Mai mult

Cum să transmiteți valoarea unei benzi și altei benzi și să modificați valoarea acesteia?


Folosindgdaldem hillhade, Primesc o umbră cu o singură bandă (descărcați aici, 2 MB):

gdaldem Hillshade crop_xl.tmp.tif Shadedrelief.tmp.tif -s 111120 -z 5 -az 315 -alt 60 -compute_edges

În prezent pot să-i dublez banda 1 (scară de gri) în banda 2 (alfa) prin:

gdal_translate -b 1 -b 1 -co COMPRESS = LZW -co ALPHA = YES ./Shadedrelief.tmp.tif ./Shadedrelief.2bands.tmp.tif

Dar ceea ce vreau să fac este să obțin valoarea inversată a benzii 1 în banda 2. Ecuația este:

y = -x + 255; // unde x este valoarea lui -b 1, iar y este valoarea lui -b 2.

Având o umbră de tif, după cum este prevăzut, cum se obține valoarea inversată a benzii 1 în banda 2?


A se vedea, de asemenea: Cum să atribuiți în mod condiționat o nouă valoare pixelilor unei imagini raster? , gdal_calc: eșuează cu valoarea 0?


În primul rând, utilizați gdal_calc.py pentru a inversa trupa:

gdal_calc.py -A Shadedrelief.tif --outfile = InvertedShadedrelief.tif --calc = "255-A"

gdalbuildvrt ajută la îmbinarea a 2 fișiere într-o imagine cu două benzi (sau o bandă vrt cu 2 benzi), ia prima bandă a fiecărei intrări în banda 1 și banda 2:

gdalbuildvrt -separate final.vrt Shadedrelief.tif InvertedShadedrelief.tif

gdal_translate ajută la convertirea în tif și comprimarea fișierului:

gdal_translate -co COMPRESS = LZW -co ALPHA = YES ./final.vrt ./final.tif

Cum să transmiteți valoarea unei benzi și altei benzi și să modificați valoarea acesteia? - Sisteme de informații geografice

O diodă este o componentă electronică care, în general, va trece curentul într-o singură direcție (există câteva excepții, cum ar fi diodele zener și regulatorul de curent). Acestea sunt utilizate practic în fiecare echipament electronic. În unitățile principale, acestea sunt practic întotdeauna utilizate la bornele de intrare pentru a proteja unitatea principală în caz de polaritate inversă (cuplarea firelor de alimentare în spate). În amplificatoare, acestea sunt utilizate ca redresoare pentru a converti AC în CC. Într-un procent mare de echipamente audio, diodele Zener sunt utilizate ca regulatoare de tensiune. În sistemele de alarmă, diodele redresoare sunt utilizate în mod obișnuit pentru a izola 2 surse de declanșare.

Pentru o diodă redresoare de uz general. când tensiunea pe anod este mai pozitivă decât tensiunea pe catod, curentul va curge prin diodă. Dacă tensiunea este inversată, ceea ce face catodul mai pozitiv, atunci curentul nu va circula printr-o diodă redresoare (cu excepția cazului în care se depășește valoarea maximă de tensiune inversă).

Când tensiunea este aplicată unei diode și curentul curge prin diodă, va exista aproximativ o cădere de 0,6 volți peste diodă. Dispozitivul dreptunghiular verde este un rezistor de limitare a curentului. Este necesar pentru a preveni fluxul excesiv de curent prin diodă atunci când se aplică tensiune înainte. Valoarea indicată de steagurile albastre este ceea ce ați citi cu un multimetru dacă sonda roșie ar fi în punctul indicat și sonda neagră ar fi la sol (terminalul negativ al bateriei).

O notă importantă despre demonstrațiile / grafica Flash de pe acest site. Puterile au considerat că conținutul Flash de pe paginile web este prea riscant pentru a fi utilizat de către utilizatorul general de internet și în curând, TOATE asistențele pentru acesta vor fi eliminate (majoritatea accesului Flash a fost eliminat 1-1-2021). Aceasta înseamnă că niciun browser modern nu va afișa oricare dintre aceste demonstrații, în mod implicit. Remedierea pentru moment este descărcarea extensiei Ruffle pentru browserul dvs. Ruffle Site Web. Vă rog să-mi trimiteți un e-mail ([email protected]) pentru a-mi spune dacă Ruffle funcționează bine pentru dvs. și ce browser utilizați.

O alternativă la Ruffle este un alt browser, Maxthon 4.9.5.1000. Pentru mai multe informații despre problema Flash și Maxthon (standard și portabil), faceți clic AICI.


Faceți clic AICI pentru a face ca acest applet să umple această fereastră.

Când tensiunea pe catod este mai mare decât tensiunea pe anod, curentul nu va circula prin diodă.


Faceți clic AICI pentru a face ca acest applet să umple această fereastră.

Mai multe pachete comune de diode. Pachetele mai mari sunt utilizate ca redresoare în diverse surse de alimentare, inclusiv în cele din amplificatoarele audio auto. Cele mai mici sunt de obicei utilizate pentru a bloca tensiunea sau pentru a permite tensiunii să curgă într-o singură direcție.

Diodele cu scop special:
Înainte de a discuta orice tipuri specifice de diode speciale, trebuie să arătăm cum sunt legate tensiunea pe o diodă și fluxul de curent printr-o diodă. Următorul grafic arată tensiunea pe axa x și curentul de curent pe axa y. După cum puteți vedea, pentru o diodă polarizată înainte, pe măsură ce tensiunea ajunge

0,6 volți, debitul curent începe să crească semnificativ. Înainte ca tensiunea să ajungă

0,6 volți, practic nu există flux de curent. De mai sus

0,6v nu există practic nicio rezistență la fluxul de curent. Același lucru se întâmplă pe măsură ce tensiunea inversă se apropie de tensiunea de rupere inversă. Dacă apăsați butonul „tensiune de măturare”, tensiunea va muta de la cea mai mare valoare negativă la cea mai mare tensiune pozitivă.


Faceți clic AICI pentru ca acest applet să umple această fereastră.

Diodele Zener:
Diodele Zener sunt utilizate în general pentru reglarea tensiunii. Diodele sunt utilizate cu polaritate inversă în comparație cu omologii lor redresoare (le conectați înapoi pentru a le face să funcționeze corect). Toate diodele au un punct în care vor conduce curent atunci când se aplică o tensiune inversă suficientă. Majoritatea diodelor sunt deteriorate atunci când tensiunea inversă atinge tensiunea de avarie (sau avalanșă). Acest lucru se datorează în primul rând lipsei oricărui rezistor de limitare a curentului. Circuitele cu diode Zener au un rezistor de limitare a curentului în serie cu dioda ca parte a proiectării lor. În diagrama de mai jos, puteți vedea cum este conectat terminalul pozitiv al bateriei la rezistor. Celălalt capăt al rezistorului este conectat la catodul zenerului. Celălalt capăt al zenerului, anodul, este conectat la sol. Dacă dioda zener este un zener de 5,1 volți, tensiunea pe catodul zenerului va fi foarte aproape de 5,1 volți. Tensiunea va fi aproape (dar nu de obicei exact) de tensiunea zener nominală. Uneori puteți obține tensiunea foarte aproape de tensiunea sa zener nominală, variind valoarea rezistorului. Aceasta schimbă fluxul de curent prin diodă. Dacă te uiți la curbă, poți vedea că o modificare a curentului (aproape de tensiunea de avarie) corespunde unei mici modificări a tensiunii de avarie. Acest tip de circuit este bun pentru a fi utilizat ca referință de tensiune, dar nu este foarte bine să furnizați tensiune reglată circuitelor care consumă o cantitate mare de curent.


Faceți clic AICI pentru a face ca acest applet să umple această fereastră.

Analogia diodei:
În diagrama de mai jos, vedeți o diodă zener conectată la o sursă de tensiune cu un rezistor de limitare a curentului. Chiar în partea dreaptă a circuitului electronic, vedeți o bandă de cauciuc (cian) care este analogă rezistenței și o bucată de șir de nailon (verde) care este similară cu dioda zener. În versiunea mecanică a rezistenței / zenerului, vedeți bucata de coardă și bandă de cauciuc care se află pe "sol", deoarece nu li se aplică tensiune (forță). Când „aplicați tensiune”, vedeți un șir (un zener de 5 volți) tras de până la 5 volți (inci) de banda de cauciuc. Nu există rezistență la schimbarea tensiunii până când șirul (zener) ajunge la 5 volți. Orice tensiune între 0 și 5 volți va fi nereglementată și va fluctua cu forța (tensiunea) exercitată pe banda de cauciuc. Pe măsură ce simularea se termină, vedeți că forța pe banda de cauciuc este semnificativ mai mare decât atunci când tensiunea era aproape de 5 volți. Chiar dacă un capăt al benzii de cauciuc este la 12 inci (volți), bucata de coardă (zener) ține partea inferioară a benzii de cauciuc la 5 inci (volți). Banda de cauciuc (rezistența) împiedică ruperea corzii atunci când tensiunea depășește 5 volți (inci). Dacă nu ar exista o bandă de cauciuc și, în schimb, forța (pe care o vom considera a fi infinit de puternică) a trecut de 5 inci (volți), șirul s-ar rupe instantaneu. Dacă rezistența are o rezistență insuficientă sau banda de cauciuc ar trage în sus prea sus (mai mare de 12 volți / țoli), șirul / zenerul poate fi în continuare distrus.


Faceți clic AICI pentru ca acest applet să umple această fereastră.

Acum, pentru o confuzie maximă, ce se întâmplă dacă avem o sarcină secundară pe sistem. Sarcina ar acționa ca o a doua bandă de cauciuc care trage în jos pe prima bandă de cauciuc. O sarcină de curent mai mare ar trage mai jos. Pentru a menține tensiunea reglată constantă, ar trebui să vă asigurați că banda de cauciuc superioară ar putea aplica suficientă forță pentru a depăși forța descendentă a încărcăturii și totuși să poată ține tracțiunea de până la 5 inci (volți). Dacă forța descendentă din sarcină a fost prea mare și rezistența de tracțiune (banda de cauciuc) nu este suficient de rigidă, tensiunea va deveni nereglementată. Atâta timp cât rezistența de tragere este suficient de rigidă pentru a ridica sarcina la 5 volți, veți avea o sursă reglată de 5 volți.

Regulator de impuls curent:
Diagrama de mai jos prezintă un circuit care va crește puterea de curent disponibilă la o tensiune reglată. Curentul furnizat dispozitivului electronic va trece (în cea mai mare parte) prin tranzistor. Acest lucru permite regulatorului să furnizeze curent la o sarcină mult mai dură (rezistență mai mică). Rețineți că veți pierde aproximativ 0,5-0,7 volt prin tranzistor. Dacă aveți nevoie de o tensiune reglată de aproximativ 15 volți, ați folosi un zener de 16 volți. Acest lucru vă va oferi de fapt o tensiune reglată de aproximativ 15,4 volți. Dacă aveți nevoie de o reglementare mai strânsă / mai precisă, ar trebui să utilizați un circuit de reglare mai complex. Regulatoare mai complexe sunt afișate pe pagina op-amp.


Faceți clic AICI pentru ca acest applet să umple această fereastră.

Calcularea valorii rezistorului:
Pentru o referință de tensiune de bază, alegeți un rezistor care să permită să circule aproximativ 1/4 până la 1/2 din curentul permis al zenerului.

Deoarece Zener-urile sunt evaluate prin cantitatea de putere pe care o pot disipa și aveți o diodă zener de 1 watt de 5 volți, utilizați formula P = I * E.

Știți că puterea nominală este de 1 watt și tensiunea este de 5 volți (este un zener de 5 volți) deci. cu o mică manipulare a formulei avem:

I = P / E
I = 1/5
I = .20 amperi Acesta este cel mai curent pe care îl poate trece zenerul în siguranță.

Acum, având în vedere că folosim zenerul doar ca referință, vom trece doar suficient curent pentru ca zenerul să funcționeze corect. Aproximativ 25% din curentul maxim ar trebui să funcționeze bine. 25% din .2 este .05 amperi. Voi presupune că folosim o tensiune de alimentare nereglementată de 13,5 volți (bateria de 12 volți). Diferența dintre 5 volți și 13,5 volți este de 8,5 volți. Rezistorul va trebui să scadă 8,5 volți la 0,05 amperi pentru a limita corect curentul. Dacă folosim formula E = I * R avem:

R = E / I
R = 8,5 / 0,05
R = 170 ohmi sau cea mai apropiată valoare disponibilă.

Apoi, trebuie să găsim disiparea puterii în rezistor. Putem folosi formula P = E ^ 2 / R:

P = 8,5 ^ 2/170
P = 72,25 / 170
P = .425 wați

Aceasta înseamnă că rezistența trebuie să aibă o rezistență de 170 ohmi și trebuie evaluată pentru a disipa 1/2 watt de putere sau mai mult. Un rezistor cu o valoare mai mică de .425 wați va muri o moarte oribilă și dureroasă.

Aceste valori vor funcționa în general bine cu regulatorul de impuls actual. Dacă sarcina este scoasă din joncțiunea rezistență / zener, reglarea tensiunii nu se va menține dacă consumul de curent este mai mare de 0,05 amperi.


Cum să transmiteți valoarea unei benzi și altei benzi și să modificați valoarea acesteia? - Sisteme de informații geografice

Anterior pe acest site, crossover-urile high-pass și low-pass au fost acoperite pe scurt. Această pagină va fi mai detaliată. Acesta va acoperi crossover-urile de ordinul 1-4 și caracteristicile acestora. De asemenea, va acoperi diverse rețele RC, RL și RLC care sunt utilizate pentru a îmblânzi vârfurile / scufundările în răspunsul de frecvență și impedanță.

Mai jos sunt 4 configurații diferite de crossover. Graficul din mijlocul celor 4 sisteme prezintă pante pentru crossover-urile de 6dB (ordinul întâi), 12dB (ordinul al doilea), 18dB (ordinul al treilea) și 24dB (ordinul al patrulea). Culorile componentelor crossover se potrivesc cu curba corespunzătoare din grafic.
În acest crossover, condensatorul blochează frecvențele inferioare, permițând în același timp trecerea frecvențelor mai mari.

În acest crossover, condensatorul face același lucru ca în diagrama anterioară. Inductorul derulează, la masă, unele dintre frecvențele joase care sunt permise să treacă prin condensator. Acest lucru determină o rată de rulare mai mare.

Următorul este un exemplu de crossover high-pass de ordinul doi.

La fel ca mai sus, pantă mai abruptă.

Mai jos sunt 4 configurații diferite de crossover. Graficul din mijlocul celor 4 sisteme prezintă pante pentru crossover-urile de 6dB (ordinul întâi), 12dB (ordinul al doilea), 18dB (ordinul al treilea) și 24dB (ordinul al patrulea). Culorile componentelor crossover se potrivesc cu curba corespunzătoare din grafic. În acest crossover, inductorul (bobina) blochează frecvențele mai mari, permițând în același timp să treacă frecvențele mai mici.

În acest crossover, inductorul face același lucru ca în diagrama anterioară. Condensatorul scoate, la masă, unele dintre frecvențele mai mari care sunt lăsate să treacă prin inductor. Acest lucru determină o rată de rulare mai mare.

La fel ca mai sus, pantă mai abruptă.

