จะเกิดข้อผิดพลาดคือการเริ่มต้นด้วยวงจรที่ง่ายมากและเพิ่มส่วนประกอบเพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มความซับซ้อนหลังจากการวิเคราะห์แต่ละครั้งแทนที่จะสร้างวงจรใหม่สำหรับปัญหาการปฏิบัติแต่ละครั้ง อีกเทคนิคหนึ่งที่ช่วยประหยัดเวลาคือการใช้ส่วนประกอบเดียวกันในการกำหนดค่าต่างๆของวงจรต่างๆ ด้วยวิธีนี้คุณจะไม่ต้องวัดค่าขององค์ประกอบใด ๆ มากกว่าหนึ่งครั้ง

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ปล่อยให้อิเล็กตรอนตัวเองให้คำตอบของคุณเอง "ปัญหาการปฏิบัติ"!

หมายเหตุ:

เป็นประสบการณ์ของผมที่นักเรียนต้องการการฝึกซ้อมอย่างมากกับการวิเคราะห์วงจรเพื่อให้เกิดความชำนาญ ด้วยเหตุนี้อาจารย์ผู้สอนมักจะให้นักเรียนมีปัญหาในการปฏิบัติงานจำนวนมากและให้คำตอบแก่นักเรียนเพื่อตรวจสอบการทำงานของตน ในขณะที่วิธีนี้ทำให้นักเรียนมีความชำนาญในทฤษฎีวงจรก็ไม่สามารถให้ความรู้อย่างเต็มที่พวกเขา

นักเรียนไม่จำเป็นต้องฝึกคณิตศาสตร์เท่านั้น พวกเขายังต้องการจริงอาคารปฏิบัติวงจรและใช้อุปกรณ์ทดสอบ ดังนั้นฉันจึงแนะนำวิธีการอื่นต่อไปนี้: นักเรียนควร สร้าง "ปัญหาการปฏิบัติ" ของตัวเองด้วยส่วนประกอบที่เป็นจริงและพยายามคำนวณค่าแรงดันและกระแสในรูปแบบต่างๆทางคณิตศาสตร์ ด้วยวิธีนี้ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ "มีชีวิตชีวา" และนักเรียนได้รับความชำนาญในทางปฏิบัติพวกเขาจะไม่ได้รับโดยการแก้สมการเท่านั้น

อีกเหตุผลหนึ่งในการปฏิบัติตามวิธีนี้คือการสอน วิธีการทางวิทยาศาสตร์ : กระบวนการทดสอบสมมติฐาน (ในกรณีนี้เป็นการคาดการณ์ทางคณิตศาสตร์) โดยการทดลองจริง นักเรียนยังจะได้พัฒนาทักษะการแก้ปัญหาจริงเช่นกันเนื่องจากบางครั้งอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการสร้างวงจร

ใช้ช่วงเวลาสั้น ๆ กับชั้นเรียนของคุณเพื่อทบทวนกฎ "สำหรับการสร้างวงจรก่อนที่จะเริ่มต้น พูดคุยเกี่ยวกับปัญหาเหล่านี้กับนักเรียนของคุณในลักษณะการเสวนาแบบเดียวกับที่คุณพูดคุยเกี่ยวกับคำถามในตารางงานแทนที่จะพูดกับพวกเขาในสิ่งที่ควรและไม่ควรทำ ฉันไม่เคยหยุดหย่อนที่จะประหลาดใจที่วิธีการที่นักเรียนไม่ค่อยเข้าใจคำแนะนำเมื่อนำเสนอในรูปแบบการบรรยายทั่วไป (อาจารย์คนเดียว)!

ทราบอาจารย์ที่อาจบ่นเกี่ยวกับ "เสียเวลา" ที่จำเป็นในการมีนักเรียนสร้างวงจรจริงแทนเพียงทางคณิตศาสตร์วิเคราะห์ทฤษฎีวงจร:

จุดประสงค์ของนักเรียนที่เรียนในหลักสูตรของคุณคือ "แผงชีทชีท panelpanel" ซึ่งเป็นค่าเริ่มต้น "itemscope>

คำถามที่ 2

เรารู้ว่าแรงดันไฟฟ้าในวงจรขนานสามารถคำนวณได้ด้วยสูตรนี้:

E = จำนวนรวม R ทั้งหมด

นอกจากนี้เรายังรู้ว่ากระแสผ่านตัวต้านทานเดียวในวงจรขนานอาจคำนวณด้วยสูตรนี้:

I R = E


R

รวมสูตรทั้งสองนี้เป็นหนึ่งเดียวในลักษณะที่จะกำจัดตัวแปร E เหลือเพียง I R แสดงในแง่ของฉัน ทั้งหมดรวม R และ R.

