Osciladores do transistor Essentials dos osciladores do transistor Um oscilador deve ter os seguintes três elementos Circuito ou elemento oscilatório. Amplificador. Rede de feedback. O circuito ou elemento oscilatório, também chamado de circuito tanque, é constituído por uma bobina indutora de indutância L conectada em paralelo a um capacitor de capacitância C. A freqüência de oscilação no circuito depende dos valores de L e C. A freqüência real de A oscilação é a frequência ressonante ou natural e é dada pela expressão f 1 / 2LC Hz. Onde L é a indutância da bobina em henrys, e C é a capacitância do capacitor em farads. O amplificador eletrônico recebe energia cc da bateria ou fonte de alimentação cc e converte-lo em energia ac para fornecimento ao circuito tanque. As oscilações que ocorrem no circuito do tanque são aplicadas à entrada do amplificador eletrônico. Devido às propriedades de amplificação do amplificador, obtemos uma saída aumentada destas oscilações. Esta saída amplificada de oscilações é devido à alimentação de corrente contínua fornecida pela fonte externa (uma bateria ou fonte de alimentação). A saída do amplificador pode ser fornecida ao circuito do tanque para suprir as perdas. A rede de realimentação fornece uma parte da potência de saída para o tanque ou circuito oscilatório em fase correta para auxiliar as oscilações. Em outras palavras, o circuito de realimentação fornece feedback positivo. Tipos de osciladores de transistor: Um transistor pode ser operado como um oscilador para produzir as oscilações contínuas não amortecidas de qualquer freqüência desejada se tanque (ou oscilatório) e circuitos de realimentação estiverem conectados a ela. Todos os osciladores com nomes diferentes têm função semelhante, isto é, geram saída contínua não amortecida. No entanto, eles diferem nos métodos de fornecimento de energia para o tanque ou circuito oscilatório para atender as perdas e as faixas de freqüência sobre a qual eles são usados. (O espectro de freqüência sobre o qual os osciladores são empregados para produzir sinais sinusoidais é extremamente amplo (de menos de 1 Hz a muitos GHz)) No entanto, nenhum projeto de oscilador único é prático para gerar sinais em toda essa faixa. Em vez disso, são empregues uma variedade de desenhos, cada um dos quais gera saídas sinusoidais mais vantajosamente sobre várias porções do espectro de frequência. Os osciladores, que usam circuitos de indutância-capacitância (L-C) como seu tanque ou circuitos oscilatórios, são muito populares para gerar saídas de alta freqüência (por exemplo, 10 kHz a 100 MHz). Os osciladores de LC mais utilizados são os osciladores Hartley e Colpitt8217s. Embora eles diferem ligeiramente uns dos outros em seus circuitos eletrônicos, mas eles têm praticamente idênticas faixas de freqüência e características de estabilidade de freqüência. No entanto, tais osciladores não são adequados para gerar saídas sinusoidais de baixa frequência. Isto é devido ao fato de que alguns componentes necessários na construção de circuitos ressonantes LC de baixa freqüência são muito volumosos e pesados. Assim, os osciladores resistor-capacitor (R-C) são geralmente empregues para gerar sinais sinusoidais de baixa frequência (de l Hz a cerca de 1 MHz). Dois osciladores R-C mais comuns são a ponte de Wien e os tipos de mudança de fase. Outros osciladores menos utilizados são os osciladores de cristal e os osciladores de resistência negativa. As faixas de freqüência de operação de vários tipos de osciladores mais comumente usados são dadas abaixo: Tipo Aproximado de Faixas de Freqüência do Oscilador Oscilador de ponte de WienOscilador Circuitos Não apenas sentar lá Construir algo Aprender a analisar matematicamente circuitos requer muito estudo e prática. Normalmente, os alunos praticam através do trabalho através de lotes de problemas de amostra e verificar as suas respostas contra os fornecidos pelo livro ou o instrutor. Enquanto isso é bom, há uma maneira muito melhor. Você vai aprender muito mais por realmente construir e analisar circuitos reais. Permitindo que seu equipamento de teste forneça o 8220answers em vez de um livro ou outra pessoa. Para exercícios de construção de circuitos bem-sucedidos, siga estas etapas: Medir cuidadosamente e registrar todos os valores dos componentes antes da construção do circuito, escolhendo valores de resistência suficientemente altos para causar danos a qualquer componente ativo. Desenhe o diagrama esquemático do circuito a ser analisado. Cuidadosamente construir este circuito em uma prancha ou outro meio conveniente. Verifique a precisão da construção dos circuitos, seguindo cada fio para cada ponto de conexão e verificando esses elementos um a um no diagrama. Analise matematicamente o circuito, resolvendo todos os valores de tensão e corrente. Cuidadosamente medir todas as tensões e correntes, para verificar a precisão de sua análise. Se houver algum erro substancial (maior do que alguns por cento), verifique cuidadosamente a construção de seus circuitos em relação ao diagrama, então cuidadosamente recalcule os valores e re-mesure. Quando os alunos estão aprendendo primeiro sobre dispositivos semicondutores, e são mais propensos a danificá-los, fazendo conexões impróprias em seus circuitos, eu recomendo que eles experimentam com grandes componentes de alta potência (diodos retificadores 1N4001, transistores de potência TO-220 ou TO-3 , Etc.) e usando fontes de energia de bateria de célula seca ao invés de uma fonte de alimentação de bancada. Isso diminui a probabilidade de danos de componentes. Como de costume, evite valores de resistência muito altos e muito baixos, para evitar erros de medição causados pela carga do medidor (na extremidade alta) e para evitar o burnout do transistor (na extremidade baixa). Eu recomendo resistências entre 1 k e 100 k. Uma maneira de economizar tempo e reduzir a possibilidade de erro é começar com um circuito muito simples e adicionar incrementalmente componentes para aumentar sua complexidade após cada