Compararea diferitelor tipuri de filtre

  • Noțiuni de bază:
  • Când dublați zona conului (adăugați un al doilea difuzor cu proprietăți egale) păstrând în același timp puterea constantă, câștigați 3B de ieșire. Dacă reduceți numărul de difuzoare cu 1/2, pierdeți 3dB.
  • Dacă dublezi puterea la un driver, câștigi 3dB. Dacă tăiați puterea cu 1/2 pierdeți 3dB.
  • Dacă dublați zona conului și puterea (prin paralela cu cel de-al doilea difuzor de pe amplificator), câștigați 6dB.
  • „Q” -ul unui filtru (crossover) indică forma curbei. Pentru un crossover de ordinul doi, acesta poate fi calculat cu formula: Q = [(R 2 C) / L] 1/2
    Unde R este impedanța vorbitorului. C este condensatorul utilizat în filtru. Și L este inductorul utilizat în filtru.
  • Note:
  • Panta verde de mai sus este aceeași pantă pe care o obțineți cu o aliniere Butterworth de ordinul întâi.
  • Această secțiune nu tratează răspunsul de fază sau întârzierea grupului. Ambele sunt importante atunci când construiți crossover-uri de înaltă calitate. Dacă ați construi o pereche de difuzoare de acasă, faza și întârzierea ar fi importante, dar un mediu audio auto are atât de multe probleme (difuzoare care nu sunt echidistante de toți ascultătorii, mai mulți șoferi reproducând același semnal.) Încât nu cred că ar fi de folos suficientă lume pentru a o acoperi aici.

Linkwitz-Riley de ordinul doi:
În graficul următor, puteți vedea răspunsul atât pentru driverele de frecvență înaltă, cât și pentru cele de joasă frecvență. De asemenea, puteți vedea că punctul de încrucișare este de 150 Hz. După cum sa menționat anterior, ieșirea acustică pe axa unui crossover L-R are un răspuns plat la frecvența de crossover. Pentru a face acest lucru, punctul de încrucișare trebuie să fie cu 6 dB în jos. Deoarece există 2 drivere (un midrange și un woofer) care funcționează la punctul de încrucișare și probabil au o ieșire comparabilă și primesc aceeași putere (ambele cu 6 dB în jos de la puterea maximă), ieșirea (ieșirea lor acustică însumată pe axă ) va fi ca și cum un singur șofer ar juca în punctul de încrucișare. Aceasta va oferi un răspuns de frecvență global plat la punctul de încrucișare.

Notă:
În această secțiune, veți vedea că există curbe roșii și galbene (curbe în fază și inversă). Dacă difuzoarele sunt cablate cu aceeași polaritate (firul pozitiv al difuzoarelor conectat la terminalul pozitiv al fiecărui difuzor), conexiunea este în fază. Pentru încrucișări de 12 dB / octavă, această conexiune va duce la o scufundare profundă a răspunsului de ieșire la punctul de încrucișare. Pentru a obține un răspuns plat (sau aproape de plat pentru alinieri altele decât Linkwitz-Riley), trebuie să conectați un difuzor defazat (de obicei, tweeterul este cablat defazat).

Ordinul 2 Bessel:
În graficul următor, veți vedea răspunsul unui crossover Bessel de ordinul doi. Puteți vedea că punctul de încrucișare este la 5 dB în jos față de banda de trecere. Răspunsul sumat vă va oferi un ușor vârf în punctul de încrucișare. Curbele trece sus și trece jos au un Q de 0,58.

Butterworth de ordinul II:
În graficul următor, veți vedea răspunsul unui crossover Butterworth de ordinul doi. Punctul de încrucișare este 3dB în jos de la banda de trecere. Răspunsul sumat vă va oferi un vârf 3dB în punctul de încrucișare. Curbele trece sus și trece jos au un Q de 0,707.

Chebychev de ordinul II:
În graficul următor, veți vedea răspunsul unui crossover Chebychev de ordinul doi. Punctul de încrucișare este la același nivel cu banda de trecere. Răspunsul sumat vă va oferi un vârf de 6 dB în punctul de încrucișare. Curbele de trecere înaltă și de trecere joasă au un Q de 1,0.

Deschideți avertismentul de ieșire crossover

Puteți să vă deteriorați amplificatorul dacă conduceți un crossover de comandă a doua (sau mai mare) atunci când bobina vocală a difuzorului este deschisă (difuzorul este suflat) sau dacă nu este conectat niciun difuzor la ieșirea crossover-ului. Când difuzorul este îndepărtat (sau bobina vocală se deschide), circuitul devine un circuit rezonant. Acest circuit va prezenta, la frecvența de încrucișare (sau un multiplu al frecvenței de încrucișare), o sarcină de 0 ohmi amplificatorului. Rezistența reală va fi doar rezistența în firul difuzorului și în inductor. De fiecare dată când există sunet la frecvența de rezonanță, amplificatorul va fi stresat la fel ca și când firele difuzoarelor ar fi scurtcircuitate împreună. Acest lucru va conduce unele amplificatoare în protecție. Alții vor arunca o siguranță sau vor muri o moarte dureroasă oribilă. Următorul grafic arată cum impedanța circuitului normal (linia violetă) nu scade niciodată sub 4 ohmi (impedanța difuzorului). De asemenea, arată cum impedanța circuitului fără difuzor (linia galbenă) scade la 0 ohmi la frecvența de încrucișare (pentru un crossover de ordinul 2, frecvența de rezonanță este aceeași cu frecvența de crossover).

Corectarea problemelor de încrucișare pasive

Notă:
Graficele de răspuns în frecvență „cu difuzor” sunt simulări pe computer. Dacă am măsura ieșirea unui difuzor real cu un microfon, răspunsul nu ar fi aproape la fel de lin. Ar fi multe scufundări mici și vârfuri.

Impedanță proiectată:
Acest grafic reprezintă graficul de impedanță proiectat al unui difuzor ideal de 4 ohmi și al unui crossover Linkwitz-Riley de 12dB / octavă. Acesta este de fapt modul în care ar arăta impedanța cu un rezistor, dar un difuzor are o impedanță dinamică care se schimbă cu frecvența și nu va fi la fel de plat. Creșterea impedanței la capătul de înaltă frecvență al spectrului este normală și este ceea ce face ca ieșirea difuzorului să se deruleze.

Răspuns proiectat:
Acesta este răspunsul în frecvență proiectat pentru driverul (difuzor) ideal de 4 ohmi și un Linkwitz-Riley Crossover de 12 dB / octavă. Puteți vedea cum rulajul este frumos și neted (fără umflături sau scufundări).

Grafic de impedanță folosind impedanța diferită a difuzorului:
Acest grafic este graficul de impedanță pentru șofer și numai pentru crossover-ul Linkwitz-Riley. Puteți vedea vârful impedanței în jurul valorii de 64 hertz (la frecvența de rezonanță a difuzorului în incinta sa de 0,5 ft 3) și impedanța crescătoare de mai sus

500 Hz. Această creștere a impedanței va face ca răspunsul în frecvență să se abată de la răspunsul proiectat.

Răspuns cu Crossover și Driver:
Așa cum am spus mai sus, impedanța în creștere (datorată în principal inductanței bobinei vocale) va face ca răspunsul în frecvență să fie mai puțin decât perfect. Dacă punctul de încrucișare ar cădea pe o parte „plană” a graficului de impedanță, nu ar exista nicio lovitură în pantă.

Conjugați rețele:
Aceste rețele utilizează rezistențe, condensatori și inductoare pentru a corecta variațiile de impedanță ale difuzoarelor. În următoarea diagramă, vedeți componentele crossover Linkwitz-Riley (un condensator și un inductor). De asemenea, puteți vedea câteva alte rețele (marcate cu „A”, „B” și „C”).

Rețea de corectare a impedanței:
Acest tip de rețea (marcat „A” în diagrama anterioară) se mai numește rețea Zobel. Folosește un rezistor și un condensator pentru a contracara efectul inductanței bobinei vocale și pentru a permite crossover-ului să urmeze panta corespunzătoare. În graficul următor puteți vedea o curbă de impedanță mai lină lângă frecvența de încrucișare. Acest lucru se datorează rețelei RC (rezistor / condensator).

Și aici puteți vedea panta mai lină:

Alte probleme:
Pentru majoritatea sistemelor, următoarea rețea crossover și conjugat unic ar fi suficientă. Unele situații necesită o compensare de impedanță mai extinsă.

În graficele de impedanță anterioare, ar fi trebuit să observați creșterea impedanței de mai sus

5000 hz. Unele amplificatoare pot avea probleme cu acest tip de sarcină reactivă. Pentru a o corecta, puteți utiliza o altă rețea RC pentru a simula o sarcină mai rezistivă. În următorul grafic de impedanță, este utilizată rețeaua „B”. Puteți vedea cum impedanța la capătul de înaltă frecvență al parcelei este acum aproape plană.

În graficul următor, puteți vedea că nu a avut practic niciun efect asupra răspunsului în frecvență în timp ce a aplatizat impedanța.

Reducerea vârfului rezonant:
Dacă utilizați un amplificator cu un factor de amortizare scăzut (acesta ar fi în general amplificatoare cu tub), creșterea impedanței la rezonanță poate provoca anomalii sonore ale răspunsului în frecvență. Dacă folosim rețeaua RLC, putem aplatiza impedanța sistemului (așa cum se vede în următoarea diagramă). Inductorul și condensatorul creează un filtru de bandă rezonant și rezistorul limitează curentul prin filtru. Fără rezistență, impedanța ar scădea la 0 ohmi.

Și din nou putem vedea că am remediat problema fără a afecta răspunsul în frecvență.


Timbre și frecvențe

Imaginați-vă un corn francez și o chitară electrică care joacă amândouă aceeași notă A = 440Hz.

Ce îi face să sune diferit? Ambele instrumente cântă o notă cu același frecvența fundamentală, dar fiecare are propriul său unic timbru.

Timbrul unui sunet oferă creierului nostru o mulțime de informații despre ceea ce reprezintă în lumea reală.

Timbrul unui sunet oferă creierului nostru o mulțime de informații despre ceea ce reprezintă în lumea reală.

Timbrurile unice și identificabile sunt o proprietate a tuturor sunetelor complexe. Complex înseamnă doar orice alt sunet decât o undă sinusoidală de bază.

Toate sunetele complexe pot fi descompuse în componente simple de undă sinusoidală. Aceste componente de bază sunt numite parțiale.

Dacă parțialele sunt legate de fundamental printr-un raport de număr întreg (adică 2: 1, 3: 1, 4: 1 etc.) armonic. Dacă nu, sunt discordant.

Un sunet extrem de armonic ca o coardă de violoncel înclinat este bogat în parțiale legate în mod egal, în timp ce un sunet extrem de inarmonic, precum un accident de cinel, este alcătuit doar din cele fără legătură.

Când utilizați EQ pentru a modifica un sunet, schimbați cu adevărat volumul parțialelor sale în raport cu restul. Rețineți acest concept în timp ce vă deplasați prin elementele de bază ale EQ.


Circuite de filtrare pasive

În termeni foarte simpli, calitativi, evaluați impedanța condensatoarelor și a inductoarelor așa cum este „văzută” de semnalele de joasă frecvență și de înaltă frecvență:

Condensator așa cum „apare” la un semnal de joasă frecvență: (sau) impedanță? Condensator așa cum „apare” la un semnal de înaltă frecvență: (sau) impedanță? Inductor așa cum „apare” la un semnal de joasă frecvență: (sau) impedanță? Inductor așa cum „apare” la un semnal de înaltă frecvență: (sau) impedanță?

Întrebare provocare: ce „apare” un condensator în legătură cu un DC semnal?

Întrebați elevii cum au ajuns la răspunsurile lor pentru aceste evaluări calitative. Dacă au găsit dificultăți în înțelegerea relației de frecvență cu impedanță pentru componentele reactive, vă sugerez să lucrați ecuațiile reactanței calitativ cu ele. Cu alte cuvinte, evaluați fiecare dintre formulele de reactanță (XL = 2 πf L și XC = [1 / (2 πf C)]) în termeni de creștere și descreștere f, pentru a înțelege modul în care fiecare dintre aceste componente reacționează la semnalele de frecvență joasă și înaltă.

Intrebarea 2

Identificați aceste filtre ca fiind „low-pass” sau „high-pass” și fiți pregătiți să vă explicați răspunsurile:

Circuitul de filtru trece-jos și trece-în sus este foarte ușor de identificat dacă luați în considerare frecvențele de intrare în termeni de extreme: frecvența radio (foarte mare) și DC (f = 0 Hz). Rugați elevii să identifice impedanțele respective ale tuturor componentelor dintr-un circuit de filtrare pentru aceste exemple de frecvență extremă, iar funcțiile fiecărui circuit de filtrare ar trebui să devină foarte clare.

Întrebarea 3

Să presupunem că instalați un sistem stereo de mare putere în mașină și că ați dorit să construiți un filtru simplu pentru difuzoarele „tweeter” (de înaltă frecvență), astfel încât să nu se irosească puterea basului (de joasă frecvență) în aceste difuzoare. Modificați schema de mai jos cu un circuit de filtrare la alegere:

Sugestie: acest lucru necesită doar o singură componentă pentru fiecare tweeter!

Întrebare de urmărire: ce tip de condensator ați recomanda să utilizați în această aplicație (electrolitic, mylar, ceramic etc.)? De ce?

Rugați elevii să descrie ce tip de circuit de filtrare formează un condensator conectat în serie: trecere joasă, trecere înaltă, trecere de bandă sau stop de bandă? Discutați despre modul în care numele acestui filtru ar trebui să descrie funcția intenționată a acestuia în sistemul de sunet.

În ceea ce privește întrebarea de urmărire, este important ca elevii să recunoască limitele practice ale anumitor tipuri de condensatoare. Un lucru este sigur, condensatorii electrolitici obișnuiți (polarizați) nu vor funcționa corect într-o aplicație ca aceasta!

Întrebarea 4

Este obișnuit în sistemele audio să conectați un condensator în serie cu fiecare difuzor „tweeter” (de înaltă frecvență) pentru a acționa ca un simplu filtru high-pass. Alegerea condensatorilor pentru această sarcină este importantă într-un sistem audio de mare putere.

Un prieten de-al meu a avut odată un astfel de aranjament pentru difuzoarele tweeter din mașină. Din păcate, totuși, condensatorii au continuat să sufle când a acționat stereo la volum maxim! Obosit să înlocuiască aceste condensatoare electrolitice nepolarizate, a venit la mine pentru sfaturi. I-am sugerat să folosească condensatori mylar sau polistiren în loc de electrolitici. Acestea erau puțin mai scumpe decât condensatoarele electrolitice, dar nu au explodat. Explică de ce.

Problema aici nu era polaritatea (AC versus DC), deoarece acestea erau nepolarizat condensatori electrolitici care aruncau în aer. Ce a fost o problemă a fost ESR (Equivalent Series Resistance), despre care se știe că condensatorii electrolitici au valori ridicate.

Este posibil ca studenții dvs. să fie nevoiți să facă un pic de revigorare (sau de cercetare pentru prima dată!) Cu privire la semnificația ESR înainte de a putea înțelege de ce valori ESR mari ar putea provoca explozia unui condensator în condiții extreme de funcționare.

