Kā Darbojas Ķēdes

{h1}

Ķēdes ir atrodamas gandrīz katrā elektroniskajā ierīcē, par kuru varat iedomāties. Uzziniet, kas ir ķēdes un kā ķēdes liek darboties elektroniskajām ierīcēm.

Vai esat kādreiz domājis, kas notiek, pagriežot slēdzi, lai ieslēgtu gaismu, televizoru, putekļsūcēju vai datoru? Ko var paveikt, pārslēdzot šo slēdzi? Visos šajos gadījumos jūs aizpildāt anketu elektriskā ķēde, ļaujot pašreizējais, vai elektronu plūsma caur vadiem.

Elektriskā ķēde daudzējādā ziņā ir līdzīga jūsu asinsrites sistēmai. Jūsu asinsvadi, artērijas, vēnas un kapilāri ir kā vadi ķēdē. Asinsvadi veic asiņu plūsmu caur jūsu ķermeni. Kontūra vadi pārnes elektrisko strāvu uz dažādām elektriskās vai elektroniskās sistēmas daļām.

Jūsu sirds ir pumpis, kas virza asinsriti organismā. Tas nodrošina spēku vai spiedienu, lai asinis cirkulētu. Asinis, kas cirkulē caur ķermeni, piegādā dažādus orgānus, piemēram, muskuļus, smadzenes un gremošanas sistēmu. Izgatavo akumulators vai ģenerators spriegums - spēks, kas vada strāvu caur ķēdi.

Veikt vienkāršo elektriskās gaismas lietu. Divi vadi savieno ar gaismu. Lai elektroni varētu veikt savu darbu gaismas ražošanā, ir jābūt pilnīgai ķēdei, lai tie varētu plūst caur spuldzi un pēc tam atkal iziet ārā.

Iepriekš redzamā diagramma parāda vienkāršu lukturīša ķēdi ar akumulatoru vienā galā un lukturīša spuldzi otrā galā. Kad slēdzis ir izslēgts, pilnīga ķēde neeksistē, un strāvas nebūs. Kad slēdzis ir ieslēgts, būs pilnīga ķēde un strāvas plūsma, kā rezultātā zibspuldze izstaro gaismu.

Ķēdes var būt milzīgas energosistēmas, kas pārraida megavatu jaudu vairāk nekā tūkstoš jūdžu attālumā, vai arī niecīgas mikroelektroniskās mikroshēmas, kurās ir miljoniem tranzistoru. Šī ārkārtas elektronisko shēmu saraušanās ļāva panākt galddatoru darbību. Jaunā robeža solās būt nanoelektroniski ķēdes ar ierīces izmēriem nanometros (viena miljarda metra).

Šajā rakstā mēs uzzināsim par diviem galvenajiem elektrisko ķēžu veidiem:

  • Strāvas ķēdes pārsūtīt un kontrolēt lielu daudzumu elektrības. Kā piemērus var minēt elektropārvades līnijas un dzīvojamo un biznesa vadu sistēmas. Galvenās strāvas ķēžu sastāvdaļas ir ģeneratori vienā galā un apgaismojuma sistēmas, apkures sistēmas vai sadzīves tehnika otrā galā. Starp tiem ir elektropārvades līnijas, transformatori un slēdži.
  • Elektroniskās shēmas apstrādāt un pārsūtīt informāciju. Padomājiet par datoriem, - radioaparātiem, televizoriem, radariem un mobilajiem tālruņiem.

Ķēdes pamati

Šī shēmas plate satur daudzas atsevišķas shēmas.

Šī shēmas plate satur daudzas atsevišķas shēmas.

Jūs droši vien esat dzirdējis šos nosacījumus jau iepriekš. Jūs zinājāt, ka viņiem ir kaut kas sakars ar elektrību, bet varbūt nebijāt pilnīgi pārliecināts, kā.

Tāpat kā jūsu sirds rada spiedienu, lai asins cirkulētu, akumulators vai ģenerators rada spiedienu vai spēku, lai stumtu elektronus ap ķēdi. spriegums ir spēks, un to mēra volti (V). Tipisks lukturīšu akumulators rada 1,5 V, bet parastais mājsaimniecības elektriskais spriegums ir 110 V vai 220 V.