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ฉัน R = ฉัน ทั้งหมด R ทั้งหมด


R



สูตรนี้มีลักษณะคล้ายกันและแตกต่างจากสูตร "divider divider" อย่างไร?

หมายเหตุ:

แม้ว่าจะมี "สูตรแบ่งปัจจุบัน" อยู่ในหนังสืออ้างอิงอิเล็กทรอนิกส์จำนวนหนึ่งนักเรียนของคุณจะต้องเข้าใจวิธีจัดการพีชคณิตกับสูตรที่กำหนดเพื่อให้ได้มาซึ่งรูปแบบนี้

ตอนแรกอาจดูเหมือนว่าทั้งสองสูตร divider (แรงดันไฟฟ้ากับปัจจุบัน) ง่ายต่อการสับสน คือ (R / (R total )) หรือ ((R total ) / R)? อย่างไรก็ตามมีวิธีที่ง่ายมากในการจดจำว่าเศษส่วนใดอยู่กับสูตรใดโดยพิจารณาจากค่าตัวเลขของเศษส่วนนั้น กล่าวถึงสิ่งนี้ให้กับนักเรียนของคุณและอย่างน้อยหนึ่งคนจะต้องจดจำรูปแบบนี้

คำถามที่ 3

จะเกิดอะไรขึ้นกับกระแสผ่าน R1 และ R2 ถ้าตัวต้านทาน R3 ไม่เปิด?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ถ้าคุณคิดว่ากระแสผ่าน R1 และ R2 จะเพิ่มขึ้นคิดอีกครั้ง! กระแสผ่าน R1 และกระแสผ่าน R2 จะยังคงเหมือนเดิมก่อนที่ R3 จะล้มเหลว

หมายเหตุ:

ข้อผิดพลาดทั่วไปของนักเรียนอิเล็กทรอนิกส์ที่เริ่มต้นคือการคิดว่าตัวต้านทานที่ล้มเหลวในวงจรขนานที่จัดหาโดยแหล่งจ่ายแรงดันทำให้เกิดกระแสผ่านตัวต้านทานอื่น ๆ ในการเปลี่ยน การตรวจสอบง่ายๆโดยใช้กฎของโอห์มจะพิสูจน์อย่างอื่นได้

ถ้าข้อผิดพลาดนี้ถูกเปิดเผยในระหว่างการอภิปรายให้ถามชั้นคำถามที่สำคัญมากนี้: "ต้องทำสมมติฐานใดเพื่อสรุปว่าอีกสองกระแสจะเปลี่ยนไป" panel panel ของแผ่นงาน - default "itemscope>

คำถามที่ 4

กำหนดจำนวนกระแสที่ดำเนินการโดยตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรนี้ถ้าตัวต้านทานแต่ละตัวมีรหัสสี Org, Org, Red, Gld (สมมติค่าความต้านทานที่แม่นยำอย่างสมบูรณ์ - ข้อผิดพลาด 0%):

ยังตรวจสอบข้อมูลต่อไปนี้เกี่ยวกับวงจรนี้:

แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานแต่ละตัว
กำลังจ่ายด้วยตัวต้านทานแต่ละตัว
อัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าของแต่ละตัวต้านทานต่อกระแสไฟของแบตเตอรี่ (((I R ) / (I bat )))
อัตราส่วนของความต้านทานต่อวงจรทั้งหมดต่อความต้านทานของตัวต้านทานแต่ละตัว (((R total ) / R))
เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

กระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทาน = 3.33 mA

แรงดันไฟฟ้าในแต่ละตัวต้านทาน = 11 V

กำลังไฟฟ้ากระจายโดยตัวต้านทานแต่ละตัว = 36.67 mW

อัตราส่วนสภาพคล่อง = (1/3)

อัตราส่วนความต้านทาน = (1/3)

หมายเหตุ:

เมื่อทำการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ในวงจรนี้มีขั้นตอนที่เป็นไปได้มากกว่าหนึ่งขั้นเพื่อให้ได้โซลูชัน นักเรียนที่แตกต่างกันในชั้นเรียนของคุณอาจมีลำดับการแก้ปัญหาที่แตกต่างกันเป็นอย่างดีและเป็นสิ่งที่ดีที่จะให้นักเรียนแบ่งปันเทคนิคการแก้ปัญหาที่แตกต่างกันไปก่อนชั้นเรียนทั้งชั้น