Întrebarea 5

Să presupunem că un prieten ar fi dorit să instaleze rețele de filtrare în secțiunea „woofer” a sistemului lor stereo, pentru a împiedica risipirea puterii de înaltă frecvență în difuzoare incapabile să reproducă aceste frecvențe. În acest scop, prietenul tău instalează următoarele rețele de rezistență-condensator:

După ce ați examinat această schemă, vedeți că prietenul dvs. are în minte ideea corectă, dar a implementat-o ​​incorect. Aceste circuite de filtrare ar bloca într-adevăr semnalele de înaltă frecvență să nu ajungă la woofere, dar nu ar atinge obiectivul declarat de a minimiza puterea irosită.

Ce i-ai recomanda prietenului tău în locul acestui design de circuit?

În loc să utilizați o formă de „manevrare” a filtrului trece-jos (rezistor și condensator), ar trebui să se utilizeze o formă „blocantă” de filtru trece-jos (inductor).

Motivul acestei alegeri în proiectarea filtrelor este foarte practic. Rugați elevii să descrie cum funcționează o formă de „manevrare” a filtrului, în care componenta reactivă este conectată în paralel cu sarcina, primind energie printr-un rezistor de serie. Contrastați acest lucru cu o formă de „blocare” a circuitului de filtrare, în care o componentă reactivă este conectată în serie cu sarcina. Într-o formă de filtru, este necesar un rezistor. În cealaltă formă de filtru, nu este necesar un rezistor. Ce diferență are acest lucru în ceea ce privește disiparea puterii în circuitul de filtrare?

Întrebarea 6

principiul suprapunerii descrie modul în care semnalele AC de diferite frecvențe pot fi „amestecate” împreună și ulterior separate într-o rețea liniară, fără ca un semnal să distorsioneze altul. DC poate fi, de asemenea, amestecat în mod similar cu AC, cu aceleași rezultate.

Acest fenomen este frecvent exploatat în rețelele de calculatoare, unde semnalele de alimentare de curent continuu și de curent alternativ (impulsuri de pornire și oprire a tensiunii reprezentând 1-și-0 biți binari) pot fi combinate pe aceeași pereche de fire și mai târziu separate prin circuite de filtrare , astfel încât puterea de curent continuu să meargă la energizarea unui circuit, iar semnalele de curent alternativ să meargă la un alt circuit unde sunt interpretate ca date digitale:

Circuitele de filtrare sunt, de asemenea, necesare la capătul de transmisie al cablului, pentru a preveni transmiterea semnalelor de curent alternativ de către condensatorii sursei de alimentare de curent continuu și pentru a preveni deteriorarea circuitelor sensibile care generează impulsurile de tensiune de curent alternativ.

Desenați câteva circuite de filtrare pe fiecare capăt al acestui cablu cu două fire care îndeplinesc aceste sarcini, de a separa cele două surse una de cealaltă și, de asemenea, de a separa cele două semnale (DC și AC) unul de celălalt la capătul de recepție, astfel încât acestea să poată fi direcționate la diferite sarcini:

Întrebarea de urmărire nr. 1: cum ar putea teorema suprapunerii să fie aplicat acestui circuit, în scopul analizei funcției sale?

Întrebarea de urmărire nr. 2: să presupunem că unul dintre condensatori ar fi fost scurtcircuitat. Identificați ce efect, dacă există, ar avea acest lucru asupra funcționării circuitului. Ce se întâmplă dacă doi condensatori ar fi defectați? Ar conta dacă acei doi condensatori se aflau fie pe partea de transmisie, fie pe cea de recepție, sau dacă unul dintre condensatorii eșuați era pe partea de transmisie și celălalt era pe partea de recepție?

Discutați cu elevii dvs. de ce au fost alese inductoarele ca elemente de filtrare pentru puterea de curent continuu, în timp ce condensatoarele au fost alese ca elemente de filtrare pentru semnalele de date de curent alternativ. Care sunt reactanțele relative ale acestor componente atunci când sunt supuse frecvențelor respective ale semnalelor de date AC (mulți kilohertz sau megahertz) față de sursa de alimentare DC (frecvență = 0 hertz).

Această întrebare este, de asemenea, o bună recenzie a „teoremei suprapunerii”, una dintre cele mai utile și mai ușor de înțeles dintre teoremele de rețea. Rețineți că nu trebuie luate în considerare valori cantitative pentru a înțelege funcția acestei rețele de comunicații. Analizează-l calitativ cu elevii tăi în schimb.

Întrebarea 7

Următoarea schemă arată funcționarea unui receptor radio AM simplu, cu amplificator cu tranzistor:

„Circuitul rezervor” format dintr-o rețea de inductori și condensatori conectați în paralel îndeplinește o funcție de filtrare foarte importantă în acest circuit. Descrieți ce este această funcție de filtrare.

„Circuitul rezervorului” filtrează toate frecvențele radio nedorite, astfel încât ascultătorul să audă un singur post de radio difuzat odată.

Întrebare de urmărire: cum ar putea fi construit un condensator variabil, pentru a se potrivi nevoilor unui circuit ca acesta? Rețineți că intervalul de capacitate pentru un condensator de reglare, cum ar fi acesta, este de obicei în gama pico-Farad.

Provocați-vă elevii să descrie cum să schimbați posturile de pe acest receptor radio. De exemplu, dacă ascultăm un post care difuzează la 1000 kHz și vrem să trecem la un post care transmite la 1150 kHz, ce trebuie să facem circuitului?

Asigurați-vă că discutați cu ei despre construcția unui condensator reglabil (dielectric de aer).

Întrebarea 8

Desenați graficul Bode pentru un ideal circuit filtru trece-sus:

Asigurați-vă că ați notat „frecvența de tăiere” pe parcela dvs.

Întrebare ulterioară: un filtru teoretic cu acest tip de răspuns idealizat este uneori denumit filtru „zid de cărămidă”. Explicați de ce acest nume este potrivit.

Complotul dat în răspuns, desigur, este pentru un filtru ideal pentru trecerea în sus, unde toate frecvențele sub fa tăia calea sunt blocate și toate frecvențele peste fa tăia calea sunt trecute. În realitate, circuitele de filtrare nu ating niciodată acest răspuns ideal de „margine pătrată”. Discutați cu elevii dvs. despre posibilele aplicații ale unui astfel de filtru.

Provocați-i să deseneze comploturile Bode pentru ideal band-pass și band-stop filtre, de asemenea. Exerciții de acest gen chiar ajută la clarificarea scopului circuitelor de filtrare. În caz contrar, există tendința de a pierde perspectiva a ceea ce ar trebui să facă circuitele reale de filtrare, cu graficele Bode complexe corespunzătoare și analizele matematice.

Întrebarea 9

Desenați graficul Bode pentru un ideal circuit filtru trece-jos:

Asigurați-vă că ați notat „frecvența de tăiere” pe parcela dvs.

Întrebare ulterioară: un filtru teoretic cu acest tip de răspuns idealizat este uneori denumit filtru „zid de cărămidă”. Explicați de ce acest nume este potrivit.

Graficul dat în răspuns, desigur, este pentru un filtru trece-jos ideal, unde toate frecvențele sub fa tăia calea sunt trecute și toate frecvențele peste fa tăia calea sunt blocate. În realitate, circuitele de filtrare nu ating niciodată acest răspuns ideal de „margine pătrată”. Discutați cu elevii dvs. despre posibilele aplicații ale unui astfel de filtru.

Provocați-i să deseneze comploturile Bode pentru ideal band-pass și band-stop filtre, de asemenea. Exerciții de acest gen chiar ajută la clarificarea scopului circuitelor de filtrare. În caz contrar, există tendința de a pierde perspectiva a ceea ce ar trebui să facă circuitele reale de filtrare, cu graficele Bode complexe corespunzătoare și analizele matematice.

Întrebarea 10

Identificați ce tip de filtru este acest circuit și calculați frecvența de întrerupere a acestuia având o valoare a rezistorului de 1 kΩ și o valoare a condensatorului de 0,22 μF:

Calculați impedanța atât a rezistorului, cât și a condensatorului la această frecvență. Ce observați despre aceste două valori de impedanță?

Acesta este un low-pass filtru.

Asigurați-vă că întrebați elevii unde au găsit formula frecvenței de tăiere pentru acest circuit de filtrare.

Când elevii calculează impedanța rezistenței și a condensatorului la frecvența de întrerupere, ar trebui să observe ceva unic. Întrebați-vă elevii de ce aceste valori sunt ceea ce sunt la frecvența limită. Este doar o coincidență sau ne spune mai multe despre modul în care este definită „frecvența de întrerupere” pentru un circuit RC?

Întrebarea 11

Identificați ce tip de filtru este acest circuit și calculați frecvența de întrerupere a acestuia:

Acesta este un trecere inalta filtru.

Asigurați-vă că întrebați elevii unde au găsit formula frecvenței de tăiere pentru acest circuit de filtrare.

Întrebarea 12

Identificați ce tip de filtru este acest circuit și calculați frecvența de întrerupere a acestuia:

Acesta este un low-pass filtru.

Asigurați-vă că întrebați elevii unde au găsit formula frecvenței de tăiere pentru acest circuit de filtrare.

Întrebarea 13

Identificați ce tip de filtru este acest circuit, calculați frecvența de tăiere și distingeți terminalul de intrare de terminalul de ieșire:

Acesta este un low-pass filtru.

Terminalul de intrare este în dreapta, în timp ce terminalul de ieșire este în stânga.

Asigurați-vă că întrebați elevii unde au găsit formula frecvenței de tăiere pentru acest circuit de filtrare. De asemenea, întrebați-i cum au reușit să distingă terminalele de intrare și ieșire. Ce s-ar întâmpla dacă aceste terminale ar fi inversate (adică dacă semnalul de intrare ar fi aplicat terminalului de ieșire)?

Întrebarea 14

Formula pentru determinarea frecvenței de întrerupere a unui circuit simplu de filtrare LR arată substanțial diferită de formula utilizată pentru a determina frecvența de întrerupere într-un circuit simplu de filtrare RC. Studenții noi la acest subiect recurg adesea la memorare pentru a distinge o formulă de cealaltă, dar există o modalitate mai bună.

În circuitele simple de filtrare (compuse dintr-o componentă reactivă și un rezistor), frecvența de întrerupere este acea frecvență în care reactanța circuitului este egală cu rezistența circuitului. Utilizați această definiție simplă a frecvenței de întrerupere pentru a obține atât formulele de întrerupere a circuitului de filtrare RC, cât și LR, unde fa tăia calea este definit în termeni de R și fie L sau C.

Acesta este un exercițiu de substituție algebrică, luând formula X = R și introducând f în ea prin substituție, apoi rezolvând pentru f. Prea mulți studenți încearcă să memoreze fiecare lucru nou, mai degrabă decât să își construiască cunoștințele pe baza materialelor învățate anterior. Este surprinzător câte formule electrice și electronice se pot obține doar dintr-o mână de ecuații fundamentale, dacă se știe cum se folosește algebra.

Unele manuale prezintă formula frecvenței de tăiere LR astfel:

Dacă elevii prezintă această formulă, puteți fi destul de siguri că pur și simplu au găsit-o undeva, mai degrabă decât au derivat-o folosind algebra. Desigur, această formulă este exact echivalentă cu cea pe care o dau în răspunsul meu - și este bine să arătăm clasei cum sunt echivalente aceste două - dar punctul real al acestei întrebări este de a-i determina pe elevi să folosească algebra ca instrument practic în înțelegerea lor a teoriei electrice.

Întrebarea 15

Identificați ce tip de filtru este acest circuit și calculați dimensiunea rezistorului necesar pentru a-i oferi o frecvență de tăiere de 3 kHz:

Acesta este un trecere inalta filtru.

Cea mai importantă parte a acestei întrebări, ca de obicei, este ca elevii să vină cu metode de soluție pentru determinarea valorii lui R. Rugați-i să explice cum au ajuns la răspunsul lor și dacă metoda lor de soluție a folosit orice formulă sau principiu folosit în capacitiv circuite de filtrare.

Întrebarea 16

Calculați puterea disipată de sarcina acestui circuit la două frecvențe sursă diferite: 0 Hz (DC) și fa tăia calea.

Ce vă spun aceste cifre despre natura acestui circuit de filtrare (indiferent dacă este un filtru trece-jos sau trece-în sus) și, de asemenea, despre definiția frecvența de tăiere (denumit și f−3 dB)?

Aceste cifre de disipare a sarcinii demonstrează că acest circuit este un low-pass filtru. Ele demonstrează, de asemenea, că disiparea sarcinii la fa tăia calea este exact jumătate din cantitatea de putere pe care filtrul este capabilă să o transmită sarcinii în condiții ideale (maxime).

Dacă elevii dvs. nu au mai întâlnit niciodată evaluări de decibeli (dB), ar trebui să le explicați că -3 dB este o expresie care înseamnă „jumătate de putere” și că de aceea frecvența de întrerupere a unui filtru este adesea denumită jumătate de putere.

Lecția importantă care trebuie învățată aici despre frecvența de tăiere este că definiția sa înseamnă ceva în termeni de putere de încărcare. Nu este ca și cum cineva ar fi decis să definească arbitrar fa tăia calea ca punctul în care sarcina primește 70,7% din tensiunea sursei!

Întrebarea 17

Circuitele de filtrare nu atenuează doar semnalele, ci și schimbă faza semnalelor. Calculați cantitatea de defazare pe care aceste două circuite de filtrare o transmit semnalelor lor (de la intrare la ieșire) care funcționează la frecvența de întrerupere:

Filtru HP: Θ = +45 o (Vafară conduce Vîn)

Filtru LP: Θ = -45 o (Vafară decalează Vîn)

Rețineți că în această întrebare nu sunt date valori ale componentelor, ci doar condiția ca ambele circuite să funcționeze la frecvența de întrerupere. Acest lucru poate cauza probleme unor studenți, deoarece aceștia sunt confortabili doar cu calculele numerice. Structura acestei întrebări îi obligă pe elevi să gândească puțin diferit decât ar putea fi obișnuiți.

Întrebarea 18

Filtrele reale nu prezintă niciodată răspunsuri perfecte ale graficului Bode „cu margine pătrată”. Un circuit tipic de filtrare trece-jos, de exemplu, poate avea un răspuns de frecvență care arată astfel:

Ce înseamnă termenul rostogoli faceți referire la, în contextul circuitelor de filtrare și a graficelor Bode? De ce ar fi important acest parametru pentru un tehnician sau inginer?

„Rolloff” se referă la pantă a graficului Bode în domeniul atenuant al circuitului de filtrare, de obicei exprimat în unități de decibeli pe octavă (dB / octavă) sau decibeli pe deceniu (dB / deceniu):

Atrageți atenția elevilor asupra scării utilizate în acest complot Bode. Aceasta se numește a log-log scala, unde nici axa verticală, nici orizontală nu sunt marcate liniar. Această scalare permite afișarea unei game foarte largi de condiții pe un grafic relativ mic și este foarte frecventă în analiza circuitului de filtrare.

Întrebarea 19

Explicați ce a band-pass filtrul este și cum diferă fie de un circuit de trecere jos, fie de un circuit de trecere înaltă. De asemenea, explicați ce band-stop Filtrul este și desenează graficele Bode reprezentative atât pentru tipurile de filtre de tip band-pass, cât și de tip band-stop.