-Elektriski pašreizējaisvai elektronu plūsmu mēra ampēros (A). Elektriskā spēka (voltos) un strāvas (ampēros) reizinājums ir elektriskā jauda, ​​mērot vati (W). Akumulators, kas ģenerē 1,5 V un caur lukturīša spuldzi rada 1 A strāvas plūsmu, nodrošina 1,5 V x 1 A = 1,5 W elektroenerģijas.

Asinis, kas plūst caur jūsu ķermeni, nesaņem bezmaksas braucienu. Asinsvadu sienas kavē plūsmu, un jo mazāks ir asinsvads, jo lielāka ir pretestība plūsmai. Daļa no jūsu sirds radītā spiediena ir paredzēta tikai asiņu izspiešanai caur asinsvadiem. Kad elektroni pārvietojas pa vadiem, tie sabīstas atomos. Tas kavē elektronu plūsmu. Vada piedāvā pretestība uz strāvas plūsmu. Pretestības lielums ir atkarīgs no stieples materiāla, diametra un garuma. Pretestība palielinās, samazinoties stieples diametram. Pretestība ir vienībās omi (Ω).

Ohmas likums attiecas uz spriegumu, strāvu un pretestību:

Pretestība (Ω) = Spriegums (V) / Strāva (I)

Omas likumu var uzrakstīt kā R = V / I.

Elektriskās ķēdes sastāv no vadiem un citām sastāvdaļām, piemēram, spuldzēm, tranzistoriem, datoru mikroshēmām un motoriem. Vadi, izgatavoti no metāliem, saukti vadītāji pievienojiet komponentus, kuriem ir maza pretestība strāvai. Varš un alumīnijs ir visizplatītākie vadītāji. Zelts, pateicoties tā izturībai pret koroziju, bieži tiek izmantots vadu piestiprināšanai pie niecīgām elektroniskām mikroshēmām.

-Kvēlspuldzē strāva plūst caur plānu volframa stiepli vai metālu kvēldiegs kas nodrošina augstu pretestību strāvas plūsmai. Kad elektroni sadedzina atomus, berze vai kinētiskās enerģijas zudumi rada siltumu. Ja kvēldiega temperatūra ir pietiekami augsta, tas sāk kvēlot un izstarot gaismu. Tas ir kvēlspuldze. Tipiskā kvēldiega temperatūra spuldzēm ir aptuveni 4600 grādi F (2550 grādi C). Diemžēl 90 līdz 95 procenti enerģijas, kas tiek piegādāta spuldzei, tiek zaudēta nevis siltuma veidā, bet siltuma veidā, tāpēc kvēlspuldzes ir ļoti neefektīvas.-

Fluorescējoša lukturi rada gaismu, izlaižot elektronus caur cauruli, kas piepildīta ar dzīvsudraba tvaikiem un neona vai argona gāzi. Tā kā elektroni sadedzina dzīvsudraba atomus, tie izraisa atomos esošos elektronus, lai absorbētu daļu savas enerģijas. Kad šie elektroni atgriežas normālā stāvoklī, tie izstaro gaismas enerģijas saišķus, kurus sauc fotoni. Luminiscences spuldzes ir četras līdz piecas reizes efektīvākas nekā kvēlspuldzes.

Nākamajā lapā mēs apskatīsim slēgtas shēmas, atvērtās shēmas, īssavienojumus, virkņu shēmas un paralēlas shēmas.

Elektrisko ķēžu veidi

Paralēlās shēmas ilustrācija

Paralēlās shēmas ilustrācija

A slēgta ķēde ir pilnīgs ceļš strāvas plūsmai. An atvērta ķēde nav, kas nozīmē, ka tas nav funkcionāls. Ja šī ir jūsu pirmā iedarbība uz ķēdēm, jūs varētu domāt, ka, kad ķēde ir atvērta, tas ir kā atvērtas durvis vai vārti, caur kuriem var plūst strāva. Un, kad tas ir aizvērts, tas ir kā slēgtas durvis, caur kurām strāva nevar plūst cauri. Patiesībā tas ir tieši pretējs, tāpēc, iespējams, būs nepieciešams laiks, lai pierastu pie šīs koncepcijas.