ประเด็นสำคัญของคำถามนี้คือให้นักเรียนสังเกตอัตราส่วนที่เท่ากัน (ปัจจุบันเทียบกับความต้านทาน) และพิจารณาว่าอัตราส่วนเหล่านี้มีค่าเท่ากันหรือไม่เท่ากันตามความจำเป็น ถามนักเรียนของคุณว่า "หลักฐานแบบใดที่พิสูจน์ได้ว่าอัตราส่วนเหล่านี้เท่ากับเท่าเทียมกัน" แผงควบคุมของแผ่นงานเริ่มต้น "itemscope>

คำถามที่ 5

คำนวณค่าความต้านทานที่จำเป็นในการผลิตเปอร์เซ็นต์การแบ่งต่อไปนี้ในปัจจุบัน:

คำแนะนำ: ตัวต้านทานหนึ่งตัวมีแรงดันไฟฟ้าสามเท่าของสายไฟอื่น ๆ

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

มีค่าที่แตกต่างกันของค่าความต้านทานที่จะบรรลุเป้าหมายการออกแบบนี้!

หมายเหตุ:

นักเรียนที่แตกต่างกันมักจะมาถึงโซลูชันที่แตกต่างกันสำหรับงานออกแบบนี้ ให้นักเรียนร่วมกันแก้ปัญหาที่แตกต่างกันโดยเน้นว่ามักมีทางออกที่สามารถแก้ปัญหาได้มากกว่าหนึ่งข้อ!

คำถามที่ 6

คำนวณค่าความต้านทานที่เป็นไปได้ที่จะให้เปอร์เซ็นต์การกระจายตัวต่อไปนี้ในปัจจุบัน:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

มีค่าที่แตกต่างกันของค่าความต้านทานที่จะบรรลุเป้าหมายการออกแบบนี้! ฉันจะช่วยให้คุณลองกำหนดตัวเอง

หมายเหตุ:

นักเรียนที่แตกต่างกันมักจะมาถึงโซลูชันที่แตกต่างกันสำหรับงานออกแบบนี้ ให้นักเรียนร่วมกันแก้ปัญหาที่แตกต่างกันโดยเน้นว่ามักมีทางออกที่สามารถแก้ปัญหาได้มากกว่าหนึ่งข้อ!

คำถามที่ 7

คำนวณเปอร์เซ็นต์ของกระแสไฟฟ้าทั้งหมดสำหรับตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรคู่ขนานนี้:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

R 1 = 50.3% ของกระแสไฟฟ้าทั้งหมด

R 2 = 27.6% ของกระแสไฟฟ้าทั้งหมด

R 3 = 22.1% ของกระแสไฟฟ้าทั้งหมด

หมายเหตุ:

ไม่มีอะไรจะแสดงความคิดเห็นที่นี่จริงๆ เพียงแค่ตรงไปข้างหน้า divider สูตรปัจจุบันปัญหา!

คำถามที่ 8

คำนวณค่าที่ถูกต้องของความต้านทาน R 2 ต้องเป็นเพื่อที่จะวาด 40% ของกระแสทั้งหมดในวงจรนี้:

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

R 2 = 1.5 kΩ

คำถามติดตามผล: อธิบายวิธีการที่คุณสามารถประเมินค่า R 2 โดยประมาณได้โดยไม่ต้องทำพีชคณิตใด ๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าคุณสามารถตั้งค่าขีด จำกัด ของค่า R 2 ได้อย่างไร (กล่าวคือ "เรารู้ว่ามันต้องน้อยกว่า … " หรือ "เรารู้ว่ามันต้องมากกว่า … ")

หมายเหตุ:

นี่เป็นปัญหาที่น่าสนใจในการแก้ปัญหาเกี่ยวกับพีชคณิตจากสูตร divider ปัจจุบัน ฉันขอแนะนำให้ใช้สูตรผลิตภัณฑ์มากกว่าผลรวมสำหรับความต้านทานขนานถ้าคุณวางแผนที่จะทำแบบพีชคณิตนี้ คำถามเกี่ยวกับการประมาณค่า (ในการติดตามผล) เป็นเรื่องที่ดีมากที่จะพูดคุยกับนักเรียนของคุณ เป็นไปได้อย่างน้อย "วงเล็บ" ค่าของ R 2 ระหว่างสองค่าความต้านทานที่แตกต่างกันโดยไม่ต้องทำคณิตศาสตร์ใด ๆ ที่ซับซ้อนมากขึ้นกว่าเลขคณิตเรียบง่าย (เศษส่วน)

