ΑΝΟΡΘΩΣΗ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ

  Χρήστος  Λάππας

Καθηγητής Ηλεκτρολόγος του 1^ου ΕΠΑ.Λ  ΠΥΛΗΣ

ΠΕ 84, ΤΕΟ1.06

    ΜΙΚΡΟΣΕΝΑΡΙΟ ΑΝΟΡΘΩΣΗ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ

«Μικροσενάριο με φύλλο εργασίας με βάση μια προσομοίωση στην ειδικότητα της              Ηλεκτρολογίας»       

          ΤΙΤΛΟΣ Μ-ΣΕΝΑΡΙΟΥ

Πλήρης  Ανόρθωση  Εναλλασσόμενης  Τάσης

           ΓΝΩΣΤΙΚΟ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ

 Ηλεκτρολογικό εργαστήριο

Διάρκεια: 2 διδακτικές ώρες

Τάξη: Β’ ΕΠΑΛ – «Ηλεκτρολογίας Ηλεκτρονικής και Αυτοματισμού»

          ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ

       Οι μαθητές θα πρέπει να:

1.  Εξοικειωθούν με το tina pro και να παραμετροποιούν τα στοιχεία του

2.  Αναγνωρίζουν τα κυκλώματα πλήρους ανόρθωσης

3.  Δημιουργούν ένα κύκλωμα διόδων πλήρους ανόρθωσης

4.  Περιγράφουν τη λειτουργία των κυκλωμάτων ανόρθωσης

5.  Περιγράψουν τη λειτουργία και τη χρησιμότητα του φίλτρου RC

6.  Εμπεδώσουν τις θεωρητικές γνώσεις με πειραματική επαλήθευση.

          ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Το μικροσενάριο αφορά στην μελέτη  Ανόρθωση  Εναλλασσόμενης  Τάσης με πειραματικό τρόπο και αναφέρεται στην Άσκηση 37 του βιβλίου Ηλεκτρολογικό εργαστήριο. Δομείται σε 3 δραστηριότητες που  αποτελούν το περιεχόμενο του φύλλου εργασίας (Φ.Ε.).

Το Φ.Ε. είναι ένας οργανωμένος οδηγός ενεργειών που πρέπει να εκτελέσουν οι μαθητές για να επιτευχθεί η επίλυση της άσκησης και οι στόχοι της διδασκαλίας και αποτελεί το κύριο μέρος της. Απαραίτητη είναι η συνεχής παρακολούθηση της πορείας εργασίας από τον διδάσκοντα και υποδείξεις. Περιλαμβάνει παρατηρήσεις που οδηγούν σε συμπεράσματα μετά από συζήτηση στην τάξη.  

.

Στην αρχή του μικροσεναρίου γίνεται μια σύντομη αναφορά στο θέμα της διδασκαλίας και ανάκληση των θεωρητικών γνώσεων των μαθητών. Οι μαθητές πληροφορούνται για το πρόβλημα – άσκηση και για το σύνολο των επικείμενων εργασιών μέσα από έναν περιγραφικό προ-οργανωτή του Φ.Ε.

Ακολουθεί η πειραματική επίλυση με τη χρήση του υλικού προσομοίωσης tina pro.

Eίναι ένα λογισμικό πακέτο που χρησιμεύει στη σχεδίαση, προσομοίωση και ανάλυση αναλογικών, ψηφιακών και μικτών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων

Οι μαθητές κατασκευάζουν το κύκλωμα, παρακολουθούν τα  δεδομένα και πραγματοποιούν αλλαγές στα μεγέθη. Η διδασκαλία σε μια πραγματική κατάσταση μέσω του λογισμικού προσομοίωσης, βοηθά τους μαθητές να κατανοήσουν καλύτερα το κύκλωμα, τα στοιχεία του και τα χαρακτηριστικά τους, τις συνδέσεις και τη λειτουργία του. Η θεωρητική γνώση αφομοιώνεται μέσα από την πράξη και επιτυγχάνονται οι στόχοι.

Ο διδάσκων εφιστά την προσοχή τους στη σωστή εφαρμογή στα τμήματα και σε όλο το κύκλωμα.

