Замкнутая электрическая цепь — Основы электроники

  

Простейшая электрическая цепь состоит из источника электрической энергии, ее потребителя и соединительных проводов (см. рис. 1).

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь: Б — источник электрической энергии; SA — выключатель; EL — потребитель электрической энергии (лампа).

Кроме того, в электрическую цепь обычно включаются электроизмерительные приборы и приборы для замыкания и размыкания цепи (рис. 2).

Рисунок 2. Замкнутая электрическая цепь

 

Любая замкнутая электрическая цепь делится на две части: внешнюю, называемую внешним участком цепи, и внутреннюю, называемую внутренним участком цепи.

Внешний участок (внешняя цепь) состоит из одного или нескольких потребителей электрической энергии, соединительных проводов и различных приборов, включенных в эту цепь. Внутренний участок (внутренняя цепь) представляет собой сам источник электрической энергии.

Соберем замкнутую электрическую цепь, взяв, например, в качестве источника электрической энергии аккумуляторную батарею (рис. 2,3), а в качестве потребителя электрической энергии — электрическую лампочку накаливания. Включим в цепь амперметр и выключатель, при помощи которого можно замыкать и размыкать цепь.

Рисунок 3. Электрическая схема простейшей цепи

 

Когда выключатель разомкнут, т. е. когда электрическая цепь разорвана, лампочка не горит, а стрелка амперметра стоит на нуле, т. е. электрического тока в цепи нет. Замкнув цепь, нетрудно убедиться, что лампочка загорится, а стрелка амперметра отклонится на какой-то угол, что свидетельствует о наличии в цепи электрического тока.

Из этого опыта можно сделать вывод, что электрический ток проходит только по замкнутой цепи. Следовательно, непременным условием наличия электрического тока в цепи является надежное соединение проводниками источника электрической энергии с ее потребителями.

Источниками электрической энергии для питания радиотехнической аппаратуры служат гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и т. д.

Потребителями электрической энергии в электро- и радиотехнических устройствах являются электродвигатели, сельсины, реле, электронно-лучевые трубки, дискретные элементы (резисторы, диоды, транзисторы …), интегральные схемы и т.п. Для соединения источников и потребителей электрической энергии применяются металлические проводники различной формы, длины и толщины, изолированные один от другого.

Вернемся вновь к простейшей замкнутой цепи. Соберем схему, показанную на рис. 4, и будем поочередно включать амперметр в разные точки цепи, заметим, что куда бы прибор ни был включен, он покажет одну и ту же величину тока.

Рисунок 4. В любой из точек такой цепи амперметр покажет одну и ту же величину тока

 

Исходя из этого можно сделать такой вывод: в замкнутой электрической цепи, не имеющей ответвлений, величина тока на всех участках цепи одинакова.  

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Простая электрическая цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Простая электрическая цепь

Cтраница 1

Простая электрическая цепь состоит из источника и приемника электрической энергии.  [1]

Схема простой электрической цепи с включением измерительных приборов показана на рис. 18.6. Напомним, что за направление тока во внешней цепи принимают движение положительных зарядов от положительного полюса к отрицательному ( см. § 18.2), а во внутренней — от отрицательного полюса к положительному, хотя электроны в металлах движутся в обратную сторону.  [3]

Следовательно, простая электрическая цепь состоит из источника электрической энергии, потребителя, подводящих проводов и выключателя.  [4]

Третьим примером простых электрических цепей может служить.  [5]

Переходные процессы в простых электрических цепях с сосредоточенными и распределенными постоянными излагаются в курсах общей электротехники. Здесь мы рассмотрим переходные процессы в более сложных электрических системах: полосовых фильтрах и многокаскадных резонансных усилителях.  [6]

На рис. 8.13 показана простая электрическая цепь, состоящая из изогнутой сверхпроводящей пластины, замыкающей источник постоянного тока. При увеличении внешнего магнитного поля транспортный ток / t стремится уменьшиться. Чтобы ток остался неизменным, на клеммах источника должно появиться напряжение V. Для вычисления величины V заметим, что на линии электрического центра пластины электрическое поле по определению равно нулю. Поэтому напряжение, которое возникает при изменении магнитного потока через замкнутый контур, образованный линией электрических центров и источником тока, целиком сосредоточено на последнем. Предположим, что амплитуда Вт переменного поля значительно превышает поле проникновения в пластину.  [8]

В чем заключается свойство простой электрической цепи.  [9]

Закон Ома действителен для простой электрической цепи. В сложной электрической цепи состоящей из двух, трех или большего числа контуров, по каждому из них проходят разные токи. Расчет сложных цепей проводится по законам Кирхгофа.  [10]

Закон Ома действителен лишь для простой электрической цепи, по которой проходит одинаковый ток. В сложных цепях в отдельных ветвях токи разные, поэтому сложные цепи рассчитываются при помощи законов Кирхгофа. В этом параграфе мы будем применять эти законы при расчете сложных цепей.  [11]

Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена боа применения материалов как проводниковых, так и электроизоляционных. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепи.  [12]

Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена без применения как проводниковых, так и электроизоляционных материалов. Назначение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепи.  [13]

Для питания ячейки при электролизе используют простую электрическую цепь постоянного тока с источником питания, потенциометром, вольтметром и амперметром, по показаниям которых контролируют волну восстановления. Ток, пропускаемый через ячейку ЭХГ, обычно порядка 10 — 6 — 10 — 5 а. Сигналы ЭХГ радикал-ионов обыкновенно появляются спустя примерно 10 мин.  [14]

Выше были рассмотрены процессы включения в простых электрических цепях, составляющих в различных сочетаниях сложные цепи электрических машин. При исследовании переходных процессов в электрических машинах во многих случаях находят применение изложенные выше основные положения преобразования Лапласа и операторного исчисления. Необходимо отметить, что выше были рассмотрены лишь простейшие случаи применения этих математических методов; более подробные сведения, касающиеся этой расчетной методики, даются в соответствующей специальной литературе.  [15]

Страницы:      1    2    3

Простейшая электрическая цепь

Любого человека, если он, конечно, не отказался от благ цивилизации, окружает множество электротехнических устройств. Далеко за примерами ходить не нужно: телевизор, телефон, самая обыкновенная лампа накаливания и пр. Основой всех подобных устройств является электрическая цепь. Многие литературные источники дают похожие определения, правда, применительно к простейшей разновидности. Почему так, ведь современные электронные аппараты настолько сложны, что их обслуживание доверяют компьютеризированным системам? Действительно, странно, особенно если вспомнить центральные процессоры персональных компьютеров с их миллионами транзисторов – в них также присутствует электрическая цепь постоянного тока. Причина вышеуказанного упрощения определения состоит в том, что любая, даже сложнейшая, электрическая схема может быть представлена в виде большого количества простейших составляющих. Кстати, именно поэтому появляется возможность выполнять необходимые расчеты, используя известные формулы.

Итак, с простым и сложным определились. Теперь поясним, что же такое электрическая цепь. Для того чтобы было более понятно, рассмотрим простейший пример – электрический фонарик. Причем не тот, в котором используется управляющая микросхема (переключение режимов, мигание и пр.), а самый обычный – с батарейкой, лампочкой и тумблером включения. Он состоит из корпуса, в котором размещены сам источник света, выключатель, отсек для батарейки с двумя контактами. Вставив батарейку в корпус и щелкнув выключателем, можно добиться яркого направленного свечения лампы. Совершив эти действия, мы сформировали как раз то, что называется электрическая цепь (в профессиональном сленге — собрали схему). Ток источника электроэнергии (батарейки) устремился по пути: контакт положительного полюса – проводник, тумблер – лампа – отрицательный полюс. Это называется «простейшая электрическая цепь». В примере с фонариком элементов три: источник ЭДС, тумблер и лампа. Стоит отметить, что движение электронов (ток) возможно только по замкнутому контуру, поэтому если тумблер отключить и цепь разорвать, то оно исчезнет, хотя напряжение источника останется. Кстати, все процессы могут быть описаны и рассчитаны не только через ток, но также посредством напряжения, мощности, ЭДС.

Универсальный инструмент расчета – закон Ома. В данном случае он выглядит как:

I = E/(R+r),

где I – ток, Амперы; E – ЭДС, Вольты; R – сопротивление лампочки, Ом; r – сопротивление источника ЭДС, Ом. В используемом примере влияние сопротивлений проводника и тумблера не учитывается, так как оно ничтожно мало.

Итак, электрическая цепь и ее элементы могут включать в себя источник питания, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые компоненты и пр. Причем все это должно быть соединено воедино проводниками, формирующими непрерывный путь для прохождения тока.