แน่นอนวิธีการกลั่นน้อยกว่าในการแก้ปัญหานี้จะสมมติแบตเตอรี่แรงดันและทำงานกับตัวเลขตัวเลข - แต่สิ่งที่สนุกคือ "แผ่นงาน panheet แผงแผงเริ่มต้น" itemscope>

คำถามที่ 9

นักเรียนกำลังพยายามใช้ "สูตรแบ่งปัจจุบัน" เพื่อคำนวณกระแสไฟฟ้าผ่านหลอดไฟที่สองในวงจรไฟสามหลอด (โดยทั่วไปสำหรับครัวเรือนของชาวอเมริกัน):

นักเรียนใช้ Joule's Law เพื่อคำนวณความต้านทานของแต่ละหลอด (240 Ω) และใช้สูตรความต้านทานขนานเพื่อคำนวณความต้านทานรวมของวงจร (80 Ω) ด้วยตัวเลขหลังนักเรียนจะคำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมด (แหล่งกำเนิด) ของวงจร: 1.5 A.

เสียบนี้ลงในสูตร divider ปัจจุบันปัจจุบันผ่านหลอดไฟใด ๆ หนึ่งออกเป็น:

I = ฉัน ทั้งหมด R ทั้งหมด


R

 = 1.5 A 80 Ω


240 Ω

 = 0.5 A

ค่านี้ 0.5 แอมป์ต่อหลอดมีความสัมพันธ์กับค่าที่ได้จากกฎหมายของ Joule สำหรับหลอดไฟแต่ละตัวโดยตรง: 0.5 แอมป์จากค่าที่กำหนดไว้ที่ 120 โวลต์และ 60 วัตต์

ปัญหาคือบางสิ่งบางอย่างไม่เพิ่มขึ้นเมื่อนักเรียนคำนวณอีกครั้งสำหรับสถานการณ์ที่สวิตช์ใดเปิดอยู่:

นักเรียนรู้ว่าค่าความต้านทานทั้งหมดต้องแตกต่างจากก่อนหน้านี้: 120 Ωแทน 80 Ω อย่างไรก็ตามเมื่อนักเรียนเสียบตัวเลขเหล่านี้ลงในสูตร divider ปัจจุบันผลดูเหมือนจะขัดแย้งกับสิ่งที่กฎหมาย Joule คาดการณ์สำหรับการวาดในปัจจุบันของหลอดไฟแต่ละอัน:

I = ฉัน ทั้งหมด R ทั้งหมด


R

 = 1.5 A 120 Ω


240 Ω

 = 0.75 A

เมื่อใช้หลอดไฟ 0.75 แอมป์ต่อวัตต์วัตต์ไม่มีอีก 60 วัตต์ตามกฎหมายของจูลจะมีกำลัง 90 วัตต์ (120 โวลต์ที่ 0.75 แอมป์) เกิดอะไรขึ้นที่นี่ "# 9"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

นักเรียนสันนิษฐานอย่างไม่ถูกต้องว่ากระแสไฟฟ้าทั้งหมดในวงจรจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากสวิตช์เปิดขึ้น โดยวิธีการนี้เป็นความเข้าใจผิดแนวความคิดทั่วไปในหมู่นักเรียนใหม่เนื่องจากเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรแบบขนาน!

หมายเหตุ:

ฉันรู้สึกแปลกใจว่าหลักการนี้เป็นเรื่องที่เข้าใจผิดโดยนักศึกษาเป็นครั้งแรกเมื่อเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรคู่ขนาน ดูเหมือนว่าธรรมชาติสำหรับหลายคนที่จะคิดว่าวงจรรวมปัจจุบันเป็นค่าคงที่เมื่อแหล่งที่มาเป็นจริงแหล่ง แรงดัน คงที่!

คำถาม 10

สมมติว่าแอมป์มิเตอร์มีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1 มิลลิแอมป์และความต้านทานภายใน 1000 โอห์ม:

แสดงให้เห็นว่าสามารถต่อตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งเข้ากับแอมป์มิเตอร์ได้เพื่อเพิ่มช่วงให้เหลือ 0 ถึง 10 แอมป์ คำนวณค่าความต้านทานของตัวต้านทาน "ช่วง" รวมถึงค่าการกระจายพลังงานที่จำเป็น

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ต้องมีการกระจายพลังงานน้อยกว่า 10 วัตต์สำหรับแอพพลิเคชันนี้

หมายเหตุ:

แอมป์มิเตอร์นับเป็นตัวอย่างที่ดีของวงจรแบ่งกระแสไฟฟ้า

  • ←แผ่นงานก่อนหน้า

  • ดัชนี Worksheets

  • แผ่นงานถัดไป→