análise, ao invés de construir um circuito totalmente novo para cada problema de prática. Outra técnica de economia de tempo é reutilizar os mesmos componentes em uma variedade de configurações de circuitos diferentes. Dessa forma, você não terá que medir qualquer valor de componentes mais de uma vez. Deixe os elétrons se dar-lhe as respostas a seus próprios problemas da prática Foi minha experiência que os estudantes exigem muita prática com análise de circuito para se tornar proficiente. Para este fim, os instrutores geralmente fornecem seus alunos com muitos problemas de prática para trabalhar, e fornecer respostas para os alunos para verificar o seu trabalho contra. Enquanto essa abordagem torna os alunos proficientes em teoria de circuitos, não consegue educá-los completamente. Os alunos não precisam apenas de prática matemática. Eles também precisam de prática prática real, construindo circuitos e usando equipamentos de teste. Então, eu sugiro a seguinte abordagem alternativa: os alunos devem construir seus próprios problemas de prática com componentes reais, e tentar prever matematicamente os vários valores de tensão e corrente. Desta forma, a teoria matemática ganha vida, e os alunos ganham proficiência prática que wouldnt ganhar apenas por resolver equações. Outra razão para seguir este método de prática é ensinar os alunos método científico. O processo de testar uma hipótese (neste caso, previsões matemáticas), realizando uma experiência real. Os alunos também desenvolverão habilidades reais de solução de problemas, pois ocasionalmente causam erros na construção de circuitos. Passe alguns momentos de tempo com a sua turma para rever algumas das regras para a construção de circuitos antes de começarem. Discuta essas questões com seus alunos da mesma maneira socrática que normalmente discutiria as perguntas da planilha, em vez de simplesmente dizer-lhes o que devem e não devem fazer. Eu nunca deixo de me surpreender com o quão mal os alunos aprendem as instruções quando apresentados em um formato típico de monografia. Uma nota para aqueles instrutores que podem se queixar do tempo desperdiçado necessário para que os alunos construam circuitos reais em vez de apenas analisar matematicamente circuitos teóricos: Qual é a finalidade dos alunos que tomam o seu curso Se os seus alunos vão trabalhar com circuitos reais, então eles devem aprender sobre circuitos reais sempre que possível. Se o seu objetivo é educar os físicos teóricos, em seguida, ficar com a análise abstrata, por todos os meios Mas a maioria de nós planeja para os nossos alunos a fazer algo no mundo real com a educação que lhes damos. O desperdício de tempo gasto construindo circuitos reais vai pagar enormes dividendos quando chega a hora para eles aplicarem seus conhecimentos a problemas práticos. Além disso, fazer com que os alunos construam seus próprios problemas de prática ensina-lhes como realizar a pesquisa primária. Capacitando-os assim a continuar sua educação elétrica / eletrônica de forma autônoma. Na maioria das ciências, as experiências realistas são muito mais difíceis e caras de configurar do que os circuitos elétricos. Os professores de Física Nuclear, Biologia, Geologia e Química adorariam poder fazer com que seus alunos aplicassem a matemática avançada em experimentos reais que não representam perigo para a segurança e custam menos do que um livro-texto. Eles não podem, mas você pode. Explorar a conveniência inerente à sua ciência, e obter os seus alunos de praticar a sua matemática em muitos circuitos reais O circuito mostrado aqui é chamado de oscilador de relaxamento. Ele funciona com base nos princípios de carga de capacitores ao longo do tempo (um circuito RC) e da histerese de um bulbo de descarga de gás: o fato de que a tensão necessária para iniciar a condução através do bulbo é significativamente maior que a tensão abaixo da qual o bulbo cessa Para conduzir a corrente. Neste circuito, a lâmpada de néon ioniza a uma tensão de 70 volts e pára de conduzir quando a tensão cai abaixo de 30 volts: Pergunta de seguimento: assumindo uma tensão de fonte de 100 volts, um valor de resistência de 27 k e um valor de capacitor De 22 F, calcular a quantidade de tempo que leva para o capacitor para carregar de 30 volts para 70 volts (assumindo que o bulbo de néon desenha uma corrente desprezível durante a fase de carga). O que temos aqui é um circuito muito simples strobe luz. Este circuito pode ser construído na sala de aula com risco de segurança mínimo se a fonte de tensão DC for um gerador de manivela em vez de um banco de baterias ou alimentação alimentada por linha. Eu já demonstrei isto na minha própria sala de aula antes, usando uma manivela Megger (high-range, high-voltage ohmmeter) como a fonte de alimentação. Substitua o resistor de valor fixo por um potenciômetro para ajustar a taxa de intermitência da lâmpada de néon, neste circuito oscilador de relaxamento. Conecte o potenciômetro de tal forma que a rotação no sentido horário do botão torne a luz piscar mais rapidamente: Qual a função do JFET neste circuito, com base na sua análise da nova forma de onda do sinal TP1? O padrão de tensão de carga em linha reta mostrado no segundo O display do osciloscópio indica o que o JFET está fazendo neste circuito. Dica: você não precisa saber nada sobre a função do transistor unijunção (na saída de circuitos) diferente de ele atua como um interruptor on / off para periodicamente descarregar o capacitor quando a tensão TP1 atinge um certo nível de limiar. Pergunta de desafio: escreva uma fórmula que preveja a inclinação da forma de onda de tensão de rampa medida em TP1. O JFET neste circuito funciona como um regulador de corrente constante. Responda a pergunta de desafio: Slope dv / dt (I D) / C Pergunte a seus alunos como eles saberiam relacionar a corrente constante com a ação de carga peculiar desse capacitor. Peça-lhes para explicar isso matematicamente. Em seguida, peça-lhes para explicar exatamente como o JFET funciona para regular a corrente de carga. Nota: o diagrama esquemático para este circuito foi derivado de um encontrado na página 958 de John Markus Guia de Circuitos Eletrônicos. primeira edição. Aparentemente, o projeto se originou de uma publicação da Motorola sobre o uso de transistores unijuncionais (8220Unijunction Transistor Timers and Oscillators, AN-294, 1972). Este circuito mostrado aqui é para uma luz de cronometragem. Um dispositivo que usa uma lâmpada estroboscópica pulsada para congelar o movimento de um objeto rotativo. Qual componente (s) neste circuito forma a seção do oscilador Que tipo de oscilador é usado neste circuito Quais os valores dos componentes têm uma influência direta na freqüência da saída dos tubos de flash O coração do circuito do oscilador é um transistor de uniunião Q 1. Juntamente com alguns outros componentes (eu vou deixar você descobrir qual), este transistor forma um circuito de oscilação de relaxamento. R 1. R 2. E C 1 têm influência directa sobre a frequência de oscilação. Pergunta do desafio: que finalidade a resistência R 2 serve Parece à primeira vista que não serve nenhuma finalidade útil, porque o potenciômetro R 1 é capaz de fornecer qualquer quantidade desejada de resistência para o circuito da constante de tempo de RC por conta própria - resistência de R 2 s É simplesmente adicionado a ele. Contudo, existe uma razão prática importante para incluir R2 no circuito. Explique o motivo. Peça a seus alunos para explicar o que os outros transistores fazem neste circuito. Se o tempo permitir, explore a operação de todo o circuito com seus alunos, pedindo-lhes para explicar o propósito ea função de todos os componentes nele. Depois de identificar quais componentes controlam a freqüência de oscilação, peça-lhes que identifiquem especificamente qual direção cada um desses valores de componente precisaria ser alterado para aumentar (ou diminuir) a taxa de flash. Explique o princípio de operação neste circuito multivibrador astable: Além disso, identifique onde você se conectaria a este circuito para obter um sinal de saída. Que tipo de sinal seria (onda senoidal, onda quadrada, onda de rampa ou triângulo, etc.) Um sinal de saída de onda quadrada pode ser obtido no coletor de qualquer transistor. Vou deixar você pesquisar este princípio circuitos de operação. Peça a seus alunos para explicar como a freqüência deste circuito poderia ser alterada. Depois disso, pergunte o que eles teriam que fazer para alterar o ciclo de trabalho desta oscilação de circuitos. Este circuito multivibrador astable oscilará com um ciclo de trabalho de 50 se os componentes forem simetricamente dimensionados: Determine quais componentes teriam que ser re-dimensionados para produzir um ciclo de trabalho diferente de 50. Eu não vou responder a essa pergunta diretamente, mas vou Dar uma grande dica: C 1 e R 2 determinar a largura de pulso de metade da onda quadrada, enquanto C 2 e R 3 controlar a largura de pulso da outra metade: Desafio pergunta: re-desenhar o diagrama esquemático para mostrar como Um potenciômetro poderia ser usado para tornar o ciclo de trabalho ajustável em uma ampla gama. Astable circuitos multivibrator são simples e versátil, tornando-os bons temas de estudo e discussão para seus alunos. Se você já usou um amplificador de som (PA), onde os sons detectados por um microfone são amplificados e reproduzidos por alto-falantes, você sabe como esses sistemas podem criar sons estridentes ou uivantes se o microfone estiver muito perto de um dos alto-falantes. O ruído criado por um sistema como este é um exemplo de oscilação. Onde o circuito amplificador espontaneamente emite uma voltagem CA, sem fonte externa de sinal AC para acionar. Explique quais condições necessárias permitem que um amplificador atue como um oscilador. Usando um sistema de PA uivando como o exemplo. Em outras palavras, o que exatamente está acontecendo neste cenário, que faz com que um amplificador gere seu próprio sinal de saída AC O amplificador recebe feedback positivo da saída (alto-falante) para a entrada (microfone). Peça aos alunos que definam o feedback positivo. De que forma o feedback neste sistema é positivo e como esse feedback difere da variedade negativa comumente vista dentro do circuito do amplificador? Quantos graus de desvio de fase o circuito de realimentação (a caixa neste esquema) deve introduzir no sinal para Este circuito de amplificador de emissor comum para oscilar Sabemos que os circuitos osciladores exigem feedback regenerativo, a fim de sustentar continuamente a oscilação. Explique como a quantidade correta de desvio de fase é sempre fornecida no circuito de realimentação para garantir que a natureza do feedback é sempre regenerativa, não degenerativa. Em outras palavras, explique por que não é possível escolher incorretamente os valores dos componentes da rede de feedback e, portanto, não conseguir a quantidade adequada de deslocamento de fase. A rede de realimentação neste circuito deve fornecer 180 graus de deslocamento de fase, a fim de sustentar as oscilações. Contanto que a rede de feedback contenha os tipos corretos de componentes (resistores, capacitores e / ou indutores) em uma configuração de trabalho, os valores dos componentes não alterarão a quantidade de desvio de fase, apenas a freqüência da oscilação. Peça aos seus alunos para explicar por que a rede de feedback deve fornecer 180 graus de mudança de fase para o sinal. Peça-lhes que expliquem como esse requisito se relaciona com a necessidade de feedback regenerativo em um circuito oscilador. A pergunta e resposta sobre a seleção de componentes de feedback é um grande salto conceitual para alguns alunos. Pode deflectir alguns que o deslocamento de fase de um circuito reativo será sempre a quantidade adequada para garantir feedback regenerativo, para qualquer combinação arbitrária de valores de componentes, porque eles devem saber o deslocamento de fase de um circuito reativo depende dos valores de seus componentes constituintes . No entanto, uma vez que percebem que o deslocamento de fase de