A īss ķēde ir zems pretestības ceļš, parasti nejauši izveidots, kas apiet daļu no ķēdes. Tas var notikt, kad divi tukši vadi ķēdē pieskaras viens otram. Ķēdes daļa, kuru apiet ar īssavienojumu, vairs nedarbojas, un varētu sākt plūst liels daudzums strāvas. Tas var radīt daudz siltuma vados un izraisīt ugunsgrēku. Drošinātāji un drošinātāji automātiski atver ķēdi, ja ir pārmērīga strāva.

Iekšā sērijas ķēde, caur visām sastāvdaļām plūst viena un tā pati strāva. Kopējais spriegums visā ķēdē ir katras sastāvdaļas spriegumu summa, un kopējā pretestība ir katras sastāvdaļas pretestību summa. Šajā shēmā V = V1 + V2 + V3 un R = R1 + R2 + R3. Sērijas shēmas piemērs ir Ziemassvētku lampiņu virkne. Ja trūkst vai izdeg kāda spuldze, strāva neplūst un neviens no lukturiem nedeg.

Paralēlas shēmas ir kā mazāki asinsvadi, kas atdalās no artērijas un pēc tam savienojas ar vēnu, lai asinis atgrieztos sirdī. Tagad padomājiet par diviem vadiem, katrs no kuriem attēlo artēriju un vēnu, un starp tiem ir savienoti daži mazāki vadi. Šajos mazākajos vados tiem tiks pielietots vienāds spriegums, bet caur tiem plūst atšķirīgs strāvas daudzums atkarībā no atsevišķo vadu pretestības.

Paralēlas shēmas piemērs ir mājas vadu sistēma. Viens elektrības avots piegādā visas gaismas un ierīces ar vienādu spriegumu. Ja viens no lukturiem izdeg, strāva joprojām var plūst caur pārējiem lukturiem un ierīcēm. Tomēr, ja ir īssavienojums, spriegums samazinās līdz gandrīz nullei, un visa sistēma nokrītas.

Ķēdes parasti ir ļoti sarežģītas virkņu un paralēlu ķēžu kombinācijas. Pirmās shēmas bija ļoti vienkāršas DC shēmas. Nākamajā lapā aplūkosim ķēžu vēsturi un atšķirības starp līdzstrāvu un maiņstrāvu.-

Elektrisko ķēžu vēsture

Japānas premjerministrs Juničiro Koizumi smejas, kā balons pieķeras pie viņa ar statisku elektrisko lādiņu. Visiem, kas noklusina, tas ir tavs.

Japānas premjerministrs Juničiro Koizumi smejas, kā balons pieķeras pie viņa ar statisku elektrisko lādiņu. -

Agrīna izmeklēšana par statiskā elektrība atpakaļ simtiem gadu. Statiskā elektrība ir elektronu pārnešana, ko rada berze, piemēram, berzējot balonu pāri džemperim. Saskaroties ar uzlādētiem objektiem, var rasties dzirkste vai ļoti īsa strāvas plūsma, taču nepārtraukta strāvas plūsma nepastāv. Ja nav nepārtrauktas strāvas, nav lietderīgi izmantot elektrību.

Akumulatora izgudrojums, kas varētu radīt nepārtrauktu strāvas plūsmu, ļāva attīstīt pirmās elektriskās ķēdes. Alessandro Volta 1800. gadā izgudroja pirmo akumulatoru - voltāžu kaudzi. Pati pirmajās ķēdēs tika izmantots akumulators un elektrodus, kas iegremdēti ūdens traukā. Strāvas plūsma caur ūdeni radīja ūdeņradi un skābekli.

Pirmais plaši izplatītais elektrisko ķēžu pielietojums praktiskai izmantošanai bija elektriskais apgaismojums. Neilgi pēc tam, kad Tomass Edisons izgudroja savu kvēlspuldzi, viņš meklēja tam praktiskus pielietojumus, izstrādājot visu enerģijas ražošanas un sadales sistēmu. Pirmā šāda sistēma Amerikas Savienotajās Valstīs bija Pērļu ielas stacija Manhetenas centrā. Tas dažus pilsētas kvadrātveida kvartālus nodrošināja ar elektrību, galvenokārt apgaismošanai.

