Как Работят Схеми

{h1}

Схеми могат да бъдат намерени почти във всяко електронно устройство, за което се сетите. Разберете какви са веригите и как веригите правят електронните устройства да работят.

Замисляли ли сте се какво се случва, когато включите превключвател, за да включите светлина, телевизор, прахосмукачка или компютър? Какво прави превключването на този превключвател? Във всички тези случаи попълвате ан електрическа верига, което позволява a текущили поток на електрони през проводниците.

Електрическата верига в много отношения е подобна на вашата кръвоносна система. Вашите кръвоносни съдове, артерии, вени и капиляри са като проводниците във верига. Кръвоносните съдове пренасят потока кръв през тялото ви. Проводниците във верига пренасят електрическия ток към различни части на електрическа или електронна система.

Вашето сърце е помпата, която задвижва кръвообращението в тялото. Той осигурява силата или налягането на кръвта да циркулира. Кръвта, циркулираща в тялото, доставя различни органи, като мускулите, мозъка и храносмилателната система. Произвежда батерия или генератор волтаж - силата, която задвижва ток през веригата.

Вземете простия случай на електрическа светлина. Два проводника се свързват към светлината. За да могат електроните да вършат работата си в производството на светлина, трябва да има цялостна верига, за да могат да преминават през електрическата крушка и след това да излизат обратно.

Диаграмата по-горе показва проста схема на фенерче с батерия в единия край и крушка с фенерче в другия край. Когато превключвателят е изключен, цялостна верига няма да съществува и няма да има ток. Когато превключвателят е включен, ще има пълна верига и поток от ток, което ще доведе до излъчване на светлината.

Схемите могат да бъдат огромни енергийни системи, предаващи мегават мощност над хиляда мили - или малки микроелектронни чипове, съдържащи милиони транзистори. Това изключително свиване на електронните схеми направи възможно настолните компютри. Новата граница обещава да бъде наноелектронното схеми с размери на устройството в нанометрите (една милиардна част от метър).

В тази статия ще научим за двата основни типа електрически вериги:

  • Силови вериги прехвърлят и контролират големи количества електроенергия. Примери са електропроводи и жилищни и бизнес системи за окабеляване. Основните компоненти на силовите вериги са генератори в единия край и осветителни системи, отоплителни системи или домакински уреди в другия край. Между тях са електропроводи, трансформатори и прекъсвачи.
  • Електронни схеми обработват и предават информация. Помислете за компютри, -радио, телевизори, радари и мобилни телефони.

Основи на веригата

Тази платка съдържа много индивидуални схеми.

Тази платка съдържа много индивидуални схеми.

Вероятно сте чували тези условия и преди. Знаехте, че имат нещо общо с електричеството, но може би не бяхте сигурни как.

Точно както сърцето ви произвежда налягането, за да накара кръвта да циркулира, батерията или генераторът произвеждат налягането или силата да натискат електрони около верига. Волтаж е силата и се измерва в волта (V). Типичната батерия за фенерче произвежда 1.5V, а стандартното домакинско електрическо напрежение е 110V или 220V.

-Електрически текущили потокът на електрони се измерва в ампери (А). Продуктът на електрическа сила (във волта) и ток (в ампери) е електрическата мощност, измерена в вата (W). Акумулатор, генериращ 1.5V и генериращ токов ток от 1А през електрическа крушка, осигурява 1.5V x 1A = 1.5W електрическа енергия.

Кръвта, преминаваща през тялото ви, не може да се движи безплатно. Стените на кръвоносните съдове възпрепятстват потока и колкото по-малък е кръвоносният съд, толкова по-голяма е съпротивлението срещу течението. Част от налягането, произведено от сърцето ви, е само за прокарване на кръв през кръвоносните съдове. Докато електроните се движат по проводници, те се натъкват на атоми. Това възпрепятства потока на електроните. Телта предлага съпротивление към потока на тока. Количеството на съпротивлението зависи от материала, диаметъра и дължината на жицата. Съпротивлението се увеличава с намаляването на диаметъра на жицата. Съпротивлението е в единици от ома (Ω).

Законът на Ом се отнася за напрежение, ток и съпротивление:

Съпротивление (Ω) = напрежение (V) / ток (I)

Законът на Ом може да се запише като R = V / I.

Електрическите вериги са съставени от проводници и други компоненти - като крушки, транзистори, компютърни чипове и двигатели. Проводници, изработени от метали, наречени проводници които имат ниско съпротивление на тока, свържете компонентите. Медта и алуминият са най-често срещаните проводници. Златото, поради своята устойчивост на корозия, често се използва за закрепване на проводници към миниатюрни електронни чипове.

