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寻找有耐心的同仁,帮我重塑模电的信心

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楼主
本帖最后由 hetiandemeng017 于 2011-12-6 10:56 编辑

26分是我所剩所有的分,聊表诚意!一个高中生问我的问题,我以为很简单,没想到我解释不了。这道题不求人人都做回答,因为可能会占用点时间和耐心,当然高手可能一眼就知道答案,我把《电子电路从零开始》这本书上的原文全部抄录下来如此贴末尾所示。

问题其实很简单:摘机时C1的电位差变化呈现0V---4.2V----1.2V----4.2V-----1.2V...的规律(这一点相信大家都没意见)。现在这个高中生让我帮他理论上验证1.2----4.2的这一段的时间间隔(也就是每次鸣响的中间停歇间隔)是不是真的10min。我的理论上验证的结果是:3.4min 。所用的公式为:Vt=Vm-(Vm-V0)e^-t/CR(就是很普通常见的RC滤波电路的公式),即4.2v=10v-(10v-1.2v)*e^-t/4.7MΩ*100μF(我暂时认定摘机时电压为10V),解得t=196s=3.27min。显然与实际不符(如果实际确实如书上所写为10min没错的话)。到底是什么原因呢?

请高人留下启示!


补充:看了大家的回复,我很感动,21ic这个论坛让我惊喜不断。我虽然没有亲自动手组装过这个讯响器,但是用MULTISIM仿真过。仿真结果汇总如下,希望有助于讨论对正确答案的接近。(话虽如此,又担心怕让大家陷入更大的迷惑与不自信中,呵呵!)
具体说明如下:
首先为了使问题简单明了,省略了原图右边鸣响的部分,仅保留左边延时的部分;又因为如图中注释所示,“如果C1取100μF,R3取4.7MΩ的话这个间歇时间相当漫长,故取C1=100nf,R3=47MΩ以缩小时间常数”。R4又为什么这里取510kΩ而不是51kΩ呢?因为那样鸣响阶段的时间又太短了。注意,图中的三极管不是任意选择的,而是根据最新版的《电子电路从零开始》中的插图择选的。于是乎,有了下面的图。

我初衷是寻求用另一种方式解决问题,却没有想到带来了更多的问题:
1.首先,根据新的C1(100nf)和R3(4.7MΩ)计算的间歇时间间隔,即3.677V=10v-(10-1.46)*e^-t/4.7MΩX100nF,(当然这里姑且用1.46V作V0初始电压,3.677V作Vt电压,最终电压当然是10V了)。得t=1.41s,仿真结果由图中可知约为1.45s,基本一致。
2.然而1.460v和3.677v的下限和上限与我们前面理论上的1.2v,4.2v相差甚远,作何解释?

我知道我似乎将大家带入了另一个问题的深渊,但也许他又不是深渊,是柳暗花明的另一个洞天呢?
期待高手诲人不倦!

12月6日再次补充:听从了lymex的意见,更正了草图。
另外,我就部分回复做以下回答:
1“如果想改变时间常数,只改变C1即可。R3改成47M实际上是加大了时间常数,因此应该保留原来的值并把C1加大到1uF”这个建议我听取,当时仿真时疏忽了;
2  sxdxy说“后面波形的草图是错的.充电曲线是先快速上升,再趋于平缓”,事实的确如此,只是这个过程转瞬即逝,时间太短,以至于无法在图上表示出来,以至于可以忽略。
3 lymex说“不知道楼主仿真时选的两个PNP管子是什么型号的”,我在新图中已经全部标注出(全部依据《从零开始》新书上参数设置)

4 lymex说“这个电路有点像可控硅的模拟电路的确差不多”我不太认同,因为如果把图中Q2和Q3看成一个PNP复合管的话,他们与Q4组合的形状确实有晶闸管(可控硅)的风范,但是缺少晶闸管最关键的触发电压VGG或触发电流IG的入口(请自行描绘),而且Q2、Q3的基极与Q4的集电极不是干净直接地相连(标准晶闸管等效图是直接连的)而是V1这个旁路电压的强行介入。这并不有助于问题的简单化;
5 lymex又说“也很像单结管”,我倒是很认同,然而如何近似出此模型,我却一筹莫展!

原书.jpg (460.37 KB )

原书.jpg

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沙发
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-2 13:54 | 只看该作者
真的这道题的坎迈不过去,学模电的信心就损失掉70%了!

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板凳
coolmat| | 2011-12-2 14:30 | 只看该作者
有意思,就是为了有人帮你分析电路嘛,何必说的这么惨呢

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地板
yhf311| | 2011-12-2 15:52 | 只看该作者
回楼主,你使用的公式是有点问题的,充电回路和放电回路不一样,我大概算了下时间也不是10MIN,所以就不传我的结果了!