Un filtru band-pass trece numai acele frecvențe care se încadrează într-un interval specificat sau „bandă”. Un filtru de oprire a benzii, uneori denumit a filtru cu crestături, face exact opusul: atenuează frecvențele care se încadrează într-o bandă specificată.

Întrebare provocare: ce tip de filtru, band-pass sau band-stop, credeți că este utilizat într-un receptor radio (tuner)? Explicați-vă raționamentul.

În această întrebare, am ales să le permit elevilor să deseneze parcele Bode, oferindu-le doar descrieri scrise ale fiecărui tip de filtru.

Întrebarea 20

Un mod comun de reprezentare a sistemelor electronice complexe este diagramă bloc, unde secțiuni funcționale specifice ale unui sistem sunt conturate ca pătrate sau dreptunghiuri, fiecare având un anumit scop și fiecare având intrări și ieșiri. Pentru un exemplu, iată o diagramă bloc a unui osciloscop analogic („raza catodică”) sau CRO:

Diagramele bloc pot fi, de asemenea, utile în reprezentarea și înțelegerea circuitelor de filtrare. Luați în considerare aceste simboluri, de exemplu:

Care dintre acestea reprezintă o low-pass filtru și care reprezintă un filtru trece-sus? Explicați-vă raționamentul.

De asemenea, identificați noile funcții de filtrare create prin combinarea „blocurilor” filtrelor de trecere joasă și înaltă:

În afară de a-i face pe elevi să înțeleagă că filtrele cu funcții de bandă pot fi construite din seturi de blocuri de filtre de trecere joasă și înaltă, această întrebare este cu adevărat destinată inițierii activității de rezolvare a problemelor. Discutați cu elevii dvs. cum ar putea aborda o astfel de problemă pentru a vedea cum reacționează circuitele. Ce „experimente de gândire” au încercat în mintea lor să investigheze aceste circuite?

Întrebarea 21

Ce fel de acțiune de filtrare (high-pass, low-pass, band-pass, band-stop) oferă acest circuit rezonant?

Acest circuit este un band-pass filtru.

Ca de obicei, rugați-vă elevii să vă explice De ce răspunsul este corect, nu doar repetați răspunsul dat!

Întrebarea 22

Ce fel de acțiune de filtrare (high-pass, low-pass, band-pass, band-stop) oferă acest circuit rezonant?

Acest circuit este un band-stop filtru.

Ca de obicei, rugați-vă elevii să vă explice De ce răspunsul este corect, nu doar repetați răspunsul dat!

Întrebarea 23

Identificați fiecare dintre aceste tipuri de filtre și explicați Cum ați putut identifica pozitiv comportamentele lor:

Întrebare de urmărire: în fiecare dintre circuitele prezentate, identificați cel puțin unul singur defecțiune a componentelor care are capacitatea de a împiedica orice tensiune a semnalului să ajungă la bornele de ieșire.

Unele dintre aceste modele de filtrare sunt rezonante în natură, în timp ce altele nu. Circuitele rezonante, mai ales atunci când sunt realizate cu componente high-Q, se apropie de caracteristicile ideale pentru trecerea în bandă (sau -blocare). Discutați cu elevii dvs. diferitele strategii de proiectare între filtrele de bandă rezonante și cele non-rezonante.

Filtrul de trecere înaltă care conține atât inductori, cât și condensatori poate părea la început să fie o formă de filtru rezonant (adică band-pass sau band-stop). De fapt voi rezonează la o anumită frecvență, dar comportamentul său general este încă high-pass. Dacă elevii întreabă despre acest lucru, puteți răspunde cel mai bine la întrebările lor utilizând software-ul de simulare pe computer pentru a stabili comportamentul unui circuit similar (sau sugerând să facă simularea singuri).

În ceea ce privește întrebarea de urmărire, ar fi un exercițiu bun să discutăm care sunt erorile de componente sugerate care sunt mai probabile decât altele, având în vedere relativ probabilitatea ca condensatorii să se defecteze, iar inductoarele și rezistențele să fie deschise.

Întrebarea 24

Identificați următoarele tipuri de filtre și fiți pregătiți să vă explicați răspunsurile:

Unele dintre aceste modele de filtrare sunt rezonante în natură, în timp ce altele nu. Circuitele rezonante, mai ales atunci când sunt realizate cu componente high-Q, se apropie de caracteristicile ideale pentru trecerea în bandă (sau -blocare). Discutați cu elevii dvs. diferitele strategii de proiectare între filtrele de bandă rezonante și cele non-rezonante.

Deși proiectele filtrelor de bandă rezonante au caracteristici (teoretice) aproape ideale, filtrele de bandă construite doar cu condensatori și rezistențe sunt de asemenea populare. Întrebați-vă elevii de ce ar putea fi acest lucru. Există vreun motiv pentru care inductoarele ar putea fi evitate în mod intenționat la proiectarea circuitelor de filtrare?

Întrebarea 25

frecvența de tăiere, de asemenea cunoscut ca si jumătate de putere sau -3dB punct, fie a unui filtru low-pass, fie a unui filtru high-pass este destul de ușor de definit. Dar ce zici de circuitele de filtrare band-pass și band-stop? Conceptul de „frecvență de tăiere” se aplică acestor tipuri de filtre? Explică-ți răspunsul.

Spre deosebire de filtrele low-pass și high-pass, circuitele de filtrare band-pass și band-stop au Două frecvențe de tăiere (fc1 și fc2)!

Această întrebare oferă o bună oportunitate de a cere elevilor să deseneze graficul Bode al unui filtru tip band-pass sau band-stop pe tablă în fața clasei pentru a ilustra conceptul. Nu vă fie teamă să lăsați elevii să urce în fața clasei pentru a-și prezenta concluziile. Este o modalitate excelentă de a-ți construi încrederea în ei și, de asemenea, de a ajuta la suprimarea iluziei că tu (profesorul) ești Autoritatea Supremă a clasei!

Întrebarea 26

Trasați răspunsul tipic al unui circuit de filtrare band-pass, arătând ieșirea semnalului (amplitudinea) pe axa verticală și frecvența pe axa orizontală:

De asemenea, identificați și etichetați lățime de bandă a circuitului de pe filtru.

Lățimea de bandă a unui circuit de filtrare band-pass este acea gamă de frecvențe în care amplitudinea de ieșire este de cel puțin 70,7% din maxim:

Lățimea de bandă este un concept important în electronică, pentru mai mult decât circuite de filtrare. Studenții dvs. pot descoperi referințe la lățimea de bandă a amplificatoarelor, a liniilor de transmisie și a altor elemente de circuit în timp ce își fac cercetările. În ciuda numeroaselor și variate aplicații ale acestui termen, principiul este fundamental același.

Întrebarea 27

Trăiți răspunsul tipic al unui circuit de filtrare band-stop, arătând ieșirea semnalului (amplitudinea) pe axa verticală și frecvența pe axa orizontală:

De asemenea, identificați și etichetați lățime de bandă a circuitului de pe filtru.

Lățimea de bandă a unui circuit de filtrare band-stop este acea gamă de frecvențe în care amplitudinea de ieșire este redusă la cel puțin 70,7% din atenuarea completă:

Lățimea de bandă este un concept important în electronică, pentru mai mult decât circuite de filtrare. Studenții dvs. pot descoperi referințe la lățimea de bandă a amplificatoarelor, a liniilor de transmisie și a altor elemente de circuit în timp ce își fac cercetările. În ciuda numeroaselor și variate aplicații ale acestui termen, principiul este fundamental același.

Întrebarea 28

Graficați răspunsurile tipice de frecvență a patru circuite de filtrare diferite, arătând ieșirea semnalului (amplitudinea) pe axa verticală și frecvența pe axa orizontală:

De asemenea, identificați și etichetați lățime de bandă a circuitului de filtrare pe fiecare parcela.

Deși „lățimea de bandă” este de obicei aplicată mai întâi filtrelor band-pass și band-stop, elevii trebuie să-și dea seama că se aplică și celorlalte tipuri de filtre. Această întrebare, pe lângă revizuirea definiției lățimii de bandă, revizuiește și definiția frecvenței de tăiere. Rugați elevii să explice de unde provine cifra de 70,7%. Aluzie: jumătate de putere punct!

Întrebarea 29

A zgomot alb sursa este un tip special de sursă de tensiune a semnalului CA care emite o bandă largă de frecvențe („zgomot”) cu o amplitudine constantă în intervalul său nominal. Determinați ce ar arăta afișajul unui analizor de spectru dacă este conectat direct la o sursă de zgomot alb și, de asemenea, dacă este conectat la un filtru trece-jos care este la rândul său conectat la o sursă de zgomot alb:

Scopul acestei întrebări, pe lângă furnizarea unui mod convenabil de a caracteriza un circuit de filtrare, este de a introduce elevilor conceptul de a sursa de zgomot alb și, de asemenea, să le consolideze înțelegerea funcției unui analizor de spectru.

În cazul în care cineva observă, rețineți că derularea afișată pentru acest circuit de filtrare este foarte abrupt! Acest tip de răspuns clar nu a putut fi realizat niciodată cu un filtru simplu cu o rezistență, cu un singur condensator („ordinul întâi”). Ar trebui să fie un circuit de filtru analogic în mai multe etape sau un fel de circuit de filtrare activ.

Întrebarea 30

Preziceți modul în care funcționarea acestui circuit de filtrare pasivă de ordinul doi va fi afectată ca urmare a următoarelor defecțiuni. Luați în considerare fiecare defecțiune independent (adică una câte una, fără defecte multiple):

Condensator C1 nu se deschide: condensatorul C2 eșuează pe scurtcircuit: Rezistorul R1 nu se deschide: Rezistorul R2 nu se deschide: Podul de lipit (scurt) peste rezistorul R2:

Pentru fiecare dintre aceste condiții, explicați De ce efectele rezultate vor apărea.

Scopul acestei întrebări este de a aborda domeniul depanării circuitelor dintr-o perspectivă de a cunoaște care este defectul, mai degrabă decât de a cunoaște doar care sunt simptomele. Deși aceasta nu este neapărat o perspectivă realistă, aceasta îi ajută pe elevi să-și construiască cunoștințele fundamentale necesare pentru a diagnostica un circuit defect din datele empirice. Întrebări precum aceasta ar trebui să fie urmate (în cele din urmă) de alte întrebări prin care elevii să identifice defecțiunile probabile pe baza măsurătorilor.

Întrebarea 31

Factorul Q al unui circuit inductiv în serie este dat de următoarea ecuație:

De asemenea, știm că reactanța inductivă poate fi găsită prin următoarea ecuație:

Știm, de asemenea, că frecvența de rezonanță a unui circuit LC serie este dată de această ecuație:

Prin substituția algebrică, scrieți o ecuație care dă factorul Q al unui circuit LC rezonant în serie exclusiv în termeni de L, C și R, fără referire la reactanța (X) sau frecvența (f).

Acesta este doar un exercițiu de algebră. Cu toate acestea, cunoașterea modului în care aceste trei valori componente afectează factorul Q al unui circuit rezonant este o perspectivă valoroasă și practică!

Întrebarea 32

Calculați frecvența de rezonanță, lățimea de bandă și punctele de jumătate de putere ale următorului circuit de filtrare:

Întrebare de urmărire: cum ar afecta scăderea Q („factorul de calitate”) al circuitului pe lățimea de bandă sau ar avea deloc?

Formulele necesare pentru calcularea acestor parametri sunt ușor de obținut din orice text electronic de bază. Niciun student nu ar trebui să aibă probleme în găsirea acestor informații.

Întrebarea 33

Să presupunem că câteva rotații de sârmă în cadrul inductorului din acest circuit de filtrare au devenit brusc scurtcircuitate, astfel încât inductorul are efectiv mai puține rotații de sârmă decât înainte:

Ce fel de efect ar avea această defecțiune asupra acțiunii de filtrare a acestui circuit?

Frecvența de rezonanță a circuitului ar fi crește.

Întrebare provocare: ce s-ar întâmpla cu Q-ul acestui circuit de filtrare ca urmare a defecțiunii din inductor?

Determinarea efectului asupra frecvenței rezonante este o chestiune simplă de analiză calitativă cu formula frecvenței rezonante. Efectul asupra Q (întrebare provocare) poate fi răspuns la fel de ușor dacă elevii cunosc formula care leagă lățimea de bandă de L, C și R.

Întrebarea 34

O tehnologie interesantă care datează cel puțin până în anii 1940, dar care este și astăzi de interes transportator de linie electrică: capacitatea de a comunica informații, precum și puterea electrică peste conductorii de linie de alimentare. Comunicarea electronică de date prin cablu constă în semnale de înaltă frecvență, de joasă tensiune, în timp ce puterea electrică este de joasă frecvență, de înaltă tensiune. Din motive destul de evidente, este important să puteți separa aceste două tipuri de cantități de tensiune de curent alternativ de intrarea în echipamentele greșite (în special puterea de curent alternativ de înaltă tensiune de a ajunge la circuite de comunicații electronice sensibile).

Iată o diagramă simplificată a unui sistem purtător de linie electrică:

Transmițătorul de comunicații este prezentat în formă simplificată ca sursă de tensiune alternativă, în timp ce receptorul este prezentat ca rezistor. Deși fiecare dintre aceste componente este mult mai complexă decât ceea ce este sugerat de aceste simboluri, scopul aici este de a arăta emițătorul ca un sursă de AC de înaltă frecvență și receptorul ca sarcină de AC de înaltă frecvență.

Urmăriți circuitul complet pentru semnalul de înaltă frecvență CA generat de „Transmițător” în diagramă. Câți conductori de linie de alimentare sunt folosiți în acest circuit de comunicații? Explicați cum combinația dintre rețelele LC „capcană de linie” și condensatori de „cuplare” asigură faptul că echipamentul de comunicații nu devine niciodată expus la puterea electrică de înaltă tensiune transportată de liniile de curent și vice-versa.

Întrebarea de urmărire nr. 1: urmăriți calea curentului de încărcare a frecvenței de linie (50 Hz sau 60 Hz) în acest sistem, identificând ce componentă a filtrelor de capcană de linie (L sau C) este mai importantă pentru trecerea puterii la sarcină. Amintiți-vă că filtrele de capcană de linie sunt reglate pentru a rezona la frecvența semnalului de comunicație (50-150 kHz este tipic).

Întrebarea de urmărire nr. 2: unitățile de condensare de cuplare utilizate în sistemele purtătoare de curent electric sunt dispozitive de înaltă tensiune cu destinație specială. Una dintre caracteristicile unui condensator de cuplare standard este o scânteie destinate să „prindă” tensiunile care decurg din trăsnet și alte evenimente tranzitorii de pe linia electrică:

Explicați cum ar trebui să funcționeze o astfel de scânteie și de ce funcționează ca un dispozitiv de protecție la supratensiune.

Deși tehnologia purtătorului de linie electrică nu este utilizată la fel de mult pentru comunicații în sistemele de distribuție de înaltă tensiune pe cât a fost - acum, când tehnologia de comunicații cu microunde, fibră optică și satelit a înlocuit această tehnică mai veche - este încă utilizată în sistemele de alimentare cu tensiune mai mică inclusiv cablarea rezidențială (acasă). Întrebați-vă elevii dacă au auzit de vreo tehnologie de consum capabilă să transmită orice fel de date sau informații de-a lungul cablajului de la priză. „X10” este o tehnologie matură pentru a face acest lucru, iar în acest moment (2004) există dispozitive disponibile pe piață care permit conectarea telefoanelor la prizele de alimentare pentru a conecta telefoanele din diferite camere împreună fără a fi nevoie să adăugați cabluri telefonice speciale.