-В крушка с нажежаема жичка токът тече през тънка волфрамова жица или металик влакно което предлага висока устойчивост на токов поток. Когато електроните се нахвърлят в атомите, триенето или загубата на кинетична енергия произвежда топлина. Ако температурата на нишката е достатъчно висока, тя започва да свети и да излъчва светлина. Това е жар, Типичните температури на нажежаемите жички за електрическите крушки са около 4600 градуса F (2550 градуса С). За съжаление, 90 до 95 процента от енергията, доставена на електрическа крушка, се губи под формата на топлина, а не от светлина, така че крушките с нажежаема жичка са много неефективни.-

флуоресцентен светлините произвеждат светлина, като електроните преминават през тръба, пълна с живачни пари и газ от неон или аргон. Докато електроните се натъкват на атомите на живак, те причиняват електрони в атомите да абсорбират част от тяхната енергия. Когато тези електрони се върнат в нормалното си състояние, те излъчват снопове светлинна енергия, наречена фотони, Флуоресцентните светлини са четири до пет пъти по-ефективни от крушките с нажежаема жичка.

На следващата страница ще разгледаме затворени вериги, отворени вериги, къси съединения, серийни вериги и паралелни вериги.

Видове схеми

Илюстрация на паралелни схеми

Илюстрация на паралелни схеми

А затворена верига има пълен път за протичане на ток. Една отворена верига не, което означава, че не е функционален. Ако това е първото ви излагане на вериги, може да мислите, че когато веригата е отворена, това е като отворена врата или порта, през която може да тече ток. А когато е затворена, е като затворена врата, през която не може да тече ток. Всъщност е точно обратното, така че може да отнеме известно време, за да свикнете с тази концепция.

А къс верига е път с ниско съпротивление, обикновено направен неволно, който заобикаля част от веригата. Това може да се случи, когато две голи проводници във верига се докоснат един до друг. Частта от веригата, заобиколена от късото съединение, престава да функционира и голямо количество ток може да започне да тече. Това може да генерира много топлина в проводниците и да причини пожар. Като мярка за безопасност предпазителите и прекъсвачите автоматично отварят веригата, когато има прекомерен ток.

В серия верига, един и същ ток протича през всички компоненти. Общото напрежение в схемата е сумата от напреженията на всеки компонент, а общото съпротивление е сумата от съпротивленията на всеки компонент. В тази верига V = V1 + V2 + V3 и R = R1 + R2 + R3. Пример за серийна схема е низ от коледни светлини. Ако някоя от крушките липсва или изгори, ток няма да тече и никоя от лампите няма да се включи.

Паралелни вериги са като по-малките кръвоносни съдове, които се разклоняват от артерия и след това се свързват с вена, за да върнат кръв към сърцето. Сега помислете за два проводника, всеки от които представлява артерия и вена, с някои по-малки проводници, свързани между тях. Тези по-малки проводници ще имат същото напрежение, приложено към тях, но различни количества ток, протичащ през тях, в зависимост от съпротивлението на отделните проводници.

Пример за паралелна верига е окабеляващата система на къща. Един източник на електрическа енергия захранва всички светлини и уреди със същото напрежение. Ако една от светлините изгори, токът все още може да тече през останалите светлини и уреди. Ако обаче има късо съединение, напрежението пада до почти нула и цялата система пада.

По принцип схемите са много сложни комбинации от серии и паралелни вериги. Първите вериги бяха много прости постоянни вериги. Ще разгледаме историята на веригите и разликата между DC и AC на следващата страница.-

История на електрическите вериги

Японският премиер Джуничиро Койзуми се смее, когато балонът се вкопчва в него със статичен електрически заряд.

Японският премиер Джуничиро Койзуми се смее, когато балонът се вкопчва в него със статичен електрически заряд. -

Ранни разследвания на статично електричество върнете се стотици години назад. Статичното електричество е прехвърляне на електрони, получени чрез триене, например когато търкате балон през пуловер. Искрица или много кратък поток на ток може да възникне, когато заредените предмети влязат в контакт, но няма непрекъснат поток от ток. При липса на непрекъснат ток няма полезно приложение на електричество.

Изобретението на акумулатора - което може да произвежда непрекъснат поток на ток - направи възможно развитието на първите електрически вериги. Алесандро Волта изобретил първата батерия - волтовата купчина през 1800 г. Още първите вериги използвали акумулатор и електроди, потопени в контейнер с вода. Потокът от ток през водата произвежда водород и кислород.