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5
sxdxy| | 2011-12-2 19:32 | 只看该作者
楼主你如果认为你的公式没问题的话,你不妨反推,把t=11min代入算Vm,我算了下是5V多一点,这个值还是正常的。经过试验他得出了11-16min的值,显然器件有离散性,特别是电解电容实际值与标称值可能有较大误差

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6
linty8433| | 2011-12-2 22:51 | 只看该作者
我对模电没信心了

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7
lymex| | 2011-12-3 08:45 | 只看该作者
楼主真想建立模电信心?那我就不客气了。

首先,对常见元件特性的深入了解,是模电基础之一,也是建立信心的主要因素之一。
原文说C1达到4.2V时开始导通、1.2V截至,为什么楼主却改成了4.4V和1.4V?这说明楼主对器件细节并不了解。事实上,这两个电压应该取4.0V和1.0V才更合适。

其次,对公式的真正理解,而不是简单的套用,更是模电最基础的东西。比如,电容放电公式就记住Vt=Vm*e^(-t/RC)即可,也就是纯指数公式,不要记什么别的多余的项。如果有不同的电压,两次带入公式一减就可以。这样算下来,按照4.2V和1.2V,时间就是589秒,接近10分钟,而不是202秒。

最后,学模电要有方法,要有耐心。方法其实很多,比如推算法、模拟法、仿真法、Excel法,不同的人可能不同,但没有不行。

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8
yhf311| | 2011-12-3 12:40 | 只看该作者
请教楼上,按照楼主的图,应该存在电容放电和充电两个过程,为何可以都按照放电公式,两个电压一代,直接相减?

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9
sxdxy| | 2011-12-3 13:02 | 只看该作者
7# lymex
哈哈,你的是错的。楼主的公式是没有错的。
为了计算方便,就依你的说法Vt1=4V,Vt0=1V。则根据楼主的公式
Vt=Vm-(Vm-V0)e^-t/CR,可以转化为幅值为9V的初值为0V的冲电公式
即Ut=9(1-e^-t/RC),那么从1V到4V的时间相当于这里0V到3V的时间,那么也就等于在同样的时间常数下,电容从9V放电放到6V,那么你的公式里代进去的Vt就应该等于6V,而不是3V。
可以看到ln(3)>1,ln(3/2)<1,而RC将近8分钟,如果是前者当然将近10min了,可惜事实上是后者

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10
sxdxy| | 2011-12-3 13:29 | 只看该作者
这里有个问题就是电容上预先有1V的电压,那么输入0-10V的阶跃信号,其实际的效果只相当于电容上无电压时,输入激励为0-9V的情况。而这个激励信号的大小,对充电的快慢是直接相关的

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11
lymex| | 2011-12-3 16:53 | 只看该作者
回楼上,的确我理解错了,我是以为是放电过程,实际上那个时间常数是充电过程
充电过程的电压公式是:Vt=Vm*(1-e^(-t/RC)),用Vt=1.2V和Vt=4.2V分别带入,得到60秒和256秒,相减后为194秒。

这实际上也是楼主的公式,所以楼主的公式没有错,计算值也基本正确,应该就是200秒左右,而不是10分钟。

看来,原文错误,原因也是与我在7楼一样,把充电过程认为是放电过程了。
类似,那个“每次鸣叫80秒”也不对。

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12
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 09:45 | 只看该作者
对不起,丢人丢大了,潜意识以为BE压降就是0.7V,不够细心,该批评! 7# lymex

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13
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 09:47 | 只看该作者
兄台所言极是啊! 8# yhf311

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14
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 09:48 | 只看该作者
似乎兄台和我想到一块去了,可是真的是书上错了吗?我还不敢轻易下结论啊 11# lymex

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15
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 09:51 | 只看该作者
这位仁兄的阐述亦有一定的道理。不过... 9# sxdxy

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16
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 09:53 | 只看该作者
听君一席话,胜读十年书。虽然分析有一点疏误。 7# lymex

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17
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 09:56 | 只看该作者
显然SXDXY你的近似有一些勉强。让我感觉所学与现实相差太远,竟然无法预测到这种地步!信心依然全无! 5# sxdxy

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18
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 10:00 | 只看该作者
我觉得我的Vt=Vm-(Vm-V0)e^-t/CR这个公式应该考虑和包含了你所说的“预先有1V的电压,输入0-10V的阶跃信号,实际的效果只相当于电容上无电压时,输入激励为0-9V”这样的顾虑,你认为呢? 10# sxdxy

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19
wangjun403| | 2011-12-4 11:14 | 只看该作者
LZ是高中生
V5

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20
hetiandemeng017|  楼主 | 2011-12-4 13:17 | 只看该作者
兄台请理解作为一个理想主义者的偏执 3# coolmat

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