Chiar dacă studenții dvs. nu au aflat încă despre sistemele de alimentare trifazate sau transformatoarele, ar trebui să poată discerne calea circuitului semnalului de comunicații, pe baza a ceea ce știu despre condensatori și inductori și modul în care răspund la semnalele arbitrare frecventa inalta.

Informațiile despre unitățile de condensare de cuplare au fost obținute de la pagina 452 din Cartea de referință pentru electronica industrială, publicat de John Wiley & amp Sons în 1948 (a patra tipărire, iunie 1953). Deși tehnologia purtătorului de linie electrică nu este la fel de utilizată acum ca atunci, cred că are o mare valoare educațională pentru studenți care doar învață despre circuitele de filtrare și ideea de a amesteca semnale de frecvență diferită în același circuit.

Întrebarea 35

În acest sistem purtător de linie electrică, o pereche de condensatori de cuplare conectează o unitate „Transmițător” de înaltă frecvență la doi conductori de linie de alimentare, iar o pereche similară de condensatori de cuplare conectează o unitate „Receptor” la aceiași doi conductori:

În timp ce condensatorii de cuplare singuri sunt adecvați pentru a îndeplini funcția de filtrare necesară necesară echipamentelor de comunicații (pentru a preveni deteriorarea de la puterea electrică de înaltă tensiune, de asemenea, transportată de linii), cuplarea semnalului poate fi mai eficientă prin introducerea a două reglarea liniei unități:

Explicați de ce adăugarea mai multor componente (în serie, nu mai puțin!) Oferă o „conexiune” mai bună între unitățile emițător și receptor de înaltă frecvență decât condensatoarele de cuplare. Indicație: frecvența de funcționare a echipamentelor de comunicații este fixă ​​sau cel puțin variabilă doar într-un interval îngust.

Introducerea unităților de reglare a liniei crește eficiența cuplării semnalului prin exploatarea principiului rezonanţă între condensatori conectați în serie și inductori.

Întrebare provocatoare: există multe aplicații în electronică în care cuplăm semnalele de curent alternativ de înaltă frecvență doar prin intermediul condensatoarelor. Dacă reactivitatea capacitivă este o problemă, folosim condensatori de o valoare suficient de mare încât reactanța să fie minimă. De ce nu ar fi aceasta o opțiune practică într-un sistem de transport de linii electrice ca acesta? De ce nu am putea (sau de ce ar noi nu) alegem doar condensatori de cuplare cu capacități foarte mari, în loc să adăugăm componente suplimentare la sistem?

Deși tehnologia purtătorului de linie electrică nu este utilizată la fel de mult pentru comunicarea în sistemele de distribuție de înaltă tensiune pe cât a fost - acum, când tehnologia de comunicații cu microunde, fibră optică și satelit a ajuns la vârstă - este încă utilizată în sistemele de alimentare cu tensiune mai mică, inclusiv cablare rezidențială (acasă). Întrebați-vă elevii dacă au auzit de vreo tehnologie de consum capabilă să transmită orice fel de date sau informații de-a lungul cablajului de la priză. „X10” este o tehnologie matură pentru a face acest lucru, iar în acest moment (2004) există dispozitive disponibile pe piață care permit conectarea telefoanelor la prizele de alimentare pentru a conecta telefoanele din diferite camere împreună fără a fi nevoie să adăugați cabluri telefonice speciale.

Cred că aceasta este o aplicație cu adevărat îngrijită a rezonanței: natura complementară a inductoarelor la condensatoare funcționează pentru a depăși cuplarea mai puțin decât ideală oferită doar de condensatori. Discutați întrebarea provocării cu studenții dvs., cerându-le să ia în considerare unele dintre limitările practice ale condensatoarelor și cum o pereche rezonantă inductor / condensator rezolvă problema cuplării liniei mai bine decât un condensator supradimensionat.

Întrebarea 36

Următorul circuit se numește a twin-tee filtru:

Cercetați ecuația care prezice frecvența „notch” a acestui circuit, având în vedere raporturile de valoare ale componentelor prezentate.

Răspunsul la această întrebare este pur și simplu o chestiune de cercetare! Există multe referințe la care ar putea merge un student pentru informații despre filtrele cu două tee.

Întrebarea 37

Să presupunem că acest filtru de oprire a benzii ar trebui să înceapă brusc să acționeze ca un filtru trece-sus. Identificați o eroare a unei singure componente care ar putea provoca această problemă:

Dacă rezistorul R3 deschise eșuate, ar provoca această problemă. Cu toate acestea, acesta nu este numai eșec care ar putea provoca același tip de problemă!

Rugați elevii să explice de ce un R deschis2 ar face ca acest filtru să acționeze ca high-pass în loc de band-stop. Apoi, cereți-le să identifice alte posibile defecțiuni ale componentelor care ar putea provoca un efect similar.

Apropo, acest circuit de filtrare ilustrează popularul twin-tee topologia filtrului.

Întrebarea 38

Examinați următoarea diagramă schematică pentru un circuit de control al tonului audio:

Determinați care potențiometru controlează tonurile de bas (frecvență joasă) și care controlează tonurile înalte (frecvență înaltă) și explicați cum ați făcut aceste determinări.

Cel mai important răspuns la această întrebare este Cum elevii dvs. au ajuns la identificările corecte ale potențiometrului. Dacă niciunul dintre studenții dvs. nu a reușit să afle cum să identifice potențiometrele, dați-le acest sfat: folosiți teorema suprapunerii pentru a analiza răspunsul acestui circuit atât la semnale de joasă frecvență, cât și la semnale de înaltă frecvență. Să presupunem că pentru tonurile de bas condensatorii sunt opaci (Z = ∞) și că pentru tonurile înalte sunt transparente (Z = 0). Răspunsurile ar trebui să fie clare dacă urmează această tehnică.

Această tehnică generală de rezolvare a problemelor - analizând două sau mai multe scenarii „extreme” pentru a compara rezultatele - este una importantă pentru ca elevii dvs. să se familiarizeze. Este extrem de util în analiza circuitelor de filtrare!

Întrebarea 39

Examinați următorul circuit de control al tonului audio, utilizat pentru a controla echilibrul basului și al înălțimilor auzite la căști de la o sursă audio, cum ar fi un radio sau un CD player:

Să presupunem că, după ce ați lucrat foarte bine timp destul de mult, brusc nu s-au mai auzit tonuri de bas prin căști. Identificați cel puțin două defecțiuni la componente sau cabluri care ar putea provoca acest lucru.

Iată câteva posibilități:

R1 deschiderea eșuată Rpot1 deschiderea eșuată L1 nu a reușit Deschideți conexiunile de cablu între oricare dintre componentele enumerate mai sus

Circuitul prezentat în întrebare nu este foarte practic pentru utilizarea directă a căștilor, cu excepția cazului în care se utilizează rezistențe de valoare mică. În caz contrar, pierderile sunt prea mari și volumul maxim suferă. O îmbunătățire față de circuitul original este aceea în care un transformator de potrivire este utilizat pentru a crește în mod eficient impedanța căștilor:

Întrebarea 40

Să presupunem că următorul circuit de control al tonului audio are o problemă: al doilea potențiometru (Rpot2) pare să acționeze mai mult ca un control simplu al volumului decât un control al tonului. În loc să regleze cantitatea de sunete auzite la căști, se pare că reglează volumul tonurilor de bas și de sunet la fel:

Ce crezi că ar putea fi în neregulă cu acest circuit? Presupunând că a fost proiectat corect și a funcționat bine de ceva timp, ce componentă sau eroare de cablu ar putea explica acest comportament?

Cel mai probabil condensator C1 a eșuat scurtcircuitat.

Discutați cu elevii dvs. cum funcționează acest circuit înainte de a-și oferi ideile pentru componente sau fire defecte. Trebuie să înțelegeți principiul (principiile) de funcționare de bază al unui circuit înainte de a-l putea depana eficient!

Întrebarea 41

Să presupunem că următorul circuit de control al tonului audio are o problemă: primul potențiometru (Rpot1) pare să acționeze mai mult ca un control simplu al volumului decât un control al tonului. În loc să regleze cantitatea de bas auzită la căști, se pare că reglează volumul de bas și tonurile înalte la fel:

Ce crezi că ar putea fi în neregulă cu acest circuit? Presupunând că a fost proiectat corect și a funcționat bine de ceva timp, ce componentă sau eroare de cablu ar putea explica acest comportament?

Cel mai probabil inductor L1 a eșuat scurtcircuitat.

Discutați cu elevii dvs. cum funcționează acest circuit înainte de a-și oferi ideile pentru componente sau fire defecte. Trebuie să înțelegeți principiul (principiile) de funcționare de bază al unui circuit înainte de a-l putea depana eficient!

Întrebarea 42

Controlul „zgomotului” electric în sistemele electrice auto poate fi problematic, deoarece există multe surse de tensiune „zgomot” în întreaga mașină. Aprinderile cu scânteie și alternatoarele pot genera ambele tensiuni de zgomot substanțiale, suprapuse tensiunii de curent continuu în sistemul electric al unei mașini. O modalitate simplă de a modela electric acest zgomot este de a-l atrage ca o sursă de „zgomot de tensiune” alternativă în serie cu sursa de curent continuu. Dacă acest zgomot intră într-un amplificator radio sau audio, rezultatul va fi un sunet iritant produs la difuzoare:

Ce ați sugera ca „soluție” pentru această problemă dacă un prieten v-ar ruga să vă aplicați expertiza electronică în sistemul lor zgomotos pentru mașină? Asigurați-vă că furnizați cel puțin două sugestii practice.

Aceasta este poate cea mai ușoară soluție, de a instala un condensator foarte mare (Cimens) în paralel cu încărcarea audio:

Cu toate acestea, există și alte soluții mai sofisticate!

Întrebare de urmărire: utilizați teorema de suprapunere pentru a arăta De ce condensatorul atenuează zgomotul electric fără a interfera cu transferul de energie continuă la radio / amplificator.

Întrebarea de urmărire este încă un alt exemplu de cât de practică este teorema suprapunerii atunci când se analizează circuitele de filtrare.

Întrebarea 43

A rezonator elicoidal este un tip special de filtru band-pass utilizat în mod obișnuit în circuitele de recepție radio VHF și UHF. Un astfel de dispozitiv este alcătuit din mai multe cavități metalice, fiecare conținând o spirală (bobină) de sârmă conectată la cavitate la un capăt și liberă la celălalt. Sloturile tăiate între cavități permit cuplarea între bobine, cu intrarea la un capăt extrem și ieșirea la celălalt:

Ilustrația de mai sus prezintă un rezonator elicoidal în trei trepte, cu plăci metalice reglabile în partea de sus a fiecărei spirale pentru reglare. Desenați o reprezentare schematică a acestui rezonator și explicați de unde provine capacitatea care permite fiecărei bobine să formeze un circuit rezonant.

Întrebare de urmărire: de ce credeți că ar fi necesare mai multe etape ale circuitelor reglate („rezervor”) într-un circuit tuner de înaltă calitate? De ce nu folosiți doar un singur circuit de rezervor ca filtru? Nu ar fi asta mai simplu și mai puțin costisitor?

Dacă studenților le este greu să vadă de unde vine capacitatea, reamintiți-le că avem de-a face foarte frecvențe înalte aici și că aerul dintre părțile metalice este un dielectric suficient pentru a crea capacitatea necesară.

Cuplarea dintre bobine poate fi puțin mai dificil de înțeles, mai ales dacă studenții dvs. nu au studiat încă inductanța reciprocă. Este suficient să spunem că energia este transferată între bobine cu pierderi reduse la frecvențe înalte, permițând un semnal RF să intre la un capăt al rezonatorului și să iasă din celălalt fără ca firele să conecteze fizic etapele împreună.

Întrebarea 44

Învățarea analizei matematice a circuitelor necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, studenții se antrenează rezolvând o mulțime de eșantioane de probleme și verificându-și răspunsurile împotriva celor oferite de manual sau de instructor. Deși acest lucru este bun, există o modalitate mult mai bună.

De fapt, veți învăța mult mai mult construirea și analizarea circuitelor reale, lăsând echipamentul de testare să ofere „răspunsurile” în locul unei cărți sau altei persoane. Pentru exerciții de succes de construire a circuitelor, urmați acești pași:

  1. Măsurați cu atenție și înregistrați toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului.
  2. Desenați schema pentru circuitul de analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe o placă de măsurare sau pe un alt mediu convenabil.
  4. Verificați acuratețea construcției circuitului, urmărind fiecare fir către fiecare punct de conectare și verificând aceste elemente unul câte unul pe diagramă.
  5. Analizați matematic circuitul, rezolvând toate valorile de tensiune și curent.
  6. Măsurați cu atenție toate tensiunile și curenții, pentru a verifica acuratețea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în raport cu diagrama, apoi recalculați cu atenție valorile și măsurați din nou.

Pentru circuitele de curent alternativ în care reactanțele inductive și capacitive (impedanțele) sunt un element semnificativ în calcule, recomand inductori și condensatori de înaltă calitate (high-Q) și alimentarea circuitului cu tensiune de joasă frecvență (frecvența liniei de alimentare funcționează bine) pentru a minimiza efecte parazitare. Dacă aveți un buget restrâns, am constatat că tastaturile muzicale electronice ieftine servesc bine ca „generatoare de funcții” pentru a produce o gamă largă de semnale audio de frecvență audio. Asigurați-vă că alegeți o „voce” de la tastatură care imită îndeaproape o undă sinusoidală (vocea „panflute” este de obicei bună), dacă formele de undă sinusoidale sunt o presupunere importantă în calculele dumneavoastră.

Ca de obicei, evitați valorile rezistenței foarte mari și foarte mici, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de „încărcarea” contorului. Recomand valori de rezistență între 1 kΩ și 100 kΩ.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați în mod incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este reutilizarea acelorași componente într-o varietate de configurații de circuite diferite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea niciunei componente de mai multe ori.

Lăsați electronii înșiși să vă ofere răspunsurile la propriile „probleme de practică”!

Experiența mea a fost că elevii necesită multă practică cu analiza circuitelor pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să rezolve și oferă răspunsuri studenților pentru a-și verifica munca. În timp ce această abordare îi face pe elevi abili în teoria circuitelor, nu reușește să-i educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. De asemenea, au nevoie de circuite practice practice de construire și de a folosi echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui construi propriile lor „probleme de practică” cu componente reale și încearcă să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică „prinde viață”, iar studenții dobândesc cunoștințe practice pe care nu le-ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru urmarea acestei metode de practică este acela de a preda elevii metodă științifică: procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece fac ocazional erori de construcție a circuitului.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revedea câteva dintre „regulile” pentru construirea circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în același mod socratic în care ați discuta în mod normal întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și ce nu ar trebui să facă. Nu încetez niciodată să fiu uimit de cât de prost înțeleg elevii instrucțiunile atunci când sunt prezentate într-un format tipic de prelegere (monologul instructorului)!