Простые цепи подразделяются на неразветвленные и разветвленные. В первом случае по всем составляющим элементам проходит один и тот же ток (правило для последовательного соединения потребителей). Во втором же случае дополнительно прибавляется одна или несколько ветвей, соединенных с рассматриваемым простейшим контуром посредством узлов. При этом формируется смешанное соединение элементов цепи, поэтому значение тока, протекающего в каждой ветви, различно. Здесь ветвь – это участок электрической цепи, по всем элементам которого течет один и тот же ток, а противоположные концы которого подключены в двух узлах. Соответственно, узел – это точка электрической цепи, в которой сходятся три или более ветвей. На принципиальных схемах узлы часто как раз и обозначают точками, что упрощает восприятие (чтение).

1 Простая электрическая схема

(Таблица 2)

№	I (mA)
1	35	0	0	0
2	32,5	0,82	26,65	0,07276
3	30	1,47	44,1	0,13043
4	27,5	2,4	66	0,21295
5	25	3,07	76,75	0,2724
6	22,5	3,9	87,75	0,34605
7	20	4,62	92,4	0,40994
8	17,5	5,39	94,325	0,47826
9	15	6,19	92,85	0,54925
10	12,5	7,02	87,75	0,62289

2 Электрическая цепь с нелинейным элементом

(Таблица 3)

№	I(mA)	U(B)		R(Ом)	T(К)
1	50	11,03	551,5	220,6	944,72	0,01129
2	45	9,43	424,35	209,556	901,99	0,00896
3	40	7,73	309,2	193,25	838,85	0,00623
4	35	6,09	213,15	174	764,44	0,00392
5	30	4,65	139,5	155	690,94	0,00236
6	25	3,21	80,25	128,4	588,04	0,00105
7	20	1,99	39,8	99,5	476,24	0,00037
8	15	0,98	14,7	65,333	344,07	0,000072
9	10	0,47	4,7	47	273,15	0,000023

, значит Т − в градусах Кельвина α = 0,0055 = min( )

3 Разветвленная электрическая цепь.

(Таблица 4)

I(mA)	U(B)	(Ом)	(Ом)	(Ом)	(мА)	(мА)	(мА)	(мА)
17.5	5.54	316,6	150	310	39	36,8	− 39,9	− 3,12

Графики по таблице 2

Потенциальная диаграмма цепи для тока I = 17,5мА.

Вольтамперная характеристика I = I(U) электрической лампы.

График зависимости сопротивления лампы от силы тока.

12. Расчет по формулам (7,8) и данным таблицы 1,4 токов

+ = = − 3,12мА = − 39,9мА

= + + = 36.8мА

− = + +

= 39мА

Абсолютная погрешность

Относительная погрешность

Вывод: данная работа позволила изучить характеристики цепи постоянного тока.

Электрические цепи — технология, презентации

МБОУ «Кордонская ООШ»

Электрические цепи

С ОСТАВИТЕЛЬ : учитель технологии

Кудинов А. А.

Кордон 2018

Простейшая электрическая цепь может содержать всего три элемента:

источник, нагрузку и соединительные провода.

—

+

Электри́ческая цепь —

совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Электрическая схема карманного фонарика.

Однако реальные электрические цепи устроены намного сложнее.

При сборке электрических цепей электромонтажник руководствуется

принципиальной электрической схемой .

Принципиальная схема, принципиальная электрическая схема — графическое изображение (модель), служащее для передачи с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства.

Принципиальная схема, в отличие от разводки печатной платы не показывает взаимного (физического) расположения элементов, а лишь указывает на то, какие выводы реальных элементов (например, микросхем) с какими соединяются.

Рассмотрим некоторые графические обозначения на принципиальных схемах

Гальванический

элемент

+

—

Батарея гальванических

элементов

+

—

Провод

Пересечение

проводов

Соединение

проводов

узел

Выключатель (ключ)

Кнопочный

выключатель

Резистор

(сопротивление)

Реостат

Изучение нового учебного материала

Предохранитель

Электрическая лампа

накаливания

Электрический

звонок

Катушка

проволочная

Катушка

с железным сердечником

Конденсатор

постоянной ёмкости

Изучение нового учебного материала

Конденсатор

переменной ёмкости

Изучение нового учебного материала

Конденсатор

электролитический

+

Амперметр

А

Вольтметр

V

Принципиальные электрические схемы являются графическим документом.

Условные обозначения и правила выполнения электрических схем определяются государственным стандартом, который обязаны соблюдать все инженеры и техники.

Линии связей между элементами схемы проводят параллельно или взаимно перпендикулярно, соблюдая

условие замкнутости цепи, наклонные линии не применяются.

Зарисуем в тетради таблицу из учебника (стр. 49), где показаны условные обозначения некоторых элементов электрической цепи.

Монтажные схемы   — это чертежи, показывающие реальное расположение компонентов как внутри, так и снаружи объекта, изображённого на схеме. Предназначены, в основном, для того, чтобы можно было изготовить объект. Учитывает расположение компонентов схемы и электрических связей (электрических проводов и кабелей). Действуют лишь общие требования к оформлению конструкторской документации.

-Что такое электрическая цепь?

— Что такое принципиальна схема?

— Что такое монтажная схема?

-Что можно отнести к элементам электрической цепи?

— изобразить принципиальную схему электропроводки дома или квартиры.

пример

Задание на дом

— изучить параграф 9 учебника;

— ответить на вопросы 1-2 на странице 50 учебника.

Выскажите одним предложением, выбирая начало фразы:

Сегодня я узнал(а)…

Было интересно…

Было трудно…

Я выполнял(а) задания…

Я понял(а), что…

Теперь я могу…

Я приобрёл(а)…

Я научился(научилась)…

У меня получилось…

Я смог(смогла)…

Я попробую…

Меня удивило…

Мне захотелось…

Схемы замещения источников энергии

Простейшая электрическая цепь и ее схема замещения, как указывалось, состоят из одного источника энергии с ЭДС Е и внутренним сопротивлением r_вт и одного приемника с сопротивлением r (см. рис. 1.3). Ток во внешней по отношению к источнику энергии части цепи, т. е. в приемнике с сопротивлением r, принимается направленным от точки а с большим потенциалом к точке b с меньшим потенциалом .

Направление тока будем обозначать на схеме стрелкой с просветом или указывать двумя индексами у буквы I, такими же, как и у соответствующих точек схемы. Так, для схемы рис. 1.3 ток в приемнике I = I_ab, где индексы а и b обозначают направление тока от точки а к точке b.
Покажем, что источник энергии с известными ЭДС E и внутренним сопротивлением r_вт, может быть представлен двумя основными схемами замещения (эквивалентными схемами).
Как уже указывалось, с одной стороны, напряжение на выводах источника энергии меньше ЭДС на падение напряжения внутри источника:

с другой стороны, напряжение на сопротивлении r



Ввиду равенства из (1.5а) и (1.56) получается или



В частности, при холостом ходе (разомкнутых выводах а и b) получается E=U_x, т. е. ЭДС равна напряжению холостого хода. При коротком замыкании (выводов а и b) ток

Из (1.7 б) следует, что r_вт источника энергии, так же как и сопротивление приемника, ограничивает ток.
На схеме замещения можно показать элемент схемы с r_вт, соединенным последовательно с элементом, обозначающим ЭДС E (рис. 1.7, а). Напряжение U зависит от тока приемника и равно разности между ЭДС E источника энергии и падением напряжения r_втI (1.6а). Схема источника энергии, показанная на рис. 1.7, а, называется первой схемой замещения или схемой с источником ЭДС.
Если r_вт<<r и напряжение U_вт<<U, т. е. источник электрической энергии находится в режиме, близком к холостому ходу, то можно практически пренебречь внутренним падением напряжения и принять U_вт = r_вт = 0. В этом случае для источника энергии получается более простая эквивалентная схема только с источником ЭДС, у которого в отличие от реального источника исключается режим короткого замыкания (U =0). Такой источник энергии без внутреннего сопротивления (r_вт = 0), обозначенный кружком со стрелкой внутри и буквой E (рис. 1.7, б), называют идеальным источником ЭДС или источником напряжения (источником с заданным напряжением). Напряжение на выводах такого источника не зависит от сопротивления приемника и всегда равно ЭДС E. Его внешняя характеристика — прямая, параллельная оси абсцисс (штриховая прямая ab на рис. 1.4).
Источник энергии может быть представлен и второй схемой замещения (рис. 1.8, а). Чтобы обосновать эту возможность, разделим правую и левую части уравнения (1.7а) на r_вт. В результате получим