um circuito reativo também é dependente da freqüência do sinal, a resolução para este paradoxo é muito mais fácil de entender. Quantos graus de desvio de fase o circuito de realimentação (a caixa neste esquema) deve introduzir no sinal para que este circuito de amplificador de emissor comum de dois estágios oscile. Por que essa quantidade de desvio de fase é diferente daquela de um único transistor Oscilador A rede de realimentação neste circuito deve fornecer 0 graus de deslocamento de fase, a fim de sustentar as oscilações. Peça aos seus alunos para explicar por que a rede de feedback deve fornecer 180 graus de mudança de fase para o sinal. Peça-lhes que expliquem como esse requisito se relaciona com a necessidade de feedback regenerativo em um circuito oscilador. A pergunta e resposta sobre a seleção de componentes de feedback é um grande salto conceitual para alguns alunos. Pode deflectir alguns que o deslocamento de fase de um circuito reativo será sempre a quantidade adequada para garantir feedback regenerativo, para qualquer combinação arbitrária de valores de componentes, porque eles devem saber o deslocamento de fase de um circuito reativo depende dos valores de seus componentes constituintes . No entanto, uma vez que percebem que o deslocamento de fase de um circuito reativo também é dependente da freqüência do sinal, a resolução para este paradoxo é muito mais fácil de entender. Explique qual é o critério de Barkhausen para um circuito oscilador. Como o desempenho dos circuitos do oscilador será afetado se o critério de Barkhausen cair abaixo de 1, ou for muito acima de 1 Ill permitir que você determine exatamente qual é o critério de Barkhausen. Se seu valor for menor que 1, a saída dos osciladores diminuirá em amplitude ao longo do tempo. Se o seu valor for superior a 1, a saída dos osciladores não será sinusoidal. A questão de Qual é o critério de Barkhausen pode ser respondida com uma frase curta, memorizada textualmente a partir de um livro de texto. Mas o que eu estou procurando aqui é a compreensão real do assunto. Peça aos seus alunos para explicar-lhe a razão pela qual a amplitude de oscilação depende deste fator. Uma maneira de conseguir o desvio de fase necessário para o feedback regenerativo em um circuito oscilador é usar múltiplas redes de mudança de fase de RC: O que o ganho de tensão deve ser para o amplificador de emissor comum se a atenuação de tensão total para as três redes RC de mudança de fase É -29,25 dB O ganho de tensão dos amplificadores deve ser (pelo menos) 29,25 dB. Esta pergunta examina a compreensão dos alunos do critério de Barkhausen: que o ganho total do loop deve ser igual ou maior que a unidade para que haja oscilações sustentadas. Os circuitos osciladores de desvio de fase RC podem ser construídos com números diferentes de secções RC. Aqui estão diagramas esquemáticos para osciladores RC de três e quatro secções: Qual a diferença que o número de seções no circuito do oscilador fará ser tão específico quanto possível na sua resposta. A quantidade de desvio de fase por seção RC será diferente em cada circuito, bem como a freqüência de operação (dados os mesmos valores de componentes R e C). Em ambos os casos, o ponto dos estágios RC é o deslocamento de fase do sinal de realimentação em 180 o. É uma simplificação excessiva, porém, dizer que cada estágio no circuito de três seções desloca o sinal em 60. e / ou que cada estágio no circuito de quatro secções desloca o sinal em 45 o. A quantidade de desfasamento em cada seção não será igual (com valores R e C iguais) devido ao carregamento de cada seção pela seção (s) anterior (is). Calcule as tensões de saída deste circuito em ponte de Wien, se a tensão de entrada for 10 volts RMS a uma frequência de 159.155 Hz: Explique por que este ajuste tem o efeito que ele faz. O que, exatamente, move o potenciômetro para o circuito para alterar o sinal de saída Também, calcule a freqüência de operação deste circuito de oscilador, e explique como você faria essa freqüência ajustável também. O potenciómetro ajusta o critério de Barkhausen do oscilador. Vou deixar você descobrir como fazer a freqüência ajustável. Pergunta de seguimento: identificar os caminhos de feedback positivo e negativo da ponte de Wien para o primeiro estágio do amplificador. Uma das vantagens do circuito de ponte de Wien é sua facilidade de ajuste desta maneira. Usando capacitores de alta qualidade e resistores no outro lado da ponte, sua freqüência de saída será muito estável. Identificar o tipo de circuito oscilador ilustrado neste diagrama esquemático e explicar a finalidade do circuito tanque (L 1 e C 1): Pergunta de seguimento: calcular a frequência de funcionamento deste circuito oscilador se L 1 270 mH, C 1 0,047 F e C 2 0,047 F. Peça aos seus alunos que descrevam a quantidade de deslocamento de fase que o circuito do tanque fornece ao sinal de realimentação. Além disso, peça-lhes para explicar como a frequência natural dos circuitos do oscilador pode ser alterada. Descrever o propósito e operação de um cristal em um circuito oscilador. Que princípio físico o cristal explora e quais outros componentes podem ser substituídos no lugar de um cristal em um circuito de oscilador Um cristal é um chip de material piezoelétrico que atua como um circuito de tanque eletromecânico. Peça a seus alunos para descreverem o fenômeno da piezoeletricidade, e como este princípio funciona dentro de um cristal oscilador. Além disso, pergunte por que os cristais são usados em vez de circuitos de tanque em tantos circuitos de oscilação de precisão. Identificar o tipo de circuito oscilador mostrado neste diagrama esquemático, e explicar a finalidade do cristal: Desafio pergunta: este tipo de circuito oscilador é geralmente limitada a saídas de potência inferiores que Hartley ou projetos Colpitts. Explique por quê. Este é um circuito do oscilador de Pierce, eo cristal joga o mesmo papel que um circuito do tanque em um oscilador de Hartley ou de Colpitts. Peça aos seus alunos para explicar como a freqüência natural dos circuitos do oscilador pode ser alterada. Como isso difere do controle de freqüência nos projetos Hartley ou Colpitts Uma maneira inteligente de produzir ondas senoidais é passar a saída de um oscilador de onda quadrada através de um circuito de filtro passa-baixa: O capacitor C 1 falha aberto: O capacitor C 1 falha Curto: Resistor R 1 falha aberto: Ponte de solda (curto) passado resistor R 1. Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. O capacitor C 1 falha aberto: Luz constante (sem piscar) da lâmpada de néon. O capacitor C 1 falha em curto: nenhuma luz da lâmpada. Resistor R 1 falha aberto: Nenhuma luz da lâmpada em tudo. Solder ponte (curto) passado resistor R 1. Luz muito brilhante, constante (sem piscar) da lâmpada, possível falha de bulbo resultante de corrente excessiva. A finalidade desta pergunta é aproximar o domínio da solução de problemas do circuito de uma perspectiva de saber o que a falha é, um pouco do que somente sabendo o que os sintomas são. Embora esta não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito defeituoso a partir de dados empíricos. Perguntas como esta devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas pedindo aos alunos que identifiquem falhas prováveis com base em medidas. Prever como o funcionamento deste circuito de luz estroboscópica será afectado como resultado das seguintes falhas. Considere cada falha independentemente (isto é, um de cada vez, sem falhas múltiplas): O capacitor C 1 falha aberto: O capacitor C 1 falha em curto: a resistência R 2 falha aberta: a ponte de solda (curta) passa a resistência R 2. Resistor R 4 falha aberto: O transistor Q 4 falha aberto (coletor-emissor): O capacitor C 2 falha aberto: O capacitor C 2 falha em curto: Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. O condensador C 1 falha aberto: Sem luz do tubo de flash, possível falha do enrolamento primário do transformador e / ou transistor Q 4 devido ao superaquecimento. O capacitor C 1 falha em curto: nenhuma luz do tubo de flash. Resistor R 2 falha aberto: Nenhuma luz do tubo de flash. Solder ponte (curto) passado resistor R 2. Taxa de estrobo mais rápida para qualquer posição dada do potenciómetro R 1. Possibilidade de ajustar a taxa de estroboscópio muito alta onde o tubo de flash simplesmente se recusa a piscar. Resistor R 4 falha aberto: Nenhuma luz do tubo de flash. O transistor Q 4 falha aberto (coletor-emissor): Nenhuma luz do tubo de flash. O capacitor C 2 falha aberto: Possível dano ao transistor Q 4 devido a tensões transitórias excessivas. O capacitor C 2 falha em curto-circuito: Nenhuma luz do tubo de flash, Q 4 quase certamente falhará devido ao superaquecimento. A finalidade desta pergunta é aproximar o domínio da solução de problemas do circuito de uma perspectiva de saber o que a falha é, um pouco do que somente sabendo o que os sintomas são. Embora esta não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito defeituoso a partir de dados empíricos. Perguntas como esta devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas pedindo aos alunos que identifiquem falhas prováveis com base em medidas. Prever como o funcionamento deste circuito de oscilador de onda de dente de serra será afectado como resultado das seguintes falhas. Considere cada falha independentemente (ou seja, uma de cada vez, sem falhas múltiplas): O capacitor C 1 falha em curto: A resistência R 1 falha aberto: o JFET falha em curto-circuito (drenagem para fonte): A resistência R 3 falha aberta: Para cada uma dessas condições , Explique por que os efeitos resultantes irão ocorrer. O capacitor C 1 falha em curto: sem oscilação, baixa saída de tensão CC. Resistor R 1 falha aberto: Sem oscilação, baixa saída de tensão CC. JFET falha shorted (drenar-para-fonte): Forma de onda de oscilação parece arredondado em vez de ter uma borda direta reta, freqüência é maior do que o normal. Resistor R 3 falha aberto: Nenhuma oscilação, alta saída de tensão DC. A finalidade desta pergunta é aproximar o domínio da solução de problemas do circuito de uma perspectiva de saber o que a falha é, um pouco do que somente sabendo o que os sintomas são. Embora esta não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito defeituoso a partir de dados empíricos. Perguntas como esta devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas pedindo aos alunos que identifiquem falhas prováveis com base em medidas. Prever como o funcionamento deste circuito multivibrador astable será afectado como resultado das seguintes falhas. Especificamente, identifique os estados finais dos transistores (ligado ou desligado) resultantes de cada falha. Considere cada falha independentemente (isto é, um de cada vez, sem falhas múltiplas): O capacitor C 1 falha aberto: O capacitor C 2 falha aberto: a resistência R 1 falha aberta: a resistência R 2 falha aberta: a resistência R 3 falha aberta: a resistência R 4 falha Aberto: Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. O condensador C 1 falha aberto: Q 2 imediatamente ligado, Q 1 ligado após um curto período de tempo. O condensador C 2 falha aberto: Q 1 imediatamente ligado, Q 2 ligado após um curto período de tempo. A resistência R 1 falha aberta: Q 2 ligado, Q 1 terá corrente de base mas não corrente de colector. Resistor R 2 falha aberto: Q 1 ligado, Q 2 desligado. O resistor R 3 falha aberto: Q 2 ligado, Q 1 desligado. A resistência R 4 falha aberta: Q 1 ligado, Q 2 terá corrente de base mas não corrente de colector. A finalidade desta pergunta é aproximar o domínio da solução de problemas do circuito de uma perspectiva de saber o que a falha é, um pouco do que somente sabendo o que os sintomas são. Embora esta não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito defeituoso a partir de dados empíricos. Perguntas como esta devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas pedindo aos alunos que identifiquem falhas prováveis com base em medidas. Prever como o funcionamento deste circuito multivibrador astable será afectado como resultado das seguintes