Το φύλλο εργασίας βρίσκεται σε ηλεκτρονική μορφή στο φάκελο του μαθήματος, στην επιφάνεια εργασίας κάθε Η/Υ και είναι διαθέσιμα στους μαθητές.

Προαπαιτούμενα πριν την εκτέλεση της προσομοίωσης είναι ότι οι μαθητές θα πρέπει:

¤       Να έχουν διδαχθεί πως δημιουργείται η πλήρης ανόρθωση με τη χρήση τεσσάρων διόδων.

¤       Να γνωρίζουν ποιες είναι οι κυματομορφές της πλήρης ανόρθωσης.

¤       Να γνωρίζουν ότι οι δίοδοι παρουσιάζουν πτώση τάσης 0.7V κατά την ορθή πόλωση.

¤       Να μπορεί να ορίζει τις διάφορες μορφές τάσεις που παράγει η γεννήτρια τάσης.

¤       Να μπορεί να ορίζει τις αναλογίες τιμών για απλό μετασχηματιστή.

Οι μαθητές εργάζονται σε ομάδες 2-3 ατόμων,  όπως και στο Εργαστήριο του μαθήματος.

Ο διδάσκων αναφέρει στους μαθητές το θέμα της διδασκαλίας.

Οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες και μοιράζεται το φύλλο εργασίας, ένα σε κάθε ομάδα.

 Αυτό περιλαμβάνει:

                                                  1^η Δραστηριότητα        

        Οι μαθητές :

α) Αναγνωρίζουν το κύκλωμα που θα δημιουργήσουν.

          β) Ανοίγουν το πρόγραμμα tina pro και φέρνουν τα στοιχεία στο χώρο εργασίας

          γ) Παραμετροποιούν τα στοιχεία του κυκλώματος

          δ) Δημιουργούν το κύκλωμα συνδέοντας όλα τα στοιχεία.

                                                  2^η Δραστηριότητα

Οι μαθητές :

     α) Φέρνουν στον χώρο εργασίας τον Παλμογράφο

     β) Συνδέουν και τα δύο κανάλια του στο κύκλωμα.

     γ) Ρυθμίζουν κατάλληλα τον Παλμογράφο.

     δ) Παρακολουθούν και συγκρίνουν τις κυματομορφές.

                                            3^η Δραστηριότητα           

Οι μαθητές :

       α) Φέρνουν στον χώρο εργασίας τον Πυκνωτή.

       β) Αλλάζουν τα στοιχεία του.

       γ) Τον συνδέουν στο κύκλωμα.

       δ) Παρακολουθούν και συγκρίνουν τις κυματομορφές.

       ε) Απαντούν στις ερωτήσεις.

             

                    ΦΥΛΛΟ  ΕΡΓΑΣΙΑΣ

     Πλήρης ανόρθωση

 Τάξη: B' ΕΠΑΛ

 Τομέας:– «Ηλεκτρολογίας Ηλεκτρονικής και Αυτοματισμού»

 Μάθημα: Ηλεκτρολογικό εργαστήριο (Εργαστήριο)

 Ενότητα: Ανόρθωση Εναλλασσόμενης τάσης.

Μέλη ομάδας:                                                                                            

1.      …………………………………..

2.      …………………………………..

3.      …………………………………..

ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΠΟΡΕΙΑΣ ΠΟΥ ΘΑ ΑΚΟΛΟΥΘΗΣΕΤΕ

Ανοίξτε το πρόγραμμα προσομοίωσης tina pro  που βρίσκεται στην επιφάνεια εργασίας του υπολογιστή σας.

      

          Βήματα για την πραγματοποίηση της προσομοίωσης

           1^η Δραστηριότητα        

1. Δημιουργήστε το παρακάτω κύκλωμα.

  

 

 Τα βήματα σχεδίασης του παραπάνω κυκλώματος είναι τα εξής:

1.  Ανοίξτε την βιβλιοθήκη των βασικών στοιχείων κάνοντας κλικ στην ετικέτα Βασικά.