O modalitate excelentă de a introduce studenții în analiza matematică a circuitelor reale este de a le determina mai întâi valorile componentelor (L și C) din măsurători de tensiune și curent alternativ. Cel mai simplu circuit, desigur, este o singură componentă conectată la o sursă de alimentare! Acest lucru nu numai că îi va învăța pe elevi să configureze corect și în siguranță circuitele de curent alternativ, dar îi va învăța și cum să măsoare capacitatea și inductanța fără echipamente de testare specializate.

O notă privind componentele reactive: utilizați condensatori și inductori de înaltă calitate și încercați să utilizați frecvențe joase pentru alimentarea cu energie electrică. Transformatoarele mici de putere reduse funcționează bine pentru inductoare (cel puțin două inductoare într-un singur pachet!), Atât timp cât tensiunea aplicată oricărei înfășurări a transformatorului este mai mică decât tensiunea nominală a transformatorului pentru acea înfășurare (pentru a evita saturația miezului ).

O notă pentru acei instructori care s-ar putea plânge de timpul „pierdut” necesar pentru ca studenții să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care urmează cursul dvs.?

Dacă elevii dvs. vor lucra cu circuite reale, atunci ar trebui să învețe pe circuite reale ori de câte ori este posibil. Dacă scopul dvs. este să educați fizicieni teoretici, atunci rămâneți cu analize abstracte, din toate punctele de vedere! Dar majoritatea dintre noi planificăm ca studenții noștri să facă ceva în lumea reală cu educația pe care o oferim. Timpul „pierdut” petrecut în construirea unor circuite reale va plăti dividende uriașe atunci când va veni momentul ca ei să își aplice cunoștințele la probleme practice.

Mai mult, dacă elevii își construiesc propriile probleme de practică, îi învață cum să performeze cercetare primara, împuternicindu-i astfel să-și continue educația electrică / electronică în mod autonom.

În majoritatea științelor, experimentele realiste sunt mult mai dificile și mai costisitoare de realizat decât circuitele electrice. Profesorilor de fizică nucleară, biologie, geologie și chimie le-ar plăcea pur și simplu să poată studenții să aplice matematică avansată la experimente reale care nu prezintă niciun pericol de siguranță și costă mai puțin decât un manual. Ei nu pot, dar tu poți. Exploatați comoditatea inerentă științei dvs. și fă-i pe acei studenți ai tăi să își practice matematica pe o mulțime de circuite reale!


Primul mod în care ați postat este corect și funcționează pentru mine. Singura explicație pentru că nu funcționează poate fi că rulați o versiune mai veche a WTForms, a funcționat pentru mine pe 1.0.1

Cred că această problemă este cauzată de atributul de date al câmpului care suprascrie valoarea implicită cu ceva pe care WTForms nu îl înțelege (de exemplu, un obiect model DB - așteaptă un int). Acest lucru s-ar întâmpla dacă ați completat formularul în constructor astfel:

soluția este să setați manual atributul de date după ce formularul a fost completat:

Utilizator Flask-WTF 0.14.2 aici. Deci, acest răspuns este pentru oricine are probleme similare cu mine.

Practic, niciuna dintre soluțiile anterioare nu funcționează corect cu form.validate_on_submit ().

Setarea form.test_field.data va schimba într-adevăr valoarea implicită atunci când pagina este încărcată, dar datele ramâne acelasi după validate_on_submit (modificările utilizatorilor în browser nu au efect).

Setarea form.test_field.default apoi apelați form.process () modifică, de asemenea, valoarea atunci când pagina este încărcată, dar validate_on_submit nu va reuși.

Iată noua modalitate de a face acest lucru:

Există câteva modalități de a face acest lucru. Primul dvs. fragment de cod este într-adevăr corect.

Totuși, dacă doriți să faceți acest lucru într-o vizualizare dinamic, puteți face și:

Aceasta este o setare de alegeri cu SelectField când utilizați un int, funcționează astfel:

În cazul în care utilizați flask_wtf și doriți să setați o valoare implicită pentru diferite domenii SelectField imbricate într-o listă de câmpuri ca aceasta

soluția este de a suprascrie datele, nu implicit așa cum v-ați aștepta.

Practic această soluție este similară cu răspunsul Elliots de mai sus. Am vrut doar să ofer o soluție pentru cazul mai complex al unei Liste de câmp. nikitz a menționat într-un comentariu că există un efect secundar: form.validate_on_submit () nu funcționează dacă suprascrieți date! Puteți crea o soluție simplă în care să dezactivați suprascrierea datelor atunci când apelați validate_on_submit ().

Nu este super elegant, dar funcționează.

PS: Reputația mea este prea mică pentru a comenta direct răspunsul corect al lui Elliot.


Ce este o modulare de frecvență?

modulația frecvenței poate fi definit ca frecvența semnalului purtător variază proporțional cu (în conformitate cu) Amplitudinea semnalului de modulare a intrării. Intrarea este o undă sinusoidală cu un singur ton. Purtătorul și formele de undă FM sunt, de asemenea, prezentate în figura următoare.

Generarea modulației de frecvență

Frecvența unui purtător (fc) va crește pe măsură ce amplitudinea semnalului de modulare (de intrare) crește. Frecvența purtătorului va fi maximă (fc max) atunci când semnalul de intrare este la vârf. Transportatorul se abate maxim de la valoarea sa normală. Frecvența unui purtător va scădea pe măsură ce amplitudinea semnalului de modulare (de intrare) scade.

Frecvența purtătorului va fi minimă (fc min) când semnalul de intrare este cel mai mic. Transportatorul deviază minim de la valoarea sa normală. Frecvența purtătorului va fi la valoarea sa normală (liberă) fc atunci când valoarea semnalului de intrare este 0V. Nu există nicio abatere în transportator. Figura arată frecvența undei FM atunci când intrarea este la max, 0V și la min.

diagramă bloc de modulare a frecvenței este prezentat mai jos. Semnalul mesajului conține datele specifice, în timp ce următorul semnal nu are date cunoscute sub numele de semnal purtător.

Modularea acestor semnale va avea ca rezultat un semnal FM modulat. Acest semnal este mai esențial, deoarece frecvența acestui semnal va curge în sus și în jos în funcție de amplitudinea semnalului. Deci această modificare a frecvenței poate fi reprezentată în kHz (kilohertz). De exemplu, odată ce variația frecvenței este de 3 kHz în sus și amplificator în jos, atunci se semnifică ca ± 3 kHz.

Istoria FM

În timpul radioului, statica era principala problemă și modul în care toată lumea a încercat să scadă efectele statice a fost să scadă lățimea de bandă. Deci, în această metodă, s-a primit mai puțin zgomot prin receptor.Edwin Armstrong a fost un inginer american, așa că a examinat această problemă și amplificator dacă FM, mai degrabă decât AM ar putea oferi un beneficiu.

În 1928, el pur și simplu a început să extindă ideea cu ajutorul FM & amp, a mărit BW în loc să-l micșoreze. Dar, din diferite motive, ideile sale nu sunt acceptate de alții. Imediat, el s-a adresat Radio Corporation of America sau RCA, ei au fost impresionați de ideile sale, dar RCA s-a concentrat pur și simplu pe televizor, așa că nu vor să redirecționeze nicio resursă către un nou tip de difuzare.

După multe necazuri, a lansat un post de radio în anul 1939 pentru a demonstra eficiența FM. Pentru a păstra acest & amp alte stații urmând o bandă de frecvențe între frecvențe de 42 MHz și amp 50 MHz. Dar după război, FCC din SUA a modificat banda de frecvență atribuită între 88 MHz și 108 MHz.
Chiar dacă a existat o durere de bază, deoarece mii de aparate de radio au fost vândute și trupa a fost acceptată în întreaga lume, care este în prezent formația VHF FM. În plus, un fel de bandă îngustă FM a devenit faimos pentru comunicațiile mobile UHF și amp VHF.

Abaterea frecvenței

  • Se numește cantitatea de modificare a frecvenței purtătoare produsă de amplitudinea semnalului de modulare a intrării abaterea de frecvență.
  • Frecvența purtătorului variază între fmax și fmin pe măsură ce intrarea variază în amplitudine.
  • Diferența dintre fmax și fc este cunoscută sub numele de deviație de frecvență. fd = fmax & # 8211 fc
  • În mod similar, diferența dintre fc și fmin este, de asemenea, cunoscută sub numele de deviație de frecvență. fd = fc –fmin
  • Se notează cu Δf. Prin urmare Δf = fmax & # 8211 fc = fc & # 8211 fmin
  • Prin urmare fd = fmax & # 8211 fc = fc - fmin

Modularea amplitudinii semnalului

Abaterea frecvenței = 105 -100 = 5 MHz (sau) Abaterea frecvenței = 95-100 = -5 MHz

Modulare de frecvență Ecuaţie

Ecuația FM include următoarele

v = A sin [wct + (Δf / fm) sin wmt]

A = Amplitudinea semnalului FM. Δf = Abaterea frecvenței

mf = Indicele de modulație al FM

mf se numește indicele de modulație al modulației de frecvență.

Ce este indicele de modulație al modulației în frecvență?

indicele de modulație al FM este definit ca raportul dintre abaterea de frecvență a purtătorului și frecvența semnalului de modulare

mf = Indicele de modulare al FM = f / fm

Modularea frecvenței în sistemele de comunicații

În telecomunicații, există două tipuri de tehnici de modulare a frecvenței utilizate, cum ar fi modulația de frecvență analogică și modulația de frecvență digitală a amplificatorului.

În modulația de frecvență analogică, semnalul de date poate fi modulat printr-un semnal purtător sinusos în continuă schimbare. Acest semnal purtător include diferite proprietăți, cum ar fi frecvența, amplitudinea și faza amplificatorului, care sunt utilizate în principal pentru crearea AM și amplificatorului PM.

Modulația de frecvență digitală poate fi clasificată fie ca FSK (tasta de schimbare a frecvenței), ASK (tasta de deplasare a amplitudinii) sau PSK (tasta de schimbare a fazelor) care funcționează ca analogică. Tehnica de modulație analogică este utilizată în mod normal pentru difuzarea cu unde scurte AM, FM și amp, în timp ce tehnica de modulație digitală utilizată pentru a transmite semnale binare precum 0 și amp 1.

Tehnicile utilizate în FM sunt oscilatorul cu diodă varactor și bucla blocată în fază. În tehnica oscilatorului cu diodă varactor, dioda este aranjată în circuit pentru a modifica frecvența. Deci, această tehnică oferă transmisiuni în bandă îngustă. În tehnica PLL, oferă un FM remarcabil. Deci, în această tehnică, fazele sunt constrânse în buclă pentru a schimba frecvența.

FM în analiza vibrațiilor

Procesul de măsurare, precum și analiza nivelurilor semnalelor de vibrație, modelele, altfel frecvența mașinilor pentru a observa acțiuni de vibrații neregulate și amplificatorul, estimează puterea completă a mașinii și # 8217 împreună cu componentele lor. Acest tip de analiză este deosebit de util de către mașinile rotative, unde există dispozitive de defect care pot cauza abateri de modulare a amplitudinii și frecvenței amplificatorului.

Metoda de demodulare detectează direct aceste frecvențe de modulație, deci este utilizată pentru recuperarea datelor din semnalul purtător modulat.

Lățimea de bandă a semnalului de modulare a frecvenței

Lățimea de bandă este unul dintre elementele principale ale semnalului FM. În semnalul FM, benzile laterale se vor extinde pe fiecare parte, care se va extinde până la infinit, cu toate acestea, puterea lor scade. În mod favorabil, este potențialul de a restricționa BW-ul unui semnal FM fără a-i modifica valoarea excesiv.

Reamintim, lățimea de bandă a unui semnal complex ca FM este diferența dintre componentele sale de frecvență cea mai mare și cea mai mică și este exprimată în Hz (Hz). Lățimea de bandă se ocupă doar de frecvențe. AM are doar două benzi laterale (USB și LSB), iar lățimea de bandă a fost de 2 fm.

În FM nu este atât de simplu. Spectrul de semnal FM este destul de complex și va avea un număr infinit de benzi laterale așa cum se arată în figură. Această figură oferă o idee despre modul în care spectrul se extinde pe măsură ce indicele de modulație crește. Benzile laterale sunt separate de purtător prin fc ± fm, fc ± 2fm, fc ± 3fm și așa mai departe.

Lățimea de bandă a semnalului FM

Doar primele câteva benzi laterale vor conține cea mai mare parte a puterii (98% din puterea totală) și, prin urmare, doar aceste câteva benzi sunt considerate a fi benzi laterale semnificative.

De regulă, denumită adesea regula Carson & # 8217s, 98% din puterea semnalului în FM este conținută într-o lățime de bandă egală cu frecvența de deviere, plus frecvența de modulație dublată.

Regula lui Carson: Lățimea de bandă a FM BWFM = 2 [Δf + fm].

= 2 fm [mf + 1]

FM este cunoscut sub numele de sistem de lățime de bandă constantă. De ce?

Modulația de frecvență este cunoscută sub numele de sistem de lățime de bandă constantă și un exemplu al acestui sistem este dat mai jos.

  • Δf = 75 KHz fm = 500 Hz BWFM = 2 [75 + (500/1000)] KHz = 151,0 KHz
  • Δf = 75 KHz fm = 5000 Hz BWFM = 2 [75 + (5000/1000)] KHz = 160,0 KHz
  • Δf = 75 KHz fm = 10000 Hz BWFM = 2 [75 + (10000/1000)] KHz = 170,0 KHz
  • Deși frecvența de modulare a crescut de 20 de ori (50 Hz la 5000 Hz), deviația a crescut doar marginal (151 KHz la 170 KHz). Prin urmare, FM este cunoscut ca un sistem de lățime de bandă constantă.
  • Comercial FM (regula lui Carson).
  • Abaterea frecvenței maxime = 75 KHz
  • Frecvență maximă modulantă = 15 KHz
  • BWFM = 2 [75 + 15] = 180,0 KHz

Diferența dintre modularea amplitudinii și modularea frecvenței

Modularea amplitudinii vs modularea frecvenței este discutată mai jos.

Modulație de amplitudineModulare de frecvență
În modulația amplitudinii, amplitudinea unui semnal purtător s-a modificat pe baza semnalului de date. Semnalele de radiodifuziune AM utilizează frecvențe de transportor redus pentru a parcurge distanțe mari. Uneori, semnalele de modulare a amplitudinii sunt capabile să sară din ionosferă. În comparație cu FM, distanța parcursă prin AM este mare.În modulația de frecvență, frecvența undei purtătoare poate fi modificată pe baza semnalului care conține date. Semnalele radio includ BW ridicat în comparație cu semnalele radio AM. Aceste semnale vă ajută să oferiți o calitate bună a sunetului. FM permite, de asemenea, trimiterea de semnale stereo.
La mijlocul anilor 1870, a fost dezvoltată prima transmisie audioFm a fost dezvoltat în anul 1930 în SUA, de Edwin Armstrong.
În AM, semnalul radio este cunoscut sub numele de purtător și amplificator, atât faza cât și frecvența amplificatorului rămân aceleașiÎn FM, semnalul radio este cunoscut ca un semnal purtător, cu toate acestea, amplitudinea, precum și faza, rămân aceleași
Mai predispus la zgomotMai puțin expus la zgomot
Claritatea sunetului AM este slabă, însă poate transmite distanțe mariFM are un BW ridicat, inclusiv o calitate bună a sunetului
Frecvența AM variază de la 535 kHz și # 8211 1705 kHzFrecvența FM variază de la 88 MHz și # 8211 108 MHz în spectrul superior
Indicele de modulație al AM variază de la 0 la 1Indicele de modulație al FM este mai mare de 1
Acesta include pur și simplu două benzi lateraleInclude o serie de benzi laterale
Are un circuit ușorAre un circuit dificil
În AM, amplitudinea semnalului purtătorului poate fi modificată pentru a transmite informațiile.În FM, frecvența semnalului operator poate fi modificată pentru a transmite informațiile
Are o lățime de bandă mai mică de 10 kHz.Are o lățime de bandă mare de 200 kHz
AM funcționează în MF (frecvență medie) și amp HF (frecvență înaltă).FM funcționează cu frecvență foarte mare

Cheia diferențele dintre AM și FM include următoarele.