falhas. Especificamente, identifique os sinais encontrados nos pontos de teste TP1, TP2, TP3 e V out resultantes de cada falha. Considere cada falha de forma independente (ou seja, uma de cada vez, sem falhas múltiplas): Resistor R 4 falha aberto: Resistor R 5 falha aberto: Resistor R 7 falha aberto: Resistor R 9 falha aberto: Capacitor C 7 falha em curto: Shorted: O capacitor C 5 falha aberto: O transistor Q 3 falha aberto (coletor-emissor): Para cada uma dessas condições, explique por que os efeitos resultantes ocorrerão. Resistor R 4 falha aberto: Zero volts DC e AC em todos os quatro pontos de teste, exceto para TP3 onde haverá tensão de polarização DC normal. Resistor R 5 falha aberto: sinal normal em TP1, zero volts AC e DC em todos os outros pontos de teste, exceto para TP3 onde haverá tensão de polarização DC normal. Resistor R 7 falha aberto: sinais normais em TP1 e em TP2, zero volts AC e DC em todos os outros pontos de teste, exceto para TP3 onde haverá tensão de polarização CC normal. Resistor R 9 falha aberto: sinais normais em TP1, em TP2 e em TP3, mas zero volts AC e DC em V out. O condensador C 7 falha: sinais de CA normais em TP1, em TP2 e em TP3, forma de onda mal distorcida em V fora. Apenas cerca de 0,7 volts DC polarização em TP3. O capacitor C 4 falha em curto: sinal normal em TP1, zero volts AC e DC em todos os outros pontos de teste, exceto para TP3 onde haverá tensão de polarização DC normal. O capacitor C 5 falha aberto: sinais normais em TP1 e em TP2, zero volts AC e DC em todos os outros pontos de teste, exceto para TP3 onde haverá tensão de polarização DC normal. Transistor Q 3 falha aberto (coletor-emissor): sinais normais em TP1 e em TP2, zero volts AC e DC em todos os outros pontos de teste, exceto para TP3 onde haverá tensão de polarização CC normal. A finalidade desta pergunta é aproximar o domínio da solução de problemas do circuito de uma perspectiva de saber o que a falha é, um pouco do que somente sabendo o que os sintomas são. Embora esta não seja necessariamente uma perspectiva realista, ela ajuda os alunos a construir o conhecimento básico necessário para diagnosticar um circuito defeituoso a partir de dados empíricos. Perguntas como esta devem ser seguidas (eventualmente) por outras perguntas pedindo aos alunos que identifiquem falhas prováveis com base em medidas. Identifique algumas falhas de componentes realistas que impediriam definitivamente este circuito de oscilação de oscilar: Para cada uma das falhas que você propõe, explique por que as oscilações cessarão. Nota: A lista de falhas mostrada aqui não é abrangente. O curto-circuito da ponte de solda em qualquer das resistências de deslocamento de fase (R 1 até R 3). Resistor R 4 não aberto. Transistor Q 1 failing in any mode. Follow-up question: how would you rank the listed faults in order of probability In other words, which of these faults do you suppose would be more likely than the others, least likely than the others, etc. The purpose of this question is to approach the domain of circuit troubleshooting from a perspective of assessing probable faults given very limited information about the circuits behavior. An important part of troubleshooting is being able to decide what faults are more likely than others, and questions such as this help develop that skill. Suppose some of the turns of wire (but not all) in the primary winding of the transformer were to fail shorted in this Armstrong oscillator circuit: How would this effective decreasing of the primary winding turns affect the operation of this circuit What if it were the secondary winding of the transformer to suffer this fault instead of the primary A partially shorted primary winding will result in increased frequency and (possibly) increased distortion in the output signal. A partially shorted secondary winding may result in oscillations ceasing altogether The purpose of this question is to approach the domain of circuit troubleshooting from a perspective of knowing what the fault is, rather than only knowing what the symptoms are. Although this is not necessarily a realistic perspective, it helps students build the foundational knowledge necessary to diagnose a faulted circuit from empirical data. Questions such as this should be followed (eventually) by other questions asking students to identify likely faults based on measurements. A technician is given a transistor testing circuit to repair. This simple circuit is an audio-frequency oscillator, and has the following schematic diagram: After repairing a broken solder joint, the technician notices that the DPDT switch has lost its label. The purpose of this switch is to allow polarity to be reversed so as to test both PNP and NPN transistor types. However, the label showing which direction is for NPN and which direction is for PNP has fallen off. And, to make matters worse, the schematic diagram does not indicate which position is which. Determine what the proper DPDT switch label should be for this transistor tester, and explain how you know it is correct. Note: you do not even have to understand how the oscillator circuit works to be able to determine the proper switch label. All you need to know is the proper voltage polarities for NPN and PNP transistor types. Left is NPN, and right is PNP. This is a very realistic problem for a technician to solve. Of course, one could determine the proper switch labeling experimentally (by trying a known NPN or PNP transistor and seeing which position makes the oscillator work), but students need to figure this problem out without resorting to trial and error. It is very important that they learn how to properly bias transistors Be sure to ask your students to explain how they arrived at their conclusion. It is not good enough for them to simply repeat the given answer This electric fence-charging circuit, which is designed to produce short, high-voltage pulses on its output, has failed. Now, it produces no output voltage at all: A technician does some troubleshooting and determines