где g_вт=1/r_вт — внутренняя проводимость источника энергии, или

J = I + I_вт, (1.8)

где J = E/r_вт — ток при коротком замыкании источника энергии (т. е. ток при сопротивлении r=0); I_вт=U/r_вт=g_втU—некоторый ток, равный отношению напряжения на выводах источника энергии к его внутреннему сопротивлению; I = U/r = gU — ток приемника; g = 1/r — проводимость приемника.
Полученному уравнению (1.8) удовлетворяет схема замещения с источником тока, состоящая из источника с заданным током J = E/r_вт (рис. 1.8, а) и соединенного с ним параллельно элемента rвт (общие выводы 1 и 2).
Если g_вт<<g или r_вт>>r и при одном и том же напряжении U = U₁₂ = U_ab ток Iвт<<I, т. е. источник энергии находится в режиме, близком к короткому замыканию, то можно принять ток I_вт = g_втU = 0. В этом случае для источника энергии получается более простая схема замещения только с источником тока (рис. 1.8,б). Такой источник с внутренней проводимостью g_вт = 0 , обозначенный кружком с двойной стрелкой с разрывом внутри и буквой J, называют идеальным источником тока (источником с заданным током). Ток идеального источника тока J не зависит от сопротивления приемника r. Его внешняя характеристика — прямая, параллельная оси ординат (штриховая прямая cd на рис. 1.4). Для идеального источника тока исключается режим холостого хода (I = 0).
В дальнейшем, если нет специальных указаний, терминами «источник ЭДС (напряжения)» и «источник тока» обозначаются часто идеальные источники.
Источники ЭДС и источники тока называются активными элементами электрических схем, а резистивные элементы — пассивными.
При составлении электрической схемы замещения для той или иной реальной цепи стремятся по возможности учесть известные электрические свойства как каждого участка, так и в целом всей цепи.
В зависимости от электрических свойств цепи и условий поставленной задачи важно правильно выбирать схемы замещения и пользоваться ими для исследования режимов в реальных электрических цепях.

Электрическая цепь состоит из источника питания, потребителя энергии и соединительных проводов.

При соединении источника питания, нагрузки и проводников образуется электрическая цепь. Так какие же процессы происходят в электрической цепи?
Свободные электроны в металлическом проводнике или ионы в электролите, как указывалось, находятся в состоянии беспоря­дочного движения. Количество электричества (заряд), которое переносится при этом через любое поперечное сечение проводни­ка, в среднем равно нулю.

Однако если на свободные заряженные частицы действуют в определенном направлении силы (например, силы электрическо­го поля), то к скоростям их беспорядочного движения прибавляется слагающая скорости в направлении действующей силы. В этом случае через любое поперечное сечение проводника про­ходит определенный заряд, т. е. в проводнике возникает элек­трический ток.

Для того чтобы получить электрический ток, нужно создать электрическую цепь.

Электрическая цепь образуется из источников электрической энергии или, как их называют, источников питания, потребителей электрической энергии или приемников и проводников электрического тока.

В источниках питания возбуждается электродви­жущая сила (сокращенно э. д. с.), под действием которой заряды получают дополнительную слагающую скорости, т. е. до­полнительную кинетическую энергию.

Когда протекает ток в электрической цепи в источниках питания происходит преобразование различных видов энергии в электрическую, в по­требителях, наоборот, электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Источники питания и потребители соединя­ются обычно медными проводами. Источники питания, потребите­ли и соединительные провода называют элементами цепи.

При движении заряженных частиц в электрической цепи кине­тическая энергия направленного движения частиц благодаря столкновению их с ионами и молекулами вещества частично пре­образуется в энергию беспорядочного движения частиц, т. е. вы­деляется и рассеивается в виде тепла в источниках питания, потребителях и соединительных проводах. В связи с этим явлением принято говорить, что источники питания , потребители и соединительные провода обладают сопротивлением.

В современной электротехнике в качестве источников питания применяют главным образом электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, и первичные элементы и аккумуляторы, в которых происходит преобразование химической энергии в электрическую.

Потребители электрической энергии весьма разнообразны. К ним, например, относятся электродвигатели, в которых элект­рическая энергия преобразуется в механическую; электрические печи, лампы накаливания и различные нагревательные приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую; электролитические ванны, в в которых происходит преобразование электрической энергии в химическую.

В качестве вспомогательного оборудования в электрическую цепь входят аппараты для включения и выключения (например, рубильники), приборы для измерения электрических величин (например, амперметры и вольтметры), аппараты защиты (на­пример, предохранители).

Источники питания, потребители элек­трической энергии и вспомогательная аппа­ратура на электрических схемах имеют ус­ловные обозначения. Элементы электрической цепи приведенные в таблице.

На рисунке показана простейшая схема электрической цепи.

Источник питания счи­тают внутренним участком элек­трической цепи, потребитель энергии (П) и соединительные провода составляют внешний участок элек­трической цепи. Сопротивление источника питания называют внутренним сопротивлением.

Можно так же посмотреть видео, где автор по своему рассказывает, что такое электрическая цепь.

10 простых электрических схем со схемами

Повседневная жизнь на Земле практически невозможна без электричества. Все мы, от домов до крупных предприятий, зависим от электричества. Мы знаем, что электрический ток течет по замкнутой цепи. Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, в котором непрерывный электрический ток идет от источника питания к нагрузке. Если вы пытаетесь описать электрическую цепь своему другу или соседу, вероятно, вам придется провести соединение. Например, если вы хотите объяснить схему освещения, может потребоваться больше времени, чтобы нарисовать лампочку, батарею и провода, потому что разные люди рисуют различные компоненты схемы по-разному, и это может занять много времени, чтобы объяснить.Поэтому лучший способ — научиться показывать простые электрические схемы. В этой статье мы приводим чертежи некоторых простых электрических цепей: цепь освещения переменного тока, цепь зарядки аккумулятора, счетчик энергии, цепь переключателя, цепь кондиционирования воздуха, цепь термопары, цепь освещения постоянного тока, цепь мультиметра, цепь трансформатора тока и цепь однофазного двигателя. .

Цепь переменного тока для лампы

Для лампы нам понадобятся два провода; один — нейтральный провод, а другой — провод под напряжением.Эти два провода подключены от лампы к главной панели питания. Желательно использовать разные цвета для проводов под напряжением и нейтральных проводов. Универсальная практика — использовать красный цвет для проводов под напряжением и черный цвет для нейтрального провода. Для включения и выключения лампы нам понадобится элемент управления, называемый переключателем, который находится в проводе под напряжением между источником питания и лампой. Если переключатель находится в положении ON, электрическая цепь замкнута и лампа светится, а если переключатель находится в положении OFF, он отключит питание лампы.Для безопасной работы эту проводку помещают в коробку, называемую распределительной коробкой. Провод переключателя и провод под напряжением представляют собой одиночный провод; он просто прорезан между ними для подключения переключателя. Если вы хотите заменить лампу, не забудьте выключить лампу и, если возможно, отключить питание от цепи.

Схема зарядки аккумулятора

Зарядка аккумулятора осуществляется с помощью выпрямителя. Основная функция выпрямителя — преобразование переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный).Выпрямитель, показанный на схеме, представляет собой мостовой выпрямитель, который имеет четыре диода, соединенных в виде моста. В цепь добавлено сопротивление, чтобы ограничить ток. Когда питание подается на выпрямитель через понижающий трансформатор, он преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока, который поступает в батарею, тем самым заряжая ее. Обычно эта схема заключена в блоке зарядного устройства или инверторе, и только клеммы выходят из блока зарядного устройства для подключения к батарее для зарядки.

Электрическая цепь кондиционирования воздуха

Кондиционирование воздуха — это процесс, при котором воздух нагревается, охлаждается, очищается и циркулирует вместе с контролем его влажности. Электрический аспект переменного тока включает в себя силовое оборудование для двигателей и пускателей для компрессоров и вентиляторов конденсатора. Сопутствующее электрическое оборудование включает в себя электромагнитные клапаны, реле высокого и низкого давления, реле высокой и низкой температуры, а также предохранительные устройства для защиты от перегрузки по току, пониженного напряжения и т. Д.

Вентиляторы компрессора и конденсатора приводятся в действие простым трехфазным асинхронным двигателем переменного тока с фиксированной скоростью, каждый со своим стартером и питаемым от распределительного щита. Регулярное электрическое обслуживание и поиск неисправностей двигателя и стартеров включает очистку, проверку соединений, испытания изоляции и т. Д.