  • Ecuația pentru FM: V = A sin [wct + Δf / fm sin wmt] = A sin [wct + mf sin wmt]
  • Ecuația pentru AM = Vc (1 + m sin ωmt) sin ωct unde m este dat de m = Vm / Vc
  • În FM, indicele de modulație poate avea orice valoare mai mare de 1 sau mai mică decât una
  • În AM, indicele de modulație va fi între 0 și 1
  • În FM, amplitudinea purtătorului este constantă.
  • Prin urmare, puterea transmisă este constantă.
  • Puterea transmisă nu depinde de indicele de modulație depinde de indicele de modulație
  • PTotal = Pc [1+ (m2 / 2)]
  • Numărul benzilor laterale semnificative în FM este mare.
  • Doar două benzi laterale în AM
  • A lățimea de bandă a FM depinde de indicele de modulație al FM
  • Lățimea de bandă nu depinde de indicele de modulație al AM. Întotdeauna 2 benzi laterale. BW de AM este de 2 fm
  • FM are o imunitate mai bună la zgomot. FM este robust / robust împotriva zgomotului. Calitatea FM va fi bună chiar și în prezența zgomotului.
  • În AM, calitatea este afectată grav de zgomot
  • Lățimea de bandă cerută de FM este destul de mare. Lățimea de bandă FM = 2 [Δf + fm].
  • Lățimea de bandă necesară de AM este mai mică (2 fm), iar receptorul este foarte complex și foarte scump.
  • Circuitele pentru emițătorul și receptorul AM sunt simple și mai puțin costisitoare

Avantajele modulației de frecvență

Avantajele modulației de frecvență includ următoarele.

  • Mai puțin zgomot și interferențe
  • Zonele de service sunt bine definite pentru puterea specificată a emițătorului.
  • În comparație cu modulația amplitudinii, FM include un consum redus de energie.
  • Puterea radiată este mai mică.
  • Bandele de pază separă canalele FM din apropiere.
  • Interferențe geografice mai mici între stațiile adiacente.
  • Raport S / N (semnal / zgomot) îmbunătățit, de 25 dB, în raport cu intruziunea provocată de om
  • Tehnica de modulare se aplică cu ușurință la o fază de putere redusă a transmițătorului:
  • Este potențialul de a utiliza amplificatoare RF eficiente, inclusiv semnale cu frecvență modulată.

Dezavantaje ale modulației de frecvență

Dezavantajele modulației de frecvență includ următoarele.

  • Costul ridicat al echipamentului este ridicat
  • Latime de banda mare
  • Zona de recepție a semnalului FM este mică.
  • Antenele pentru sistemele FM trebuie ținute aproape pentru o mai bună comunicare
  • Mult mai multă lățime de bandă (de până la 20 de ori mai mare).
  • Receptor și emițător mai complicat.
  • FM are o eficiență spectrală mai slabă decât alte formate de modulație:
  • Necesită un demodulator mai complicat:
  • Unele alte moduri au o eficiență spectrală mai mare a datelor:
  • Benzile laterale se extind la infinit orice parte
  • Eficiența spectrală a FM este slabă în comparație cu alte metode de modulație
  • Folosește un demodulator mai complicat:
  • Alte moduri includ o eficiență spectrală ridicată a datelor
  • Benzile laterale se extind până la infinit de ambele părți

Astfel, este vorba despre o privire de ansamblu asupra modulației de frecvență. aplicații ale modulației de frecvență includ radiodifuziune FM, radar, prospecție seismică, telemetrie și observarea amplificatorilor pentru confiscarea prin EEG, sinteză muzicală, sisteme radio bidirecționale, sisteme de înregistrare cu bandă magnetică, sisteme de difuzare video etc. Din cele de mai sus, în cele din urmă, putem concluziona că, în modulația de frecvență, atât eficiența, cât și lățimea de bandă depind de indicele maxim de modulație și frecvența de modulare. Spre deosebire de modulația amplitudinii, semnalul de modulare a frecvenței are o lățime de bandă mai mare, o eficiență superioară și o imunitate îmbunătățită față de zgomot. Care sunt diferitele tipuri de tehnici de modulare în sistemele de comunicații?


Câștig de tensiune în dBs

Deși este obișnuit să descriem câștigul de tensiune al unui amplificator ca atâția decibeli, aceasta nu este într-adevăr o utilizare exactă a unității. Este bine să utilizați decibeli pentru a compara ieșirea unui amplificator la frecvențe diferite, deoarece toate măsurătorile puterii de ieșire sau ale tensiunii sunt efectuate pe aceeași impedanță (sarcina amplificatorului), dar când se descrie câștigul de tensiune (între intrare și ieșire) ale unui amplificator, tensiunile de intrare și ieșire sunt dezvoltate pe impedanțe destul de diferite. Cu toate acestea, este destul de larg acceptat să se descrie și câștigul de tensiune în decibeli.

Fig 1.3.3 Curba de răspuns la tensiunea audio

Când câștigul de tensiune (Av) sau câștig curent (Aeu) este reprezentată grafic în funcție de frecvență, punctele & minus3dB sunt locul în care câștigul scade la 0,707 din câștigul maxim (banda medie).

Observați că convertirea raporturilor de tensiune în dB utilizează 20 log (Vafară/ Vîn)

Descrierea câștigului de tensiune al unui amplificator care produce o tensiune de ieșire de 3,5V pentru o intrare de 35mV ca fiind 40dB, echivalează cu a spune că tensiunea de ieșire este de 100 de ori mai mare decât tensiunea de intrare.

Pentru a inversa procesul și pentru a converti dB-urile într-un raport de tensiune, de exemplu, utilizați:

Rețineți că parantezele sunt importante, iar antilogul poate fi afișat pe tastaturile calculatorului ca 10 x sau 10 & # 94 și este, de asemenea, Shift + jurnal. Utilizați aceeași formulă pentru raportul de câștig curent dBs și pentru a converti dB într-un raport de putere, înlocuiți pur și simplu 20 din formula cu 10.

Un avantaj al utilizării dB-urilor pentru a indica câștigul amplificatoarelor este că în amplificatoarele cu mai multe etape, câștigul total al unei serii de amplificatoare exprimat în rapoarte simple, ar fi produsul câștigurilor individuale:

Av1 x Av2 x Av3 x Av4. etc.

Acest lucru poate produce un număr foarte mare, dar totalul câștigurilor individuale exprimate în dB ar fi suma câștigurilor individuale:

De asemenea, pierderile datorate circuitelor precum filtre, atenuatoare etc. sunt scăzute pentru a da pierderea totală.


Filtre active

Iată un catalog de circuite la nivel de linie pe care le-am găsit utile pentru construirea difuzoarelor active. Multe alte topologii sunt posibile, dar trebuie analizată întotdeauna capacitatea de manipulare a semnalului unui circuit și contribuția acestuia la zgomotul general al sistemului înainte de a-l alege. Un pachet software CAD, cum ar fi CircuitMaker, este cel mai convenabil pentru analiza și proiectarea filtrelor active. Software-ul LspCAD vă permite să vedeți cum un filtru activ modifică răspunsul de frecvență măsurat al unui driver și vă permite să-l optimizați pentru un răspuns țintă. Toate filtrele de nivel de linie de mai jos sunt incluse în versiunile standard și profesionale LspCAD. Valorile componentelor pentru toate filtrele de mai jos și pentru o sursă de alimentare dublă pot fi determinate dintr-o foaie de calcul de proiectare a circuitului contribuită de Bernhard Faulhaber. Acoperă mai multe cazuri decât foaia de calcul anterioară de Alister Sibbald.

1 - Etapa tampon
2 - 12 dB / oct Crossover Linkwitz-Riley
3 - 24 dB / oct Crossover Linkwitz-Riley
4 - Întârzierea corectării
5 - Raftarea circuitului pasiv low & amp pasiv
6 - Circuit pasiv de rafturi și amplificator de rafturi
7 - Filtru cu crestături
Egalizare dipol 8 - 6 dB / oct
Egalizare high-pass 9-12 dB / oct (& quot; Transformare Linkwitz & quot, Biquad)
10 - Câștig variabil și atenuare fixă ​​a amplificatorului
11 - Șofer de linie
12 - Alimentare
13 - Plăci cu circuite imprimate
14 - Literatură

1 - Etapa tampon

Un tampon ca prima etapă a unui crossover / egalizator activ oferă impedanța sursei scăzută necesară următoarelor rețele de filtrare. Tamponul oferă, de asemenea, o sarcină de impedanță ridicată circuitului de ieșire al preamplificatorului și opțiunea unui filtru de trecere înaltă pentru blocarea c.c. (w-xo-lp2.gif, pmtm-eq1.gif, 38xo_eq.gif) Sus

2 - 12 dB / oct Crossover Linkwitz-Riley

Cele două ieșiri ale filtrului crossover LR2 sunt defazate la 180 de grade la toate frecvențele, ceea ce necesită utilizarea unuia dintre driverele cu polaritate inversată, astfel încât cele două ieșiri acustice să se adauge în fază. La frecvența de încrucișare, ieșirile filtrului sunt cu 6 dB în jos.
Frecvența acustică și răspunsul polar sunt controlate de filtrele electrice și de răspunsul driverelor montate. Filtrul electric nu va da rezultatele dorite, dacă există o suprapunere și o planeitate insuficiente ale răspunsului de frecvență al șoferului și atunci când acestea sunt decalate una de cealaltă. Acest lucru poate fi corectat în multe cazuri prin adăugarea unei rețele de corectare a defazării. Consider încrucișarea marginal utilă, deoarece rularea de 12 dB / oct a filtrului de trecere înaltă sub frecvența de încrucișare nu reduce excursiile conului unui șofer când se obține un răspuns de frecvență plat. Presupunerea mea anterioară că întârzierea de grup a unui crossover LR4 de ordinul 4 la frecvențe joase ar introduce distorsiuni sonore nu a fost corectă. Prin urmare, vă recomand să nu utilizați crossover-ul LR2. (38xo_eq1.gif, FAQ19, xo12-24b.gif)

Circuitul LR2 utilizează topologia filtrului activ Sallen-Key pentru a implementa funcția de transfer de ordinul doi. Răspunsul este definit de w 0 și Q0 care setează locația unei perechi de poli în frecvența complexă s-plan și cu încă două zerouri la s = 0 pentru filtrul de trecere înaltă. În cazul filtrelor LR2 Q0 = 0,5 și Q0 = 0,71 pentru fiecare dintre cele două filtre în cascadă de ordinul doi care formează filtrul LR4. Răspunsul în frecvență este obținut prin setarea s = j w și rezolvarea funcției de transfer pentru magnitudine și fază. Formulele de mai jos pot fi utilizate pentru a proiecta filtre cu valori diferite pentru w 0 sau Q0, sau pentru a analiza un circuit dat pentru w 0 și Q0 valori.

Orice filtre Linkwitz-Riley de comandă pot fi implementate printr-o cascadă de filtre Sallen-Key de ordinul 2. Q0 valorile pentru fiecare etapă sunt listate în tabelul de mai jos. Valorile componentelor fiecărei etape pentru o anumită frecvență de încrucișare f0 poate fi calculat folosind Q0 și selectarea unei valori convenabile pentru C2 sau R2 în formulele de mai sus.

LR2 LR4 LR6 LR8 LR10
Î0 a etapei 1 0.5 0.71 0.5 0.54 0.5
Î0 a etapei 2 0.71 1.0 1.34 0.62
Î0 a etapei 3 1.0 0.54 1.62
Î0 a etapei 4 1.34 0.62
Î0 a etapei 5 1.62
panta dB / octavă 12 24 36 48 60

Filtrele încrucișate de ordin superior LR4 nu sunt probabil utile, din cauza creșterii vârfului în întârzierea grupului în jurul valorii de f0.
Top

3 - 24 dB / oct Crossover Linkwitz-Riley

Filtrul crossover 24 dB / oct LR4 oferă ieșiri care sunt decalate la 360 de grade în fază la toate frecvențele. La frecvența de tranziție Fp, răspunsul este cu 6 dB în jos. Rețeaua electrică va oferi răspunsul exact al filtrului acustic vizat numai dacă driverele sunt plate și se suprapun larg. Acest lucru este rareori cazul. Pante abrupte ale filtrului fac ca răspunsul acustic combinat să fie mai puțin sensibil la erorile de mărime din răspunsurile conducătorului auto, dar erorile de schimbare de fază trebuie, de obicei, să fie corectate cu o rețea suplimentară de tip allpass. (xo12-24b.gif, 38xo_eq1.gif, models.htm # E) Sus


Russ Riley și Siegfried Linkwitz, septembrie 2006, Douglas City, CA
În anii șaizeci, începutul anilor șaptezeci, am lucrat cu Russ Riley la laboratorul de cercetare și amplificare Palo Alto Hewlett-Packard pentru dezvoltarea echipamentelor de testare RF și microunde. La fel ca mulți alți ingineri, am avut „G-Jobs”, construind lucruri precum aprinderi electronice pentru bug-urile și camionetele noastre VW, receptoare FM, demodulatoare FM cu lățime a impulsurilor blocate în fază, receptoare cu unde scurte, amplificatoare audio și pre și putere, analizoare audio a treia octavă , egalizatoare pentru căști și, desigur, difuzoare.După măsurarea răspunsurilor acustice și electrice ale difuzoarelor comerciale, le-am egalizat și am încercat să înțelegem de ce au fost proiectate cu aspecte ciudate ale șoferului, au folosit deflectoare mari, au fost umplute cu o varietate de materiale de amortizare interne și au folosit diverse tehnici de rigidizare și amortizare a cutiei. În cele din urmă le-am reproiectat complet și ne-am construit propriile difuzoare. Russ și soția sa, Vicky, un organist desăvârșit, au avut întotdeauna urechile cele mai critice și de încredere. A fost un inginer de proiectare ingenios, un contribuitor puternic, care ne-a inspirat și provocat pe mulți dintre noi în proiectele noastre de proiectare HP și neoficiale.
Russ s-a retras după peste 40 de ani în R & ampD pentru HP / Agilent și acum locuiește împreună cu soția sa într-o vale de munte îndepărtată, într-o adevărată cabană de bușteni, printre pere, pruni și nuci, tufișuri de boabe, pui și cerbi, sunetele pârâul, și pinii și brazii care urcă pe pante. El a murit liniștit în cabana sa de bușteni la 6 decembrie 2010.