that the transistor is defective. She replaces the transistor, and the circuit begins to work again, its rhythmic output pulses indicated by the neon lamp. But after producing only a few pulses, the circuit stops working. Puzzled, the technician troubleshoots it again and finds that the transistor has failed (again). Both the original and the replacement transistor were of the correct part number for this circuit, so the failure is not due to an incorrect component being used. Something is causing the transistor to fail prematurely. What do you suppose it is I strongly suspect a bad diode. Explain why a defective diode would cause the transistor to fail prematurely, and specifically what type of diode failure (open or shorted) would be necessary to cause the transistor to fail in this manner. There are many things in this circuit that could prevent it from generating output voltage pulses, but a failed diode (subsequently causing the transistor to fail) is the only problem I can think of which would allow the circuit to briefly function properly after replacing the transistor, and yet fail once more after only a few pulses. Students will likely suggest other possibilities, so be prepared to explore the consequences of each, determining whether or not the suggested failure(s) would account for all observed effects. While your students are giving their reasoning for the diode as a cause of the problem, take some time and analyze the operation of the circuit with them. How does this circuit use positive feedback to support oscillations How could the output pulse rate be altered What is the function of each and every component in the circuit This circuit provides not only an opportunity to analyze a particular type of amplifier, but it also provides a good review of capacitor, transformer, diode, and transistor theory. Spring - and weight-driven clock mechanisms always use a pendulum as an integral part of their workings. What function does a pendulum serve in a clock What would a mechanical clock mechanism do if the pendulum were removed Describe what the electrical equivalent of a mechanical pendulum is, and what purpose it might serve in an oscillator circuit. The pendulum in a mechanical clock serves to regulate the frequency of the clocks ticking. The electrical equivalent of a pendulum is a tank circuit . Ask your students to brainstorm possible applications for electrical oscillator circuits, and why frequency regulation might be an important feature. Two technicians are arguing over the function of a component in this oscillator circuit. Capacitor C 1 has failed, and they are debating over the proper value of its replacement. One technician argues that the value of capacitor C 1 helps set the oscillation frequency of the circuit, and that the value of the replacement capacitor therefore must be precisely matched to the value of the original. The other technician thinks its value is not critical at all, arguing that all it does is help to provide a stable DC power supply voltage. What do you think Also, describe the purpose of this circuit: what is it This circuit is a simple CW radio transmitter, used to broadcast information using Morse code. The second technician is closer to the truth than the first, with regard to the capacitor. C 1 is not part of the oscillators resonant network, and so does not set the oscillation frequency. However, if the replacement capacitors value is too far from the originals value, this circuit will not start and stop oscillating as crisply as it did before, when the code key switch is repeatedly actuated. Ask your students how they can tell that C 1 is not part of the oscillators resonant network. How many degrees of phase shift must the feedback circuit (the square box in this schematic) introduce to the signal in order for this inverting amplifier circuit to oscillate The feedback network in this circuit must provide 180 degrees of phase shift, in order to sustain oscillations. Ask your students to explain why the feedback network must provide 180 degrees of phase shift to the signal. Ask them to explain how this requirement relates to the need for regenerative feedback in an oscillator circuit. How many degrees of phase shift must the feedback circuit (the square box in this schematic) introduce to the signal in order for this noninverting amplifier circuit to oscillate The feedback network in this circuit must provide 360 degrees of phase shift, in order to sustain oscillations. Ask your students to explain why the feedback network must provide 180 degrees of phase shift to the signal. Ask them to explain how this requirement relates to the need for regenerative feedback in an oscillator circuit. Identify the type of oscillator circuit shown in this schematic diagram, and explain the purpose of the tank circuit (L 1 and C 1 ): Also, write the equation describing the operating frequency of this type of oscillator circuit. This is a Meissner oscillator circuit, and the tank circuit establishes its frequency of operation. Ask your students to describe the amount of phase shift the tank circuit provides to the feedback signal. Also, ask them to explain how the oscillator circuits natural frequency may be altered. The only trick to figuring out the answer here is successfully identifying which capacitors are part of the tank circuit and which are not. Remind your students if necessary that tank circuits require direct (galvanic) connections between inductance and capacitance to oscillate - components isolated by an amplifier stage or a significant resistance cannot be part of a proper tank circuit. The identity of the constituent components may be determined by tracing the path of oscillating current between inductance(s) and capacitance(s). Identify the type of oscillator circuit shown in this schematic diagram, and draw the transformer phasing dots in the right places to ensure regenerative feedback: Also, write the equation describing the operating frequency of this type of oscillator circuit. This