Първото широко приложение на електрическите вериги за практическа употреба беше за електрическо осветление. Малко след като Томас Едисън изобретява крушката си с нажежаема жичка, той потърси практически приложения за нея, като разработи цяла система за производство и разпределение на енергия. Първата подобна система в Съединените щати беше станцията Pearl Street в центъра на Манхатън. Той осигури няколко квадратни блока на града с електрическа енергия, главно за осветление.

Една класификация на веригите има връзка с естеството на текущия поток. Най-ранните вериги бяха захранвани от батерия, които правеха постоянен постоянен ток, който винаги течеше в една и съща посока. Това е постоянен токили DC. Използването на постоянен ток продължи през времето на първите електрически системи. Основен проблем на системата за постоянен ток беше, че електроцентралите могат да обслужват площ само около квадратна миля поради загуба на мощност в проводниците.

През 1883 г. инженерите предлагат да се използва огромен потенциал на водноелектрическата енергия на Ниагарския водопад, за да се осигурят нуждите на Buffalo, NY. Въпреки че тази мощност в крайна сметка ще надхвърли Buffalo до New York City и дори по-далеч, има първоначален проблем с разстоянието. Бъфало беше само на 16 мили от Ниагарския водопад, но идеята беше неизпълнима - докато Никола Тесла не го направи възможно, както ще видим на следващата страница.

Пробив на Тесла

Преди откриването на променлив или променлив ток, мощност, предаване на мощност на дълги разстояния не беше възможно.

Преди откриването на променлив или променлив ток, мощност, предаване на мощност на дълги разстояния не беше възможно.-

Инженерът Никола Тесла, подпомогнат от теоретичната работа на Чарлз Протеус Щайнмет, дойде с идеята да използва променлив токили AC. За разлика от постоянен ток, променлив ток винаги се променя и многократно обръща посоката.

Така че защо AC беше отговорът на проблема с предаването на мощност на дълги разстояния? С променлив ток е възможно да се използва трансформатори за промяна на нивата на напрежение във верига. Трансформаторите работят на принцип на магнитна индукция, което изисква променящо се магнитно поле, произведено от променливия ток. С трансформатори напреженията могат да се повишат за предаване на дълги разстояния. В края на приемането нивото на напрежение може да намалее до по-безопасни 220V или 110V за бизнес и жилищна употреба.

Имаме нужда от високи напрежения за дълги разстояния, защото съпротивлението на проводника причинява загуба на мощност. Електроните, натрапващи се на атоми, губят енергия под формата на топлина, докато пътуват. Тази загуба на мощност е пропорционална на квадрата на количеството ток, движещ се през жицата.

За да измерите размера на мощността, която предава линията, можете да умножите напрежението по тока. Можете да изразите тези две идеи с помощта на уравнение, в което аз представям ток, V представлява напрежение и P е равно на мощността:

P = V x I

Нека разгледаме примера за предаване на 1 мегават. Ако увеличим напрежението от 100V на 10000V, тогава можем да намалим тока от 10 000A на 100A. Това ще намали загубата на мощност със (100)2или 10 000. Това беше концепцията на Тесла и от тази идея предаването на мощност от Ниагарския водопад до Бъфало и в крайна сметка до Ню Йорк и извън него стана реалност.

В САЩ и много други страни стандартът честота за променлив ток е 60 цикъла в секунда или 60 херца. Това означава, че 60 пъти в секунда пълен цикъл на тока тече в едната посока, а след това в другата. Токът тече в една посока за 1/120-та от секундата, а в другата посока за още 1/120-та от секундата. Времето, необходимо за завършване на един цикъл, се нарича a Период, което в случая е 1/60 от секундата. В Европа и други области стандартната честота за променлив ток е 50 херца.

Електронни схеми имат нужда както от променлив ток, така и от постоянен ток. Ще научим за тях на следващата страница.

Едисон срещу Тесла

Томас Едисън беше блестящ и интуитивен изобретател. Въпреки това, ограниченото му обучение, особено по математика, го възпира от истинско разбиране на теорията зад променливотоковото електричество. Той разбираше DC много добре, но AC беше странно малко по-добре от схващането му. Той категорично се противопостави на идеята за използване на променлив ток за предаване на електроенергия на дълги разстояния, но променлив ток постепенно заменя постояннотока като основно средство за предаване на електрическа енергия.

Електронни схеми

Може би сте чували термина чип, особено когато се появява темата за компютърен хардуер. Чипът е мъничко парче силиций, обикновено около един сантиметър квадрат. Чипът може да е единичен транзистор (парче силиций, което усилва електрически сигнали или служи като превключвател за включване / изключване в компютърни приложения). Тя може да бъде и ан интегрална схема съставен от много взаимосвързани транзистори. Чиповете са капсулирани в херметически затворен пластмасов или керамичен корпус, наречен a пакет, Понякога хората наричат ​​целия пакет като чип, но чипът всъщност е вътре в пакета.