4 - Întârzierea corectării

O secțiune de filtru allpass de prim ordin cu răspuns de amplitudine plat, dar schimbare de fază care se schimbă de la 0 grade la -180 grade, sau -180 grade la -360 grade, este adesea utilizată pentru a corecta diferențele de răspuns de fază între driverele. Mai multe secțiuni pot întârzia ieșirea tweeterului și pot compensa conducătorul auto care este montat înainte de gama medie. Circuitele de încrucișare active care nu includ circuite de corecție a fazelor sunt doar marginal utilizabile. (allpass.gif, allpass2.gif, models.htm # E, 38xo_eq1.gif) Sus

5 - Raftare lowpass

Acest tip de circuit este util pentru a susține răspunsul la frecvență joasă pentru a compensa creșterea frecvenței ridicate de la difracția marginii panoului frontal. Poate servi și pentru egalizarea frecvenței reduse de la un difuzor deschis. (shlv-lpf.gif, 38xo_eq1.gif) Sus

O versiune RC pasivă a raftului lowpass pentru rafturi este prezentată mai jos.

6 - Raftare highpass

Un circuit utilizat pentru a spori frecvențele înalte sau pentru a netezi tranziția între un woofer montat pe podea și un midrange de sine stătător. (shlv-hpf.gif, 38xo_eq1.gif, models.htm # F) Sus

O versiune RC pasivă a raftului highpass pentru rafturi este prezentată mai jos.

7 - Filtru cu crestături

Filtrele de notch sunt utilizate pentru a introduce scufundări în răspunsul de frecvență pentru a anula rezonanțele șoferului sau ale camerei. Cele trei circuite de mai sus au același răspuns. A) este dificil de realizat din cauza inductorului mare. B) este utilizat pentru a elimina vârful în răspunsul dipolic de 6 dB / oct. C) oferă valori convenabile ale componentelor pentru EQ de cameră sub 100 Hz. (camera EQ, inductr1.gif, inductr2.gif, 38xo_eq1.gif) Sus

Egalizare dipol 8 - 6 dB / oct

Egalizarea derulării răspunsului în frecvență dipol necesită de obicei nu numai o creștere de 6 dB / oct față de frecvențe joase, ci și eliminarea unui vârf în răspuns. (Modele A2) Cele trei circuite diferă prin capacitatea lor de a elimina un astfel de vârf.

A) Filtrul de trecere jos pentru rafturi nu se poate corecta pentru un vârf.
B) Circuitul bazat pe punte T este limitat sub forma unor curbe care pot fi realizate. De asemenea, are un câștig mai mare pentru zgomotul opamp decât semnalul la frecvențe înalte.
C) Raftul lowpass cu filtru de notch adăugat este cel mai flexibil circuit. (models.htm # D) Sus

Egalizare high-pass 9-12 dB / oct (& quot; Transformare Linkwitz & quot, Biquad)

Majoritatea șoferilor prezintă un comportament de trecere înaltă de ordinul doi, deoarece constau din sisteme mecanice de amortizare a conformității masei. Acestea sunt descrise de o pereche de zerouri la originea planului s și o pereche de poli complexi cu o locație definită de Fs și Qt. Circuitul de mai sus permite plasarea unei perechi de zerouri complexe (Fz, Qz) deasupra perechii de poli pentru a compensa exact efectul lor. O nouă pereche de poli (Fp, Qp) poate fi apoi plasată la o frecvență mai mică sau mai mare pentru a obține un răspuns de frecvență diferit, mai dorit.
Acest lucru permite extinderea răspunsului unui woofer cu cutie închisă la frecvențe mai mici, în exemplul de circuit de mai sus de la 55 Hz la 19 Hz, cu condiția ca șoferul să aibă capacitatea de deplasare a volumului adecvată și manevrarea puterii. Răspunsul de frecvență al egalizatorului este prezentat mai jos, corectând un woofer cu răspuns maxim (Qp = 1,21) și rulare timpurie (Fp = 55 Hz), pentru a obține un răspuns care este de 6 dB în jos la 19 Hz și cu Q = 0,5.

Răspunsurile asociate fazei și întârzierii grupului sunt prezentate mai jos.

Răspunsul în frecvență nu numai că este extins, dar și răspunsul în timp este îmbunătățit, așa cum este indicat de depășirea redusă și soneria răspunsului la pasul cu filtru de trecere înaltă de tăiere inferioară.

Din descrierea în plan s a funcțiilor de transfer se poate observa că polii complexi ai driverului din casetă sunt anulați de un set de zerouri complexe din egalizator. Polii axelor reale specificate ale egalizatorului, împreună cu zerourile driverului la originea planului s, determină răspunsul general al difuzorului în frecvență și timp.

Acțiunea egalizatorului este dificil de vizualizat în domeniul timpului, deoarece forma de undă de ieșire a driverului este convoluția semnalului de intrare s (t) cu răspunsul la impuls al egalizatorului h1(t), care la rândul său trebuie să fie implicat cu răspunsul la impuls h2(t) a șoferului. Convoluția este un proces prin care valoarea curentă a răspunsului în timp este determinată de integralul ponderat în timp față de comportamentul trecut. Mai jos sunt răspunsurile combinației driver, egalizator și driver-egalizator, dacă semnalul de intrare s (t) este un impuls.

Mai ilustrative sunt răspunsurile la un plic dreptunghiular cu 4 cicluri, 70 Hz, tonburst s (t). De exemplu, ieșirea driverului este convoluția rafalei s (t) cu răspunsul impulsului driverului h2(t). Rețineți că faza driverului conduce semnalul de intrare, așa cum s-ar aștepta pentru un răspuns de trecere înaltă. La oprirea exploziei de intrare la 57,14 ms, răspunsul șoferului sună spre zero, guvernat de Fp = 55 Hz și Qp = 1,21.

Răspunsul la ieșirea egalizatorului rămâne la intrarea în rafală. Acest semnal va forța conducătorul auto o corecție de răspuns, astfel încât să nu mai fie dominat de Fp = 55 Hz și Qp = 1,21. Semnalul de ieșire a egalizatorului este implicat cu răspunsul la impuls h2(t) a driverului pentru a obține ieșirea driverului egalizată dorită. Acum, descompunerea ieșirii driverului urmează răspunsul filtrului de trecere înaltă de ordinul 2 determinat de Qp = 0,5 și Fp = 19 Hz ale egalizatorului, după ce excitația sa oprit.
Desigur, niciunul dintre parametrii mecanici ai driverului, cum ar fi masa, conformitatea și amortizarea, nu au fost modificați în procesul de egalizare, doar semnalul de intrare către driver a fost modificat.

Circuitul de mai sus poate fi, de asemenea, utilizat pentru a corecta frecvența de joasă frecvență a unui tweeter, astfel încât tweeterul egalizat să devină o secțiune de filtrare într-un high-pass acustic LR4 exact. (f0Q0fpQp.gif, pz-eql.xls, f0Q0.gif, FAQ15, sb80-3wy.htm, sb186-48.gif, sb186-50.gif)

„CFL Linkwitz Transform Designer with Monte Carlo Sensitivity Ananlysis” de Charlie Laub simplifică selectarea valorii componentelor și arată efectul toleranțelor componentelor asupra răspunsului în frecvență. Rețineți că LT se bazează pe o măsurare a parametrilor driverului Fs și Qt. Doar parametrii mici ai semnalului sunt ușor de definit. Fs și Qt se schimbă odată cu creșterea nivelului semnalului și în diferite grade pentru diferiți șoferi. Acest lucru face ca egalizarea să fie imprecisă, dar rămâne eficientă în practică.
Top

10 - Câștig variabil și atenuare fixă ​​a amplificatorului

Un avantaj major al crossover-urilor active la nivel de linie este eficiența cu care driverele cu sensibilitate diferită pot fi combinate într-un sistem de difuzoare. Cele trei circuite utilizează potențiometre conice liniare, dar obțin o variație a câștigului care este aproximativ liniară în dB. Circuitele B și C presupun o sarcină de 10k ohm, cum ar fi impedanța de intrare a amplificatorului de putere. Circuitul A este optim între treptele filtrului datorită impedanței sale reduse de ieșire. Amplasarea etapei de câștig variabil în lanțul de filtrare trebuie luată în considerare cu atenție, deoarece afectează performanța zgomotului și manipularea semnalului. (gain-adj.gif, attnrout.gif, 38xo_eq1.gif) Sus

Ocazional este necesară o atenuare fixă ​​de A dB sau a pentru tensiunea de intrare V2 a unei etape de circuit cu impedanță de intrare R3 atunci când este acționată de la un amplificator operațional cu tensiunea de ieșire V1. În exemplul de mai jos se dorește o atenuare de 3 dB (a = 1,41). Sarcina Rin văzută de opamp ar trebui să fie de aproximativ 2000 ohm. Următorul stadiu amplificator are o impedanță de intrare de 10k ohm.

Pentru proiectarea unui atenuator cu impedanță de ieșire specificată Rout vezi: attnrout.gif

11 - Șofer de linie

Etapa de ieșire a filtrului trebuie să fie capabilă să conducă cabluri, care au de obicei o capacitate de ordinul a 150 pF pe metru lungime, fără a intra în oscilație. Un rezistor de 196 ohmi menține o componentă de sarcină rezistivă și legarea ieșirii la intrarea negativă pentru frecvențe în afara benzii (& gt100 kHz) reduce câștigul buclei. Toate circuitele de mai sus pot conduce cabluri dacă se utilizează amplificatoare operaționale precum OPA2134 sau OPA2604. În majoritatea cazurilor nu este necesar să aveți un driver de linie separat.

Performanța circuitelor active trebuie verificată întotdeauna pentru decuparea între etape și pentru oscilația cu un osciloscop cu bandă largă (& gt10 MHz). Top

12 - Alimentare

Vă recomand să lăsați efortul de a construi o sursă de alimentare reglementată unuia dintre numeroșii furnizori care oferă modele de priză de perete și de masă. O specificație de ieșire de +/- 12 V la +/- 15 V DC la & gt250 mA și cu & lt1% ondulare și zgomot va fi suficientă. Adesea astfel de consumabile pot fi găsite la magazinele electronice excedentare. Top

13 - Plăci cu circuite imprimate WM1 și MT1

Pentru a simplifica construcția egalizatoarelor și a crossover-urilor active la nivel de linie, ofer trei circuite imprimate, ORION / ASP, WM1 și MT1. Urmele circuitului sunt dispuse pentru a permite o varietate de modele de filtre. Depinde de utilizator să stabilească configurația reală a circuitului și valorile componentelor. Apoi componentele și jumperile necesare sunt încărcate în locațiile corespunzătoare de pe placă pentru a obține răspunsul dorit al filtrului. Voi oferi informații specifice pentru asamblarea crossover-ului / egalizatorului PHOENIX pe placa ORION / ASP și o transformare Linkwitz pe placa WM1.

WM1 este conceput pentru a implementa funcționalitatea circuitelor 1, 5, 6, 7, 8, 9 sau 10 și diverse combinații ale acestora. Placa de circuit oferă două dintre topologiile de mai jos pentru două canale de egalizare sau pentru o corecție mai elaborată a răspunsului cu un singur canal.

Placa WM1 poate fi utilizată pentru:

  • Egalizarea unui difuzor existent cu crossover-uri pasive, corecția pasului defect și extinderea răspunsului la frecvență joasă.
  • Egalizarea pol-zero a unui woofer cu cutie închisă și a unui filtru low-pass crossover LR2. Câștig variabil.
  • Egalizarea pol-zero a unui midrange și a unui filtru LR2 crossover highpass.
  • Egalizarea wooferului dipol cu ​​notch și câștig variabil. LR2 crossover lowpass.
  • Egalizarea wooferului dipol pentru driverele Qts mici.
  • Egalizare a frecvenței joase, a canalelor individuale și a răspunsului general al difuzoarelor cu mai multe căi, atât timp cât elementele acestei topologii vă permit să generați răspunsul de care aveți nevoie.
  • Egalizarea wooferului suplimentar, FAQ10, FAQ15

MT1 este conceput pentru a implementa funcționalitatea circuitelor 1, 2, 3, 4, 5, 10 sau 11 și diverse combinații ale acestora. Pe placa de circuit sunt două dintre topologiile de mai jos.

Placa MT1 poate fi utilizată pentru a construi:

  • Un difuzor cu 2 căi cu încrucișări de ordinul 1, 2, 3 sau 4. Canalul tweeterului are circuite variabile de câștig și întârziere pentru a alinia centrul acustic al tweeterului cu wooferul. Etapa tampon de intrare poate oferi o corecție de răspuns polar de 4 p la 2 p (pas deflector).
  • Canalele de tweeter și midrange ale unui sistem cu 3 căi. Filtrul de trecere înaltă midrange al wooferului până la crossover mediu ar trebui să fie furnizat de placa WM1.
  • Canalele tweeter și midrange superioare sau midrange superioare și inferioare ale unui sistem cu 4 căi.
  • O mare varietate de filtre active la nivel de linie multi-canal în combinație cu placa WM1.
  • Crossover pentru woofer suplimentar, FAQ10, FAQ15

Plăcile de circuite sunt instrumente practice pentru a experimenta și a învăța despre electronica activă. Veți descoperi că sistemele de difuzoare active vă oferă libertatea de a se potrivi cu drivere cu sensibilități foarte diferite, sunt mai ușor de proiectat și pot oferi o precizie mai mare a reproducerii sunetului decât este posibil cu crossover-uri și filtre de nivel înalt pasiv.

Consultați pagina Circuit Board pentru informații despre comandă. Top

14 - Literatură

Multe informații utile pot fi obținute din notele de aplicație ale diferiților producători de opamp. Dacă aveți nevoie de o reîmprospătare sau de o introducere în circuite, citiți:

[1] Martin Hartley Jones, O introducere practică a circuitelor electronice, Cambridge University Press, 1995. Este un text bine ilustrat, ușor de citit, dar solid din punct de vedere tehnic. Acoperă o gamă largă de dispozitive - de la tuburi la circuite integrate - și multe funcții de bază ale circuitelor.

Următoarele cărți acoperă o serie de concepte și aprofundează subiecte specifice relevante pentru a consolida înțelegerea circuitelor electronice și a modelelor electroacustice.

[2] Herman J. Blinchikoff și amp Anatol I. Zverev, Filtrarea în domeniile de timp și frecvență, John Wiley, 1976. O privire largă și fundamentală asupra filtrelor.
[3] Arthur B. Williams și amplificatorul Fred J. Taylor, Manual de proiectare a filtrelor electronice, McGraw-Hill, 1995. Formule de proiectare și analiză pentru toate tipurile de filtre.
[4] Jasper J. Goedbloed, Compatibilitate electromagnetica, Prentice Hall, 1990. Concepte și practici fundamentale pentru tratarea interferențelor de frecvență radio.
[5] Henry W. Ott, Tehnici de reducere a zgomotului în sistemele electronice, John Wiley, 1976. Pași practici pentru combaterea RFI.
[6] Manfred Zollner și amp Eberhard Zwicker, Elektroakustik, Springer, 1998. Cea mai cuprinzătoare și solidă prezentare la nivel de inginerie a traductoarelor electroacustice și a subiectelor conexe.
În limba germană, nu sunt disponibile texte comparabile în limba engleză, din câte știu.
[7] Walter G. Jung, editor, Aplicații Op Amp, Analog Devices, 2002. Tot ce v-ați dorit vreodată să știți despre utilizarea amplificatoarelor operaționale și nu doar la frecvențe audio.
Top