is an Armstrong oscillator circuit, and the combination of capacitor C 3 and primary transformer winding inductance L 1 establishes its frequency of operation. If the feedback signal comes from the other side of the bridge, the feedback signals phase shift will be determined by a different set of components (primarily, the coupling capacitors and bias network resistances) rather than the reactive arms of the bridge. Given the phase shift requirements of a two-stage oscillator circuit such as this, some students may wonder why the circuit wont act the same in the second configuration. If such confusion exists, clarify the concept with a question: What is the phase relationship between input and output voltages for the bridge in these two configurations, over a wide range of frequencies From this observation, your students should be able to tell that only one of these configurations will be stable at 159.155 Hz. This circuit generates quasi-sine waves at its output. It does so by first generating square waves, integrating those square waves (twice) with respect to time, then amplifying the double-integrated signal: Identify the sections of this circuit performing the following functions: Square wave oscillator: First integrator stage: Second integrator stage: Buffer stage (current amplification): Final gain stage (voltage amplification): Reveal answer Hide answer Square wave oscillator: R 1 through R 4 . C 1 and C 2 . Q 1 and Q 2 First integrator stage: R 5 and C 3 Second integrator stage: R 6 and C 4 Buffer stage (current amplification): Q 3 and R 7 Final gain stage (voltage amplification): R 8 and R 9 . R pot . Q 4 . and C 7 The purpose of this question is to have students identify familiar sub-circuits within a larger, practical circuit. This is a very important skill for troubleshooting, as it allows technicians to divide a malfunctioning system into easier-to-understand sections. Calculate the operating frequency of the following oscillator circuit, if C 1 0.033 F and L 1 175 mH:Oscillators An oscillator is an electronic device for generating an AC signal voltage. Oscillators generate sinusoidal or non-sinusoidal waveform from very low frequencies up to very high frequencies. The local oscillator in most present-day broadcast band AM saperhetrodynes will cover a range of frequencies from 1000 to 2100 KHz (approximately). An oscillator is a circuit to generate alternating voltage of desired frequency and amplitude. It converts DC energy to an AC voltage. It has wide applications i. e. to test a stereo amplifier an audio signal generator generates 20 KHz to 15 kHz at the transmitter and 47 MHz to 230 MHz frequency at receiver end. In radio, the carrier frequency varies from 550 KHz to 20 MHz for TV broadcasting in radio and TV receivers high frequency oscillators are required. Basically an oscillator circuit is an amplifier that provides itself (through feedback) with an input signal. It is a nonrotating device for producing alternating current, the output frequency of which is determined by the characteristics of the device. The initial purpose of an Oscillator is to generate a given waveform of a constant peak amplitude and specific frequency and to maintain this waveform within certain limits of amplitude and frequency. An oscillator must provide amplification and a portion of the output is feedback to sustain the input, as shown in Fig. 1. Enough power must be feedback to the input circuit for the oscillator to drive itself as in case of signal generator. The oscillator is self-driven, because the feedback signal is regenerative i. e. positive feedback. Let us consider the basic requirement of oscillator circuit. First . amplification is required to provide the necessary gain for the signal. Second, sufficient regenerative feedback is required to sustain oscillations. Third, a frequency determining device is needed to maintain the desired output frequency. In addition to the application, determine the types of oscillator to be used. Feedback Feedback is the process of transferring energy from a high-level point in a system to a low-level point. This means transferring energy from the output of an amplifier back to its input. If the output feedback signal opposes the input signal, the signal is degenerative or negative feedback However, if the feedback aids the input signal, the feedback is regenerative or positive feedbacks. Regenerative or positive feedback is one of the requirements to sustain oscillations in an Oscillator. This feedback can be applied in any of several ways to produce a practical Oscillator circuit. A circuit, which produces electrical oscillations of any desired frequency, is called oscillatory circuit. This circuit consists of two reactive components namely inductor L and a capacitor C connected in parallel with each other. Such a circuit is also called LC or tank circuit. The feedback signal is coupled from the tank circuit by two methods. The first method is to take some of energy from the inductor. This can be achieved by any one of the three ways shown in Fig. 2(a), (b) and (c). When an oscillator uses a tickler coil, as shown in Fig. 2(a), it is referred to as an Armstrong oscillator. When an oscillator used as tapped coil as shown 1(b) or a split coil as shown in Fig. 2(c), it is referred to as a Hartley oscillator. The second method of coupling the feedback signal is to use two capacitors in the tank circuit and tap the feedback signal between them. This is shown in Fig. 2(d) also oscillator using this method is called colpitts oscillator. The use of positive feedback results in a feedback amplifier having closed loop gain A v greater than the open Loop gain A v . It results in instability and operation as an oscillatory circuit. An oscillator circuit provides a, constantly, varying amplified output signal at any desired frequency. Classification of Oscillators The electronic oscillators may be broadly classified into the following two categories.
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