Цепь переключателя

Мы задействуем переключатели для освещения, вентиляторов и т. Д. Много раз в день, но обычно мы не пытаемся это сделать. см. соединение внутри переключателя. Функция переключателя состоит в том, чтобы подключить или замкнуть цепь, идущую к нагрузке от источника питания.Он имеет подвижные контакты, которые обычно разомкнуты.

Как показано на схеме, подача питания на нагрузку осуществляется через схему переключения, поэтому подачу питания можно отключить, удерживая переключатель в разомкнутом состоянии.

Схема освещения постоянного тока

Для небольшой светодиодной лампы обычно используется источник постоянного тока (аккумулятор). Эта схема очень проста. Батарея имеет две точки: анодную и катодную. Анод положительный, а катод отрицательный. Лампа имеет два вывода — один положительный, а другой — отрицательный.Положительный вывод лампы соединен с анодом, а отрицательный вывод лампы соединен с катодом батареи. Как только соединение будет установлено, лампа загорится. Для включения или выключения, подключите переключатель (схема выше) между любым одним проводом, который будет отключать или подавать напряжение постоянного тока на светодиодную лампу.

Более простые электрические схемы и простые электрические устройства обсуждаются на следующей странице.

Цепь термопары

Предыдущая страница была посвящена работе нескольких простых электрических цепей, здесь мы продолжим эту тему и изучим некоторые более простые электрические устройства и их утилиты.

Когда соединения, образованные из двух разнородных однородных материалов, подвергаются воздействию разницы температур, возникает ЭДС. Это называется эффектом Зеебека. На рисунке показана термопара, состоящая из двух проводов, одна железная, а другая — из константана, с вольтметром. Этот вольтметр будет измерять генерируемую ЭДС, и ее можно откалибровать для измерения температуры. Разница температур между горячим и холодным спаем создает пропорциональную ей ЭДС.Если температура холодного спая поддерживается постоянной, то ЭДС пропорциональна температуре горячего спая.

Счетчик энергии или счетчик двигателя

Энергия — это общая мощность, потребляемая за определенный промежуток времени. Мощность, потребляемая в течение определенного периода времени, может быть измерена счетчиком двигателя или счетчиком энергии. Счетчики энергии используются на всех линиях электроснабжения каждого дома для измерения мощности, потребляемой как в цепях постоянного, так и переменного тока. Он измеряется в ватт-часах или киловатт-часах.Для цепей постоянного тока счетчиком может быть ампер-час или ватт-час.

Есть алюминиевый диск, который непрерывно вращается при потреблении энергии. Скорость вращения пропорциональна мощности, потребляемой нагрузкой (в ватт-часах). Счетчики энергии имеют катушку давления и катушку тока. Когда напряжение подается на катушку давления, ток течет через катушку и создает магнитный поток, который создает крутящий момент на диске. Ток нагрузки протекает через токовую катушку и создает другой магнитный поток, который оказывает противоположный крутящий момент на алюминиевый диск.Результирующий крутящий момент действует на диск и приводит к вращению диска, которое пропорционально используемой энергии и регистрируется в счетчике энергии.

Схема мультиметра

Мультиметр, вероятно, является одним из самых простых электрических устройств, которые могут измерять сопротивление, токи и напряжение. Это незаменимый прибор, который может использоваться для измерения постоянного и переменного напряжения и токов. Он используется для проверки целостности цепи (по шкале омметра, для измерения протока постоянного тока, постоянного напряжения в цепи, а также для измерения переменного напряжения на трансформаторе питания.Он состоит из гальванометра, последовательно подключенного к сопротивлению. Ток, протекающий в цепи, то есть напряжение в цепи, можно измерить, подключив клеммы мультиметра к цепи. В основном он используется для проверки целостности обмоток двигателя.

Схема трансформатора тока

Трансформатор тока используется для измерения тока в цепи с помощью амперметра низкого диапазона. Фактически, он снижает ток до уровня диапазона амперметра.Он имеет первичную обмотку и вторичную обмотку. Первичная обмотка подключается к силовой цепи, так что через нее проходит измеряемый ток. Вторичная обмотка трансформатора подключена к амперметру. Трансформатор снизит ток до значения, которое может быть измерено подключенным амперметром.

Цепь однофазного двигателя

Однофазные двигатели предназначены для работы от однофазного источника питания и могут выполнять широкий спектр полезных услуг в домах, офисах, фабриках и мастерских, а также в других коммерческих учреждениях.

Однофазный двигатель имеет две клеммы в клеммной коробке внешнего корпуса. Одна из этих клемм соединена с токоведущим проводом силовой цепи, а другая — с нулевым проводом. Когда электропитание поступает на двигатель, двигатель будет работать до тех пор, пока не будет отключено электропитание.

На этом однофазном двигателе работает даже вентилятор. Иногда вентилятор не запускается, когда мы его включаем. Причина в том, что конденсатор, используемый для самозапуска однофазного двигателя, не работает.Лучший способ решить эту проблему — заменить конденсатор.

Открывая электричество! Как сделать простую схему

* Это сообщение может содержать партнерские ссылки или спонсируемый контент. *

Тебе понравилась эта статья? Если да, поделитесь, пожалуйста, этим!

Если вы хотите, чтобы что-то работало — ваш компьютер, фонарик, пульт вашего брата, — вам нужно, чтобы электричество проходило через цепь. Цепь — это путь, по которому течет электричество.Мне нравится учить своих детей тому, что это похоже на круг, поскольку схема начинается таким же образом.

Создание электрической цепи с вашими детьми — это простой способ продемонстрировать, как работает электричество .

Все схемы работают одинаково. Электричество покидает источник своей энергии, проходит путь и возвращается на другую сторону источника энергии непрерывным путем.

Так, например, в фонарике энергия покидает отрицательный конец батареи, проходит по проводам к лампочке, затем по другим проводам и обратно к положительному концу батареи.

Что действительно круто в электричестве и схемах, так это то, что вы можете сделать их дома без какого-либо специального оборудования. Готовы попробовать?

Материалы, необходимые для простой схемы

• алюминиевая фольга
• лента
• аккумулятор типа D
• маленькая лампочка {может быть от фонарика}

Как сделать простую схему

Шаг 1: Вырежьте два куска алюминиевой фольги и сложите их полосками.Это будут ваши провода для схемы.

Шаг 2: Приклейте один конец к положительному полюсу батареи, а другой — к отрицательному.

Шаг 3: Прикоснитесь одной полосой к металлической части лампы прямо под стеклом.

Шаг 4: Коснитесь другой полоской серебряного наконечника на конце лампы.

Лампа должна загореться, потому что вы создали непрерывную цепь своими «проводами».

Если вы действительно хотите, чтобы ваши дети повеселились, позвольте им немного поиграть с этим.Спросите их, что произойдет, если они добавят две (или более) батареи или более проводов. А еще лучше дайте им провода и еще лампочки и батарейки, чтобы они попробовали. Я храню провода, кусачки, батарейки, лампочки, патроны, выключатели, зуммеры и держатели батарей в небольшом пластиковом контейнере и позволяю детям играть с ними, когда они хотят.

Электронная книга для детей «Наука для умных детей: электричество и магнетизм», если они заинтересованы в большем изучении, содержит более 20 заданий, которые исследуют и привлекают детей, поощряют критическое мышление и побуждают их находить то, что нужно исследовать. собственный мир.

Есть что-то действительно крутое в том, что разрешено свободно исследовать с помощью проводов и батарей.

И что замечательно, если вы хотите что-то наладить, то материалы недорогие. Если вы хотите сделать это со своими детьми, фольга и лента подойдут и вызовут реакцию «это круто», на которую мы надеемся.

Вы изучали электричество со своими детьми? Какие занятия были твоими любимыми?

Тебе понравилась эта статья? Если да, поделитесь, пожалуйста, этим!

Эта статья была написана приглашенным автором Weird, Unsocialized Homeschoolers.См. Полную биографию автора в теле сообщения.