 

2. Επιλογή και τοποθέτηση των στοιχείων (Αντίσταση, Γεννήτρια τάσης και Μετασχηματιστής) του κυκλώματος στο χώρο εργασίας κάνοντας κλικ στα εικονίδια με τα αντίστοιχα στοιχεία και στη συνέχεια κλικ στο χώρο εργασίας.

3.  Να αποδώσετε  την επιθυμητής τιμή στην αντίσταση κάνοντας διπλό κλικ με το ποντίκι πάνω της, ώστε να εμφανιστεί το ειδικό πλαίσιο απόδοσης τιμών, στη συνέχεια δηλώσετε την επιθυμητή τιμή 1Κ στην επιλογή Αντίσταση του πλαισίου διαλόγου απόδοσης τιμών και τέλος ΟΚ.                     

4. Η γεννήτρια τάσης ρυθμίζεται κάνοντας διπλό κλικ πάνω της και στην επιλογή  Σήμα βάλτε ημιτονοειδής  με πλάτος  στα 230VAC 50Hz και ΟΚ-ΟΚ να κλείσουν τα πλαίσια.

  
 

5.Ο μετασχηματιστής θέλουμε να παίρνει στην είσοδό του 230V και να βγάζει στην έξοδο 12V. Για να  βρούμε την αναλογία έξοδος προς είσοδο  ανοίξτε τον  Διερμηνέα  από το  παράθυρο Εργαλεία όπου θα βάλλεται  12/230= και enter

  

την τιμή που εμφανίζει να την μεταφέρεται στο πλαίσιο διαλόγου του Μ/Τ που ανοίγει με διπλό κλικ  στην επιλογή αναλογία,  στρογγυλοποιημένη για να την πάρει και ΟΚ.

 

6. Με κλικ στην ετικέτα Ημιαγωγοί να φέρετε την πρώτη δίοδο στο χώρο εργασίας, με διπλό κλίκ πάνω στην   δίοδοι επιλέξτε τον τύπου 1Ν4001 και ΟΚ. Κατόπιν φέρτε και τις υπόλοιπες  3 διόδους  που θα έχουν την ίδια τιμή από μόνες τους επειδή ρυθμίσαμε την πρώτη.

  

7. Άνοιγμα της βιβλιοθήκης των οργάνων κάνοντας κλικ στην ετικέτα "Όργανα" επιλέξτε τον παλμογράφο και φέρτε τον στο χώρο εργασίας.

8.  Πραγματοποίηση των ενώσεων των στοιχείων με επιλογή του μολυβιού (αγωγός) από την γραμμή                                      εργαλείων.   

    

            

2^η Δραστηριότητα   

9. Από το παράθυρο Ε&Μ επιλέξτε τον Παλμογράφο  και φέρτε τον στο χώρο εργασίας. Τοποθετήστε στο πεδίο Time/Div την υπολογιζόμενη τιμή του χρόνου μιας περιόδου Τ=1/f = 1/50=20msec. Στο πεδίο Volts/Div  βάλτε την τιμή 5 volt και για τα 2 κανάλια (OSC1 Ch1 & OSC2 Ch2).

10. Ενεργοποιήστε τον παλμογράφο από το Run  και παρατηρείστε τις κυματομορφές τω δύο καναλιών.      Εξηγείστε τι βλέπετε και γιατί συμβαίνει αυτό.

     

          

  3^η Δραστηριότητα  

 11.  Από την ετικέτα Βασικά επιλέξτε Πυκνωτή και φέρτε τον στο χώρο εργασίας.

    

 

12.  Με διπλό κλίκ πάνω του αλλάξτε την τιμή της χωρητικότητας του σε 200μF.

     

13.   Με δεξί κλίκ πάνω στον Πυκνωτή ανοίξτε τις ιδιότητες και περιστρέψτε τον αριστερά, στη συνέχεια  συνδέστε τον παράλληλα με την αντίσταση

  

14.  Ενεργοποιήστε τον παλμογράφο από το Run  και παρατηρείστε τις κυματομορφές τω δύο καναλιών.            Εξηγείστε τι βλέπετε και γιατί συμβαίνει αυτό.      