Viena ķēžu klasifikācija ir saistīta ar strāvas plūsmas raksturu. Agrākās ķēdes bija darbināmas ar akumulatoriem, kas darbojās vienmērīgā, nemainīgā strāvā, kas vienmēr plūst tajā pašā virzienā. Tas ir līdzstrāvavai DC. Līdzstrāvas izmantošana turpinājās visu pirmo elektroenerģijas sistēmu laikā. Galvenā līdzstrāvas sistēmas problēma bija tā, ka elektrostacijas varētu apkalpot tikai aptuveni kvadrātjūdzes platību, jo vados tiek zaudēta jauda.

Inženieri 1883. gadā ierosināja izmantot Niagāras ūdenskrituma milzīgo hidroelektrostacijas potenciālu, lai apmierinātu Buffalo, N.Y. vajadzības. Lai gan šī jauda galu galā pārsniegtu Buffalo līdz Ņujorkai un vēl tālāk, sākotnēji radās sākotnējā attāluma problēma. Bufalo atradās tikai 16 jūdžu attālumā no Niagāras ūdenskrituma, taču ideja nebija realizējama - līdz brīdim, kad to darīs Nikola Tesla, kā redzēsim nākamajā lappusē.

Tesla izrāviens

Pirms maiņstrāvas vai maiņstrāvas atklāšanas jauda, ​​liela attāluma enerģijas pārvade nebija iespējama.

Pirms maiņstrāvas vai maiņstrāvas, jaudas atklāšanas nebija iespējama jaudas pārvade lielā attālumā.-

Inženieris Nikola Tesla, izmantojot Kārļa Proteusa Šteinmeca teorētisko darbu, nāca klajā ar ideju izmantot maiņstrāvavai AC. Atšķirībā no līdzstrāvas, maiņstrāva vienmēr mainās un atkārtoti apgriež virzienu.

Tad kāpēc AC bija atbilde uz tālsatiksmes enerģijas pārvades problēmu? Izmantojot maiņstrāvu, to ir iespējams izmantot transformatori mainīt sprieguma līmeņus ķēdē. Transformatori darbojas pēc principa magnētiskā indukcija, kas prasa mainīgu magnētisko lauku, ko rada maiņstrāva. Izmantojot transformatorus, tālsatiksmes pārvadei var palielināt spriegumu. Saņemošajā galā sprieguma līmenis var samazināties līdz drošākam 220 V vai 110 V biznesam un dzīvojamajai vietai.

Mums ir nepieciešami lieli spriegumi lieliem attālumiem, jo ​​stieples pretestība rada enerģijas zudumus. Elektroni, kas nokļūst atomos, ceļojot zaudē enerģiju siltuma veidā. Šis enerģijas zudums ir proporcionāls strāvas daudzuma kvadrātam, kas pārvietojas pa vadu.

Lai izmērītu līnijas pārvadītās enerģijas daudzumu, varat reizināt spriegumu ar strāvu. Šīs divas idejas var izteikt, izmantojot vienādojumu, kurā es apzīmē strāvu, V apzīmē spriegumu un P ir vienāds ar jaudu:

P = V x I

Apsvērsim 1 megavatu pārsūtīšanas piemēru. Ja mēs palielinām spriegumu no 100 V līdz 10 000 V, tad mēs varam samazināt strāvu no 10 000 A līdz 100 A. Tas samazinās enerģijas zudumus par (100)2, vai 10 000. Tāda bija Tesla koncepcija, un no šīs idejas enerģijas pārvade no Niagāras ūdenskrituma uz Buffalo un galu galā uz Ņujorku un ārpus tās kļuva par realitāti.

Amerikas Savienotajās Valstīs un daudzās citās valstīs standarts biežums maiņstrāvas jaudai ir 60 cikli sekundē jeb 60 herci. Tas nozīmē, ka 60 reizes sekundē pilnīgs strāvas cikls plūst vienā virzienā, pēc tam otrā. Strāva plūst vienā virzienā 1/120 sekundes un otrā virzienā vēl 1/120 sekundes. Laiku, kas nepieciešams viena cikla pabeigšanai, sauc par a periods, kas šajā gadījumā ir 1/60 sekundes daļa. Eiropā un citās vietās maiņstrāvas standarta frekvence ir 50 Hz.