Сделайте простую электрическую схему — Научные проекты

Дизайн эксперимента:

Спланируйте эксперимент для проверки каждой гипотезы. Составьте пошаговый список того, что вы будете делать, чтобы ответить на каждый вопрос. Этот список называется экспериментальной процедурой. Чтобы эксперимент дал ответы, которым можно доверять, он должен иметь «контроль». Контроль — это дополнительная экспериментальная проба или прогон.Это отдельный эксперимент, проведенный точно так же, как и другие. Единственное отличие состоит в том, что экспериментальные переменные не меняются. Элемент управления — это нейтральная «контрольная точка» для сравнения, которая позволяет вам увидеть, что происходит при изменении переменной, сравнивая ее с отсутствием изменений. Надежные средства управления иногда очень сложно разработать. Они могут быть самой сложной частью проекта. Без контроля вы не можете быть уверены, что изменение переменной приведет к вашим наблюдениям. Серия экспериментов, включающая контроль, называется «контролируемым экспериментом».”

Пожалуйста, прочтите внимательно!

Во всех экспериментах используется безопасный низковольтный аккумулятор. Бытовой электрический ток содержит высокое напряжение, которое может привести к серьезным травмам. Не используйте бытовой электрический ток ни в одном из этих экспериментов.

Тщательно следуйте инструкциям по подключению для каждого эксперимента — неправильное подключение может привести к утечке и / или разрыву батареи.

Не разбирайте батарею — контакт с материалом внутренней батареи может привести к травме.

Не бросайте батарею в огонь, не перезаряжайте, не вставляйте обратно, не смешивайте с использованными батареями или батареями других типов — это может взорваться, протечь и причинить травму.

Создание простой электрической цепи

В этом эксперименте вы создадите простую электрическую цепь. Обратите внимание, что «простой» действительно означает «легкий» (в данном контексте). Означает электрическую цепь с одной батареей, одной лампой и одним выключателем.

Материалы:

1. Деревянная доска 12 см x 17 см (5 ″ x 7 ″)
2. Держатель одноэлементной батареи (MiniScience # MBh2D)
3. Простой переключатель (MiniScience # KSWITCH)
4. Миниатюрный патрон лампы (MiniScience # MINIBASE, MINIBASEP, MINIBASEB)
5. Миниатюрная лампа 1.2-вольтовый (MiniScience # E0112)
6. Маленькие винты
7. Соединительные провода (рекомендуются сплошные медные провода сечением от 20 до 26)

Рисунок ниже взят из комплекта «Простая электрическая схема» на сайте MiniScience.com.

САМЫЙ ПРОСТОЙ ЦЕПЬ:

САМЫЙ ПРОСТОЙ ЦЕПЬ:

ЗАКОН ОМА

САМАЯ ПРОСТАЯ ЦЕПЬ:

Мы можем заставить ток течь по кругу (цепи) соединяя клеммы аккумулятора вместе.Это растопит провод, разжигай искры и, возможно, разжигай огонь, так что не делай этого. Вместо этого подключите что-нибудь для управления током. Способность к управляющий ток называется сопротивлением, и все материалы имеют его в некоторой степени — на самом деле мы классифицируем материалы в соответствии с их сопротивление: с очень низким сопротивлением — проводники, с много сопротивления — изоляторы. Есть устройства, называемые резисторами которые используются в электронных гаджетах — у них есть сопротивление, которое что-то среднее между проводимостью и изоляцией и предсказуемо.Так вот безопасная цепь:

Батарея имеет определенное нажатие, называется электродвижущей силой или ЭДС. Это измеряется в единицах, называемых вольт . Обозначаем ЭДС (часто называемую напряжением) в формулах буквой E . Напряжение необходимо измерять между двумя точками цепи в таким же образом измеряется высота между двумя точками на сторона горы. Нет такого понятия, как «0 вольт», за исключением того, что напряжение между двумя точками равно 0, если они соединены вместе.

Резистор имеет определенную величину Сопротивление, измеренное в единицах, называется Ом . Мы указываем сопротивление в формулах с буквой R .

Когда ток течет, мы измеряем его в единицы называют ампер , и обозначают его буквой I .

Эти три связаны простой формулой называется законом Ома:

I = E / R

Также написано E = IR или R = E / I.

Это говорит нам ток, если мы знаем напряжение и сопротивление, или напряжение, если мы знаем ток и сопротивление или сопротивление, если нам известны ток и напряжение. Если вам это кажется немного замкнутым, вы правы. Мы можем измерить ток силой магнитного поля, которое он будет генерировать, но там не является критерием для измерения напряжения, кроме как увидеть, сколько тока течет через известное сопротивление. А как узнать сопротивление? Мы применяем известное напряжение и посмотрите, сколько тока течет.

Определение единиц также круглое: 1 ампер — это количество тока, протекающего через резистор сопротивлением 1 Ом. если приложено 1 вольт.

---

Два резистора последовательно:

Будет немного сложнее, если есть два резистора:

Какой бы ни был ток, он такой же в A, B и C. (Больше некуда течь ток).

Напряжение между A и C равно этому между A и B добавляется к тому, что между B и C.

E AC = E AB + E BC

Напряжения складываются, как и высота дом — это сумма высот его этажей.

Напряжение на каждом резисторе равно пропорционально сопротивлению каждого резистора.

E AB / R 1 = E BC / R 2

Видите ли, закон Ома верен для каждой части схема, а также схема в целом.Какой бы ток ни тек, это то же самое в каждом резисторе, поэтому напряжения будут регулироваться самих себя.

Суммарное сопротивление R 1 + р 2

---

Два параллельных резистора

Ток через А равен току через B плюс ток через C. Ток разделяется и идет вместе, как вода, текущая вокруг острова.

Напряжение на R 1 такое же, как на напряжение на R 2.

E AB = E AC, так I B R 1 = I C R 2 и I B / R 2 = I C / R 1

Другими словами, ток через каждый резистор обратно пропорционален номиналам резисторов. Также важно помнить резистор высокого номинала проходит через небольшой Текущий.

Мы можем решить вышеуказанную проблему для полного тока ( I B + I C) и получите эквивалент сопротивление для двух резисторов:

В частном случае, когда резисторы То же, эквивалентное сопротивление — R 1 /2. Это появляется чаще, чем вы можно было ожидать.

В другом особом случае, когда R2 больше, чем 100-кратное значение R1, R2 составляет такую ​​небольшую часть ток, который мы не удосужились включать в расчеты. Тогда мы говорим, что R2 не загружает схему.

---

Вот более сложный пример:

R1 — резистор особого типа. с регулируемым краном посередине.Это действительно заставляет R1 вести себя как два последовательно включенных резистора. Если мы скажем, что R2 в 100 раз больше R1, мы можем оставим это в расчетах и ​​обнаружим, что напряжение E2 будет напрямую зависит от положения крана.

Если бы R2 было сопоставимо с R1 по стоимости, мы бы нужно вычислить, сначала решив R2 и нижнюю часть R1 как два резистора параллельно, и используя результат этого последовательно расчет, чтобы найти напряжение E2 и полный ток. В результирующая кривая напряжения (то, что вы получили бы, если бы построили E2 для различных положения крана) довольно беспорядочно, поэтому мы действительно предпочитаем R2, который не нагружает цепь.

Вернуться к темам Mu126

Закон

Ома: сопротивление и простые схемы

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните происхождение закона Ома.
• Рассчитайте напряжения, токи или сопротивления по закону Ома.
• Объясните, что такое омический материал.
• Опишите простую схему.

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :

[латекс] I \ propto {V} \\ [/ латекс].

Это важное соотношение известно как закон Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R .Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление обратно пропорционально току, или

.

[латекс] I \ propto \ frac {1} {R} \\ [/ latex].

Таким образом, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление увеличивается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем

[латекс] I = \ frac {V} {R} \\ [/ латекс].

Это соотношение также называется законом Ома.Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими . К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление R , которое не зависит от напряжения В и тока I . Объект, который имеет простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико.Единицей измерения сопротивления является Ом и обозначается символом Ω (греческая омега в верхнем регистре). Перестановка I = V / R дает R = V / I , и поэтому единицы сопротивления равны 1 Ом = 1 вольт на ампер:

[латекс] 1 \ Omega = 1 \ frac {V} {A} \\ [/ латекс].

На рисунке 1 показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно включить в R .

Рис. 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленной красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 1. Расчет сопротивления: автомобильная фара

Какое сопротивление проходит у автомобильной фары? 2.50 А при подаче на него 12,0 В?

Стратегия

Мы можем изменить закон Ома в соответствии с формулой I = V / R и использовать его для определения сопротивления.

Решение

Перестановка I = V / R и замена известных значений дает

[латекс] R = \ frac {V} {I} = \ frac {\ text {12} \ text {.} \ Text {0 V}} {2 \ text {.} \ Text {50 A}} = \ text {4} \ text {.} \ text {80 \ Omega} \\ [/ latex].