15.  Αλλάξτε την τιμή του Πυκνωτή διαδοχικά πρώτα σε 1μF, 47μF, 200 μF και μετά σε 2200μF, παρατηρείστε προσεκτικά την κυματομορφή στο δεύτερο κανάλι, βγάλτε τα συμπεράσματά σας και απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις. 

16.   Ερωτήσεις

           a) Ποια είναι η χρησιμότητα του πυκνωτή C που τοποθετείται παράλληλα προς το φορτίο R στην έξοδο ενός ανορθωτή τάσης;

·         

Ελαττώνει την κυμάτωση της ανορθωμένης τάσης

·         

Αυξάνει την κυμάτωση της ανορθωμένης τάσης

         b)  Ποιον από τους παρακάτω πυκνωτές θα επιλέξεις για χρήση σε φίλτρο εξομάλυνσης ανορθωμένης           τάσης;

1μF                  47μF                   200μF                2200μF     

         c)  Αναφερόμενοι στο παρακάτω διάγραμμα, σε ποια περίπτωση νομίζετε ότι ο πυκνωτής  εξομάλυνσης έχει μεγαλύτερη    χωρητικότητα;

              

·             Σε καμία, η χωρηρικότητα είναι ίδια σε όλες τις περιπτώσεις

·            Στην κυματομορφή ΙΙ

·            Στην κυματομορφή ΙΙΙ

·            Στην κυματομορφή Ι

·        

  

                 ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ       

 Το Tina Pro είναι ένα λογισμικό πακέτο που χρησιμεύει στη σχεδίαση, προσομοίωση και ανάλυση αναλογικών, ψηφιακών και μικτών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων μπορούν να απεικονισθούν σε κατάλληλα διαγράμματα ή ακόμη σε μια σειρά από εικονικά όργανα. Το Tina Pro έχει όλα τα χαρακτηριστικά και τις δυνατότητες ενός σύγχρονου παραθυρικού προγράμματος όπως τη γραμμή μενού, εργαλειοθήκες, μενού συντόμευσης, επιλογές πολλών στοιχείων ταυτόχρονα κτλ.

Τέλος, το Tina Pro είναι ένα πλήρως Εξελληνισμένο πακέτο και υποστηρίζεται από μεγάλο αριθμό παραδειγμάτων, προτύπων ασκήσεων και οδηγιών χρήσης προς τους καθηγητές.

ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ:

• Η βιβλιοθήκη του Tina Pro περιλαμβάνει πάνω από 20.000 εξαρτήματα και μοντέλα κατασκευαστών τα οποία μπορούν να τροποποιηθούν από τον μαθητή ή καθηγητή. Πλήθος από παθητικά ή ενεργητικά εξαρτήματα, πηγές, πύλες, Flip-flops, όργανα μετρήσεων και άλλα εξαρτήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο εικονικό εργαστήριο.

• Το Tina Pro περιλαμβάνει επεξεργαστές κειμένου και εξισώσεων για τον σχολιασμό των κυκλωμάτων, υπολογισμών, γραφικών αποτελεσμάτων και αποτελεσμάτων μετρήσεων. Έτσι ο καθηγητής προετοιμάζει εύκολα προβλήματα ή παραδείγματα.

• Το Tina Pro περιλαμβάνει επεξεργαστές κειμένου και εξισώσεων για τον σχολιασμό των κυκλωμάτων,  υπολογισμών, γραφικών αποτελεσμάτων και αποτελεσμάτων μετρήσεων. Έτσι ο καθηγητής προετοιμάζει εύκολα προβλήματα ή παραδείγματα.

• Επιπλέον μπορούν να δημιουργηθούν νέα εξαρτήματα από Spice υποκυκλώματα, πίνακα παραμέτρου-S ή σχηματικό δημιουργημένο από εσάς, αποκτημένο μέσω του Internet ή από Κατασκευαστή.

• Υπάρχει τέλος η δυνατότητα ενσωμάτωσης διαγραμμάτων Bode, Nyquist και Smith, μεταβατικών αποκρίσεων και ψηφιακών κυματομορφών με σκοπό τη δημιουργία ποιοτικών εγγράφων.