Elektroniskās shēmas nepieciešams gan maiņstrāvas, gan līdzstrāvas. Mēs par viņiem uzzināsim nākamajā lapā.

Edisons pret Teslu

Tomass Edisons bija izcils un intuitīvs izgudrotājs. Tomēr ierobežotā izglītība, it īpaši matemātikā, neļāva viņam iegūt īstu izpratni par maiņstrāvas elektrības teoriju. Viņš pietiekami labi saprata līdzstrāvu, bet dīvainā kārtā maiņstrāvas pārsvars bija mazliet ārpus viņa izpratnes. Viņš stingri iebilda pret ideju par maiņstrāvas izmantošanu liela attāluma enerģijas pārvadei, bet maiņstrāva pakāpeniski aizstāja līdzstrāvu kā galveno elektroenerģijas pārvades līdzekli.

Elektroniskās shēmas

Jūs, iespējams, esat dzirdējis terminu mikroshēma, it īpaši, ja parādās datora aparatūras priekšmets. Mikroshēma ir niecīgs silīcija gabals, parasti ap kvadrātcentimetru. Mikroshēma var būt viena tranzistors (silīcija gabals, kas pastiprina elektriskos signālus vai kalpo kā ieslēgšanas / izslēgšanas slēdzis datoru lietojumprogrammās). Tas var būt arī integrētā shēma sastāv no daudziem savstarpēji savienotiem tranzistoriem. Čipsus iekapsulē hermētiski noslēgtā plastmasas vai keramikas apvalkā, ko sauc par a pakete. Dažreiz cilvēki visu paketi dēvē par mikroshēmu, bet mikroshēma faktiski ir iepakojuma iekšpusē.

Pastāv divu veidu integrālās shēmas - monolīts un hibrīds. Monolīti IC iekļauj visu ķēdi vienā silikona mikroshēmā. To sarežģītība var svārstīties no dažiem tranzistoriem līdz miljoniem tranzistoru datora mikroprocesora mikroshēmā. Hibrīdam IC ir shēma ar vairākām mikroshēmām, kas iesaiņotas vienā paketē. Mikroshēmas IC mikroshēmas var būt tranzistoru, rezistoru, kondensatoru un monolītu IC mikroshēmu kombinācija.

A iespiedshēmas platesvai PCB kopā satur elektronisko shēmu. Pabeigta PCB ar pievienotiem komponentiem ir a iespiedshēmas plates montāžavai PCBA. Daudzslāņu PCB var būt pat 10 sakrautas PCB. Galvanizēti vara vadītāji, kas iet caur caurumiem, kurus sauc vias pievienojiet atsevišķas PCB, kas veido trīsdimensiju elektronisko shēmu.

Vissvarīgākie elementi elektroniskajā shēmā ir tranzistori. Diodes ir niecīgas silīcija šķembas, kas darbojas kā vārsti, kas ļauj strāvai plūst tikai vienā virzienā. Citas elektroniskās sastāvdaļas ir pasīvie elementi piemēram rezistori un kondensatori. Rezistori piedāvā noteiktu pretestības līmeni strāvai, un kondensatori uzglabā elektrisko lādiņu. Trešais pasīvās ķēdes elements ir induktors, kas uzkrāj enerģiju magnētiskā lauka formā. Mikroelektroniskās shēmas ļoti reti izmanto induktorus, taču lielākām jaudas ķēdēm tās ir izplatītas.

Lielākā daļa ķēžu ir konstruētas, izmantojot ar datora palīdzību apstrādāts dizains programmas vai CAD. Daudzas no shēmām, ko izmanto digitālajos datoros, ir ārkārtīgi sarežģītas un izmanto miljonus tranzistoru, tāpēc CAD ir vienīgais praktiskais veids, kā tās noformēt. Shēmas projektētājs sāk ar vispārīgu shēmas darbības specifikāciju, un CAD programma izklāsta sarežģīto starpsavienojumu modeli.