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше, чем хладостойкость фары.Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому лампа имеет меньшее сопротивление при первом включении и потребляет значительно больший ток во время короткого периода прогрева.

Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 ¹² Ом или более. Сопротивление сухого человека может составлять 10 ⁵ Ом, в то время как сопротивление человеческого сердца составляет примерно 10 ³ Ом.Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10 ⁻⁵ Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделах «Сопротивление и удельное сопротивление». Дополнительное понимание можно получить, решив I = V / R для V , что дает

В = ИК

Это выражение для В можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I .Фраза IR drop часто используется для этого напряжения. Например, фара в Примере 1 выше имеет падение IR на 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывая ток — поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления.Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE = q Δ V , и через каждую из них протекает то же самое q . Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны.(См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Подключение: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним резистором. Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет и другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.

Исследования PhET: закон Ома

Посмотрите, как уравнение закона Ома соотносится с простой схемой. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменяется ток по закону Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

• Простая схема — это схема , в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
• Одно из утверждений закона Ома дает соотношение между током I , напряжением В и сопротивлением R в простой схеме как [латекс] I = \ frac {V} {R} \\ [/ latex] .
• Сопротивление выражается в единицах Ом (Ом), относящихся к вольтам и амперам на 1 Ом = 1 В / А.
• На резисторе возникает падение напряжения или IR , вызванное протекающим через него током, равным V = IR .

Концептуальные вопросы

1. Падение напряжения IR на резисторе означает изменение потенциала или напряжения на резисторе.Изменится ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.
2. Как падение IR в резисторе похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?

Задачи и упражнения

1. Какой ток протекает через лампочку фонаря на 3,00 В, когда ее горячее сопротивление составляет 3,60 Ом?

2. Вычислите эффективное сопротивление карманного калькулятора с батареей на 1,35 В, через которую протекает ток 0,200 мА.

3.Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него проходит 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель 11,0 В?

4. Сколько вольт подается для работы светового индикатора DVD-плеера с сопротивлением 140 Ом, если через него проходит 25,0 мА?

5. (a) Найдите падение напряжения на удлинителе с сопротивлением 0,0600 Ом, через который проходит ток 5,00 А. (b) Более дешевый шнур использует более тонкую проволоку и имеет сопротивление 0.300 Ом. Какое в нем падение напряжения при протекании 5.00 А? (c) Почему напряжение на любом используемом приборе снижается на эту величину? Как это повлияет на прибор?

6. ЛЭП подвешена к металлическим опорам со стеклянными изоляторами, имеющими сопротивление 1,00 × 10 ⁹ Ом. Какой ток протекает через изолятор при напряжении 200 кВ? (Некоторые линии высокого напряжения — постоянного тока.)

Глоссарий

Закон Ома:

эмпирическое соотношение, указывающее, что ток I пропорционален разности потенциалов V , V ; его часто записывают как I = V / R , где R — сопротивление

сопротивление:

электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V / I

Ом:

единица сопротивления, равная 1Ω = 1 В / A

омическое:

тип материала, для которого действует закон Ома

простая схема:

схема с одним источником напряжения и одним резистором

Избранные решения проблем и упражнения

1.0,833 А

3. 7,33 × 10 ⁻² Ом

5. (а) 0,300 В

(б) 1,50 В

(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, уменьшается, поскольку общее падение напряжения от стены до конечного выхода прибора является фиксированным. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на приборе значительно уменьшается, поэтому выходная мощность прибора может быть значительно уменьшена, что снижает способность прибора работать должным образом.

Как работают электронные компоненты

Электронные гаджеты стали неотъемлемой частью нашей жизни. Они сделали нашу жизнь комфортнее и удобнее. Электронные гаджеты находят широкое применение в современном мире, от авиации до медицины и здравоохранения. Фактически, революция в электронике и революция в компьютерах идут рука об руку.

Большинство гаджетов имеют крошечные электронные схемы, которые могут управлять машинами и обрабатывать информацию.Проще говоря, электронные схемы — это линия жизни различных электроприборов. В этом руководстве подробно рассказывается об общих электронных компонентах, используемых в электронных схемах, и о том, как они работают.

В этой статье я дам обзор электронных схем. Затем я предоставлю дополнительную информацию о 7 различных типах компонентов. Для каждого типа я буду обсуждать состав, принцип работы, а также функцию и значение компонента.

1. Конденсатор
2. Резистор
3. Диод
4. Транзистор
5. Катушка индуктивности
6. Реле
7. Кристалл кварца

---

Обзор электронной схемы

Электронная схема — это структура, которая направляет и управляет электрическим током для выполнения различных функций, включая усиление сигнала, вычисление и передачу данных.Он состоит из нескольких различных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды. Для соединения компонентов друг с другом используются токопроводящие провода или дорожки. Однако цепь считается завершенной, только если она начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя цикл.

---

Элементы электронной схемы

Сложность и количество компонентов в электронной схеме может изменяться в зависимости от ее применения. Однако простейшая схема состоит из трех элементов, включая токопроводящую дорожку, источник напряжения и нагрузку.

Элемент 1: токопроводящий путь

Электрический ток течет по токопроводящей дорожке. Хотя медные провода используются в простых цепях, они быстро заменяются токопроводящими дорожками. Проводящие дорожки — это не что иное, как медные листы, наклеенные на непроводящую основу. Они часто используются в небольших и сложных схемах, таких как печатные платы (PCB).

Элемент 2: Источник напряжения

Основная функция цепи — обеспечить безопасное прохождение электрического тока через нее.Итак, первый ключевой элемент — это источник напряжения. Это двухконтактное устройство, такое как аккумулятор, генераторы или энергосистемы, которые обеспечивают разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в цепи, так что ток может течь через них.

Элемент 3: Нагрузка

Нагрузка — это элемент в цепи, который потребляет мощность для выполнения определенной функции. Лампочка — простейшая нагрузка. Однако сложные схемы имеют разные нагрузки, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и транзисторы.

---

Факты об электронных схемах

Факт 1: Обрыв цепи

Как упоминалось ранее, цепь всегда должна образовывать петлю, чтобы через нее протекал ток. Однако, когда дело доходит до разомкнутой цепи, ток не может протекать, поскольку один или несколько компонентов отключены намеренно (с помощью переключателя) или случайно (сломанные части). Другими словами, любая цепь, не образующая петли, является разомкнутой.

Факт 2: Замкнутый контур

Замкнутый контур — это контур, который образует контур без каких-либо прерываний.Таким образом, это полная противоположность разомкнутой цепи. Однако полная цепь, которая не выполняет никаких функций, остается замкнутой цепью. Например, цепь, подключенная к разряженной батарее, может не выполнять никакой работы, но это все еще замкнутая цепь.

Факт 3: Короткое замыкание

В случае короткого замыкания между двумя точками электрической цепи образуется соединение с низким сопротивлением. В результате ток имеет тенденцию течь через это вновь образованное соединение, а не по намеченному пути.Например, если есть прямое соединение между отрицательной и положительной клеммами батареи, ток будет проходить через нее, а не через цепь.

Однако короткое замыкание обычно приводит к серьезным несчастным случаям, так как ток может протекать на опасно высоких уровнях. Следовательно, короткое замыкание может повредить электронное оборудование, вызвать взрыв батарей и даже вызвать пожар в коммерческих и жилых зданиях.

Факт 4: Печатные платы (PCB)

Для большинства электронных приборов требуются сложные электронные схемы.Вот почему разработчикам приходится размещать крошечные электронные компоненты на печатной плате. Он состоит из пластиковой платы с соединительными медными дорожками с одной стороны и множества отверстий для крепления компонентов. Когда макет печатной платы наносится химическим способом на пластиковую плату, она называется печатной платой или печатной платой.

Рисунок 1: Печатная плата . [Источник изображения]

Факт 5: Интегральные схемы (ИС)

Хотя печатные платы могут предложить множество преимуществ, для большинства современных приборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, требуются сложные схемы, состоящие из тысяч и даже миллионов компонентов.Вот тут-то и пригодятся интегральные схемы. Это крошечные электронные схемы, которые могут поместиться внутри небольшого кремниевого чипа. Джек Килби изобрел первую интегральную схему в 1958 году в компании Texas Instruments. Единственная цель ИС — повысить эффективность электронных устройств при уменьшении их размера и стоимости производства. С годами интегральные схемы становились все более сложными, поскольку технологии продолжают развиваться. Вот почему персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны и другая бытовая электроника с каждым днем ​​становятся все дешевле и лучше.