Има два основни типа интегрална схема - монолитен и хибрид, Монолитните интегрални схеми включват цялата верига върху един силиконов чип. Те могат да варират по сложност от само няколко транзистора до милиони транзистори на компютърен микропроцесорен чип. Хибридният IC има схема с няколко чипа, затворени в един пакет. Чиповете в хибриден ИС могат да бъдат комбинация от транзистори, резистори, кондензатори и монолитни IC чипове.

А печатна електронна платкаили PCB държи електронна верига заедно. Завършената платка с прикачени компоненти е a печатна електронна платка монтажили PCBA. Многослойната печатна платка може да има до 10 подредени PCB. Електропланирани медни проводници, минаващи през отвори, наречени ВИАС свържете отделните печатни платки, което образува триизмерна електронна схема.

Най-важните елементи в електронната схема са транзисторите. диоди са миниатюрни чипсове от силиций, които действат като клапани, позволяващи поток на ток само в една посока. Други електронни компоненти са пасивни елементи като резистори и кондензатори, Резисторите предлагат определено количество съпротивление на тока, а кондензаторите съхраняват електрически заряд. Третият основен елемент на пасивната верига е индуктор, която съхранява енергия под формата на магнитно поле. Микроелектронните вериги много рядко използват индуктори, но те са често срещани в по-големи силови вериги.

Повечето схеми са проектирани с използване компютърно проектиран дизайн програми или CAD. Много от схемите, използвани в цифровите компютри, са изключително сложни и използват милиони транзистори, така че CAD са единственият практичен начин за тяхното проектиране. Конструкторът на вериги започва с обща спецификация за функционирането на веригата, а програмата CAD определя сложния модел на взаимовръзките.

Ецването на металния модел за свързване на PCB или IC чип използва устойчив на ецване маскиращ слой за определяне на схемата на схемата. Изложеният метал се изрязва, оставяйки модела на свързване на метала между компонентите.

Защо AC се използва в електронни схеми?

В електронните вериги разстоянията и токовете са много малки, така че защо да използвате променлив ток? На първо място, токовете и напреженията в тези вериги представляват постоянно променящи се явления, така че електрическите представителства или аналози също постоянно се променят. Втората причина е, че радиовълните (като тези, използвани от телевизори, микровълни и мобилни телефони) са високочестотни променливи сигнали. Честотите, използвани за всички видове безжична комуникация, непрекъснато се развиват през годините, от диапазона килогерц (kHz) в ранните дни на радиото до мегагерц (MHz) и гигагерц (GHz), днес.

Електронните вериги използват постоянен ток, за да осигурят захранване на транзисторите и другите компоненти в електронните системи. А токоизправител верига преобразува променливотоковото захранване в постоянен ток от променливотоковото напрежение.

За повече информация относно схемите, разгледайте връзките на следващата страница.

IC Revolution: Микроелектроника

В първите дни на електронните схеми компоненти като вакуумни тръби и транзистори са индивидуални устройства, монтирани върху метално шаси или печатни платки. Тогава, през 1959 г., двама изследователи, Джак Килби от Texas Instruments и Робърт Нойс от Fairchild Semiconductor (които работеха независимо), започнаха революцията в микроелектрониката, като разработиха първата интегрирана схема.

Те откриха как да комбинират или интегрират няколко транзистора и резистори и да ги свържат, за да образуват верига, всички на един и същ малък чип от силиций. Днес много сложни електронни системи - подобни микропроцесори, съдържащи милиони транзистори - могат да се поберат на един чинов квадратен силиконов чип. Тези интегрални схеми са възможностите за създаване на съвременни компютри.


Видео Добавка: Как работи схемата на ало измамниците?.




Изследване


Състояние На Материята: Плазма
Състояние На Материята: Плазма

Топ 11 Смъртоносни Природни Бедствия В Историята
Топ 11 Смъртоносни Природни Бедствия В Историята

Наука Новини


Факти На Мангуста
Факти На Мангуста

Печат Се Пребивава В Манхатън, А Човешките Му Съседи Са Развълнувани
Печат Се Пребивава В Манхатън, А Човешките Му Съседи Са Развълнувани

Телевизията Третира Кърменето Като Комичен Фураж
Телевизията Третира Кърменето Като Комичен Фураж

Телесен Часовник От Арктически Еленови Кърлежи По Различен Начин
Телесен Часовник От Арктически Еленови Кърлежи По Различен Начин

Защо Се Обличаме На Хелоуин?
Защо Се Обличаме На Хелоуин?


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com