Metāla starpsavienojuma shēmas kodināšanai uz PCB vai IC mikroshēmas tiek izmantots kodināšanas izturīgs maskēšanas slānis, lai definētu shēmas shēmu. Atklātais metāls tiek kodināts, atstājot metāla savienojuma modeli starp komponentiem.

Kāpēc maiņstrāvu izmanto elektroniskajās shēmās?

Elektroniskajās shēmās attālumi un strāvas ir ļoti mazi, tad kāpēc izmantot maiņstrāvu? Pirmkārt, strāvas un spriegumi šajās ķēdēs attēlo nepārtraukti mainīgas parādības, tāpēc arī elektriskie attēlojumi jeb analogi pastāvīgi mainās. Otrs iemesls ir tas, ka radioviļņi (piemēram, tie, ko izmanto televizori, mikroviļņu krāsnis un mobilie tālruņi) ir augstas frekvences maiņstrāvas signāli. Frekvences, ko izmanto visiem bezvadu sakaru veidiem, gadu gaitā ir vienmērīgi progresējušas, sākot no kilohercu (kHz) diapazona radio sākuma dienās līdz megahercu (MHz) un gigahercu (GHz) diapazonam mūsdienās.

Elektroniskās shēmas izmanto līdzstrāvu, lai nodrošinātu tranzistoru un citu elektronisko sistēmu sastāvdaļu barošanu. A taisngriezis ķēde pārveido maiņstrāvu no līdzstrāvas no maiņstrāvas līnijas sprieguma.

Lai iegūtu papildinformāciju par shēmām, apskatiet saites nākamajā lapā.

IC revolūcija: mikroelektronika

Pirmajās elektronisko shēmu dienās tādas sastāvdaļas kā vakuuma caurules un tranzistori bija atsevišķas ierīces, kas uzstādītas uz metāla šasijas vai iespiedshēmas plates. Tad 1959. gadā divi pētnieki, Džeks Kilbijs Texas Instruments un Roberts Noyce pie Fairchild Semiconductor (kuri strādāja neatkarīgi), sāka mikroelektronikas revolūciju, izstrādājot pirmo integrēto shēmu.

Viņi atklāja, kā apvienot vai integrēt vairākus tranzistorus un rezistorus un savienot tos, veidojot ķēdi, visi uz vienas un tās pašas mazās silīcija mikroshēmas. Mūsdienās ļoti sarežģītas elektroniskās sistēmas, līdzīgi kā mikroprocesori, kas satur miljoniem tranzistoru, var ietilpt vienā collas kvadrātveida silīcija mikroshēmā. Šīs integrētās shēmas padara mūsdienīgus datorus iespējamus.


Video Papildinājums: Kā darbojas elektriskais kociņš?.




Pētniecība


Vai Tiešām Jūsu Ķermenis Sevi Nomaina Ik Pēc Septiņiem Gadiem?
Vai Tiešām Jūsu Ķermenis Sevi Nomaina Ik Pēc Septiņiem Gadiem?

Kāpēc Palēninās Sadursmju Kontinenti
Kāpēc Palēninās Sadursmju Kontinenti

Zinātne Ziņas


Izbraukšana Nacionālajā Parkā Šajā Nedēļas Nogalē - Par Brīvu!
Izbraukšana Nacionālajā Parkā Šajā Nedēļas Nogalē - Par Brīvu!

Jūsu Zinātnes Skolotājs, Iespējams, Izplatīs Invazīvās Sugas
Jūsu Zinātnes Skolotājs, Iespējams, Izplatīs Invazīvās Sugas

Kāpēc Reliģija Padara Cilvēkus Laimīgākus (Padoms: Ne Dievs)
Kāpēc Reliģija Padara Cilvēkus Laimīgākus (Padoms: Ne Dievs)

Pēc Viena Gada Ilgas Joyride Kosmosā, Starman, Iespējams, Ir Iznīcinājis Elona Roadster
Pēc Viena Gada Ilgas Joyride Kosmosā, Starman, Iespējams, Ir Iznīcinājis Elona Roadster

Bodybuilder Injicē Kokosriekstu Eļļu, Sabojā Rokas Muskuļus
Bodybuilder Injicē Kokosriekstu Eļļu, Sabojā Rokas Muskuļus


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com