Рисунок 2: Интегральные схемы. [Источник изображения]

---

Электронные компоненты

Благодаря современным технологиям, процесс сборки электронных схем был полностью автоматизирован, особенно это касается изготовления микросхем и печатных плат. Количество и расположение компонентов в схеме может варьироваться в зависимости от ее сложности. Однако он построен с использованием небольшого количества стандартных компонентов.

Следующие компоненты используются для создания электронных схем.

---

Компонент 1: Конденсатор

Конденсаторы

широко используются для построения различных типов электронных схем.Конденсатор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, который может электростатически накапливать энергию в электрическом поле. Проще говоря, он работает как небольшая аккумуляторная батарея, которая накапливает электричество. Однако, в отличие от аккумулятора, он может заряжаться и разряжаться за доли секунды.

Рисунок 3: Конденсаторы [Источник изображения]

A. Состав Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они состоят из одинаковых основных компонентов. Между ними уложены два электрических проводника или пластины, разделенные диэлектриком или изолятором.Пластины состоят из проводящего материала, такого как тонкие пленки из металла или алюминиевой фольги. С другой стороны, диэлектрик — это непроводящий материал, такой как стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, бумага или слюда. Вы можете вставить два электрических соединения, выступающих из пластин, чтобы зафиксировать конденсатор в цепи.

B. Как это работает?

Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам или подключаете их к источнику, на изоляторе возникает электрическое поле, в результате чего на одной пластине накапливается положительный заряд, а на другой накапливается отрицательный заряд.Конденсатор продолжает сохранять заряд, даже если вы отключите его от источника. В тот момент, когда вы подключаете его к нагрузке, накопленная энергия перетекает от конденсатора к нагрузке.

Емкость — это количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Чем выше емкость, тем больше энергии он может хранить. Увеличить емкость можно, сдвинув пластины ближе друг к другу или увеличив их размер. В качестве альтернативы вы также можете улучшить изоляционные качества, чтобы увеличить емкость.

C. Функция и значение

Хотя конденсаторы выглядят как батареи, они могут выполнять различные типы функций в цепи, такие как блокировка постоянного тока с одновременным прохождением переменного тока или сглаживание выходного сигнала от источника питания. Они также используются в системах передачи электроэнергии для стабилизации напряжения и потока мощности. Одной из наиболее важных функций конденсатора в системах переменного тока является коррекция коэффициента мощности, без которой вы не сможете обеспечить достаточный пусковой момент для однофазных двигателей.

Фильтры для конденсаторов

Если вы используете микроконтроллер в цепи для запуска определенной программы, вы не хотите, чтобы его напряжение упало, поскольку это приведет к сбросу контроллера. Вот почему дизайнеры используют конденсатор. Он может обеспечить микроконтроллер необходимой мощностью на долю секунды, чтобы избежать перезапуска. Другими словами, он отфильтровывает шумы в линии питания и стабилизирует источник питания.

Применения удерживающего конденсатора

В отличие от батареи, конденсатор быстро разряжается.Вот почему он используется для кратковременного питания цепи. Батареи вашей камеры заряжают конденсатор, прикрепленный к вспышке. Когда вы делаете снимок со вспышкой, конденсатор высвобождает свой заряд за доли секунды, генерируя вспышку света.

Применение конденсатора таймера

В резонансной или зависящей от времени схеме конденсаторы используются вместе с резистором или катушкой индуктивности в качестве элемента синхронизации. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, определяет работу схемы.

---

Компонент 2: резистор

Резистор — это пассивное двухконтактное электрическое устройство, которое препятствует прохождению тока. Это, наверное, самый простой элемент в электронной схеме. Это также один из наиболее распространенных компонентов, поскольку сопротивление является неотъемлемым элементом почти всех электронных схем. Обычно они имеют цветовую маркировку.

Рисунок 4: Резисторы [Источник изображения]

A. Состав

Резистор — это совсем не модное устройство, потому что сопротивление — это естественное свойство, которым обладают почти все проводники.Итак, конденсатор состоит из медной проволоки, обернутой вокруг изоляционного материала, такого как керамический стержень. Количество витков и толщина медной проволоки прямо пропорциональны сопротивлению. Чем больше количество витков и чем тоньше провод, тем выше сопротивление.

Также можно встретить резисторы, изготовленные по спирали из углеродной пленки. Отсюда и название резисторы с углеродной пленкой. Они предназначены для схем с низким энергопотреблением, потому что резисторы с углеродной пленкой не так точны, как их аналоги с проволочной обмоткой.Однако они дешевле проводных резисторов. К обоим концам прикреплены клеммы проводов. Поскольку резисторы не учитывают полярность в цепи, ток может течь в любом направлении. Таким образом, не нужно беспокоиться о том, чтобы прикрепить их вперед или назад.

B. Как это работает?

Резистор может показаться не очень большим. Можно подумать, что он ничего не делает, кроме как потребляет энергию. Однако он выполняет жизненно важную функцию: контролирует напряжение и ток в вашей цепи.Другими словами, резисторы дают вам контроль над конструкцией вашей схемы.

Когда электрический ток начинает течь по проводу, все электроны начинают двигаться в одном направлении. Это похоже на воду, текущую по трубе. По тонкой трубе будет течь меньше воды, потому что у нее меньше места для ее движения.

Точно так же, когда ток проходит через тонкий провод в резисторе, электронам становится все труднее двигаться через него. Короче говоря, количество электронов, проходящих через резистор, уменьшается с увеличением длины и толщины провода.

C. Функция и значение У резисторов

есть множество применений, но три наиболее распространенных — это управление током, деление напряжения и цепи резистор-конденсатор.

Ограничение тока

Если вы не добавите резисторы в цепь, ток будет опасно высоким. Это может привести к перегреву других компонентов и их повреждению. Например, если вы подключите светодиод напрямую к батарее, он все равно будет работать.Однако через некоторое время светодиод нагреется, как огненный шар. В конечном итоге он сгорит, поскольку светодиоды менее устойчивы к нагреву.

Но, если ввести в схему резистор, он снизит протекание тока до оптимального уровня. Таким образом, вы можете дольше держать светодиод включенным, не перегревая его.

Делительное напряжение Также используются резисторы

для понижения напряжения до нужного уровня. Иногда для определенной части схемы, такой как микроконтроллер, может потребоваться более низкое напряжение, чем для самой схемы.Здесь на помощь приходит резистор.

Допустим, ваша схема работает от аккумулятора 12 В. Однако для микроконтроллера требуется только питание 6 В. Итак, чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это подключить последовательно два резистора с равным сопротивлением. Проволока между двумя резисторами снизит наполовину напряжение вашей цепи, к которой может быть подключен микроконтроллер. Используя соответствующие резисторы, вы можете снизить напряжение в цепи до любого уровня.

Резисторно-конденсаторные сети Резисторы

также используются в сочетании с конденсаторами для создания интегральных схем, содержащих массивы резистор-конденсатор в одной микросхеме.Их также называют RC-фильтрами или RC-сетями. Они часто используются для подавления электромагнитных помех (EMI) или радиочастотных помех (RFI) в различных инструментах, включая порты ввода / вывода компьютеров и ноутбуков, локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN), среди прочего. Они также используются в станках, распределительных устройствах, контроллерах двигателей, автоматизированном оборудовании, промышленных приборах, лифтах и ​​эскалаторах.

---

Компонент 3: Диод

Диод — это устройство с двумя выводами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении.Таким образом, это электронный эквивалент обратного клапана или улицы с односторонним движением. Он обычно используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Он изготовлен либо из полупроводникового материала (полупроводниковый диод), либо из вакуумной трубки (вакуумный ламповый диод). Однако сегодня большинство диодов изготовлено из полупроводникового материала, особенно из кремния.

Рисунок 5: Диод [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, существует два типа диодов: вакуумные диоды и полупроводниковые диоды.Вакуумный диод состоит из двух электродов (катода и анода), помещенных внутри герметичной вакуумной стеклянной трубки. Полупроводниковый диод состоит из полупроводников p-типа и n-типа. Поэтому он известен как диод с p-n переходом. Обычно он изготавливается из кремния, но также можно использовать германий или селен.

B. Как это работает?

Вакуумный диод

Когда катод нагревается нитью накала, в вакууме образуется невидимое облако электронов, называемое пространственным зарядом.Хотя электроны испускаются катодом, отрицательный объемный заряд отталкивает их. Поскольку электроны не могут достичь анода, через цепь не протекает ток. Однако, когда анод становится положительным, объемный заряд исчезает. В результате ток начинает течь от катода к аноду. Таким образом, электрический ток внутри диода течет только от катода к аноду и никогда от анода к катоду.

Соединительный диод P-N

Диод с p-n переходом состоит из кремниевых полупроводников p-типа и n-типа.Полупроводник p-типа обычно легируется бором, оставляя в нем дырки (положительный заряд). С другой стороны, полупроводник n-типа легирован сурьмой, добавляя в него несколько дополнительных электронов (отрицательный заряд). Таким образом, электрический ток может протекать через оба полупроводника.

Когда вы соединяете блоки p-типа и n-типа, лишние электроны n-типа объединяются с дырками p-типа, создавая зону обеднения без каких-либо свободных электронов или дырок. Короче, ток через диод больше не может проходить.

Когда вы подключаете отрицательную клемму батареи к кремнию n-типа, а положительную клемму к p-типу (прямое смещение), ток начинает течь, поскольку электроны и дырки теперь могут перемещаться по переходу. Однако, если вы перевернете клеммы (обратное смещение), ток через диод не будет протекать, потому что дырки и электроны отталкиваются друг от друга, расширяя зону обеднения. Таким образом, как и вакуумный диод, переходной диод может пропускать ток только в одном направлении.

С.Функция и значение

Хотя диоды являются одними из простейших компонентов электронной схемы, они находят уникальное применение в различных отраслях промышленности.

Преобразование переменного тока в постоянный

Наиболее распространенное и важное применение диодов — преобразование переменного тока в постоянный. Обычно полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель используется для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, особенно в бытовых источниках питания. Когда вы пропускаете источник питания переменного тока через диод, через него проходит только половина формы волны переменного тока.Поскольку этот импульс напряжения используется для зарядки конденсатора, он создает устойчивые и непрерывные постоянные токи без каких-либо пульсаций. Различные комбинации диодов и конденсаторов также используются для создания различных типов умножителей напряжения для умножения небольшого переменного напряжения на высокие выходы постоянного тока.

Обходные диоды

Обходные диоды часто используются для защиты солнечных панелей. Когда ток от остальных элементов проходит через поврежденный или пыльный солнечный элемент, это вызывает перегрев.В результате общая выходная мощность снижается, создавая горячие точки. Диоды подключаются параллельно солнечным элементам, чтобы защитить их от проблемы перегрева. Эта простая конструкция ограничивает напряжение на неисправном солнечном элементе, позволяя току проходить через неповрежденные элементы во внешнюю цепь.

Защита от скачков напряжения

Когда источник питания внезапно прерывается, он создает высокое напряжение в большинстве индуктивных нагрузок.Этот неожиданный скачок напряжения может повредить нагрузку. Однако вы можете защитить дорогое оборудование, подключив диод к индуктивным нагрузкам. В зависимости от типа безопасности эти диоды известны под разными названиями, включая демпферный диод, обратный диод, подавляющий диод и диод свободного хода, среди других.

Демодуляция сигнала

Они также используются в процессе модуляции сигнала, поскольку диоды могут эффективно удалять отрицательный элемент сигнала переменного тока.Диод выпрямляет несущую волну, превращая ее в постоянный ток. Звуковой сигнал извлекается из несущей волны, этот процесс называется звуковой частотной модуляцией. Вы можете слышать звук после некоторой фильтрации и усиления. Следовательно, в радиоприемниках обычно используются диоды для извлечения сигнала из несущей волны.

Защита от обратного тока

Изменение полярности источника постоянного тока или неправильное подключение батареи может привести к протеканию значительного тока через цепь.Такое обратное подключение может повредить подключенную нагрузку. Вот почему защитный диод включен последовательно с положительной стороной клеммы аккумулятора. В случае правильной полярности диод становится смещенным в прямом направлении, и ток течет по цепи. Однако в случае неправильного подключения он становится смещенным в обратном направлении, блокируя ток. Таким образом, он может защитить ваше оборудование от возможных повреждений.

---

Компонент 4: Транзистор

Один из важнейших компонентов электронной схемы, транзисторы произвели революцию в области электроники.Эти крошечные полупроводниковые устройства с тремя выводами существуют уже более пяти десятилетий. Их часто используют как усилители и переключающие устройства. Вы можете думать о них как о реле без каких-либо движущихся частей, потому что они могут включать или выключать что-то без какого-либо движения.

Рисунок 6: Транзисторы [Источник изображения]

A. Состав

Вначале германий использовался для создания транзисторов, которые были чрезвычайно чувствительны к температуре. Однако сегодня они изготавливаются из кремния, полупроводникового материала, обнаруженного в песке, потому что кремниевые транзисторы гораздо более устойчивы к температуре и дешевле в производстве.Есть два разных типа биполярных переходных транзисторов (BJT), NPN и PNP. Каждый транзистор имеет три контакта, которые называются базой (b), коллектором (c) и эмиттером (e). NPN и PNP относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор.

B. Как это работает?

Когда вы помещаете кремниевую пластину p-типа между двумя стержнями n-типа, вы получаете NPN-транзистор. Эмиттер присоединен к одному n-типу, а коллектор — к другому.База прикреплена к р-образному типу. Избыточные дырки в кремнии p-типа действуют как барьеры, блокирующие прохождение тока. Однако, если вы приложите положительное напряжение к базе и коллектору и отрицательно зарядите эмиттер, электроны начнут течь от эмиттера к коллектору.

Расположение и количество блоков p-типа и n-типа остаются инвертированными в транзисторе PNP. В этом типе транзистора один n-тип находится между двумя блоками p-типа. Поскольку распределение напряжения отличается, транзистор PNP работает иначе.Транзистор NPN требует положительного напряжения на базу, в то время как PNP требует отрицательного напряжения. Короче говоря, ток должен течь от базы, чтобы включить PNP-транзистор.

C. Функция и значение

Транзисторы функционируют как переключатели и усилители в большинстве электронных схем. Разработчики часто используют транзистор в качестве переключателя, потому что, в отличие от простого переключателя, он может превратить небольшой ток в гораздо больший. Хотя вы можете использовать простой переключатель в обычной цепи, для усовершенствованной схемы может потребоваться различное количество токов на разных этапах.

Транзисторы в слуховых аппаратах

Одно из самых известных применений транзисторов — слуховой аппарат. Обычно небольшой микрофон в слуховом аппарате улавливает звуковые волны, преобразовывая их в колеблющиеся электрические импульсы или токи. Когда эти токи проходят через транзистор, они усиливаются. Затем усиленные импульсы проходят через динамик, снова преобразуя их в звуковые волны. Таким образом, вы можете услышать значительно более громкую версию окружающего шума.

Транзисторы в компьютерах и калькуляторах

Все мы знаем, что компьютеры хранят и обрабатывают информацию, используя двоичный язык «ноль» и «единица». Однако большинство людей не знают, что транзисторы играют решающую роль в создании чего-то, что называется логическими вентилями, которые являются основой компьютерных программ. Транзисторы часто соединяются с логическими вентилями, чтобы создать уникальный элемент устройства, называемый триггером. В этой системе транзистор остается включенным, даже если вы уберете ток базы.Теперь он переключается или выключается всякий раз, когда через него проходит новый ток. Таким образом, транзистор может хранить ноль, когда он выключен, или единицу, когда он включен, что является принципом работы компьютеров.

Транзисторы Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона состоит из двух соединенных вместе транзисторов с полярным соединением PNP или NPN. Он назван в честь своего изобретателя Сидни Дарлингтона. Единственное назначение транзистора Дарлингтона — обеспечить высокий коэффициент усиления по току при низком базовом токе.Вы можете найти эти транзисторы в приборах, которым требуется высокий коэффициент усиления по току на низкой частоте, таких как регуляторы мощности, драйверы дисплея, контроллеры двигателей, световые и сенсорные датчики, системы сигнализации и усилители звука.

IGBT и MOSFET транзисторы

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) часто используются в качестве усилителей и переключателей в различных инструментах, включая электромобили, поезда, холодильники, кондиционеры и даже стереосистемы.С другой стороны, полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) обычно используются в интегральных схемах для управления уровнями мощности устройства или для хранения данных.

---

Компонент 5: Индуктор

Катушка индуктивности, также известная как реактор, представляет собой пассивный компонент цепи, имеющей два вывода. Это устройство хранит энергию в своем магнитном поле, возвращая ее в цепь при необходимости. Было обнаружено, что когда две катушки индуктивности размещаются рядом, не касаясь друг друга, магнитное поле, создаваемое первой катушкой индуктивности, воздействует на вторую катушку индуктивности.Это был решающий прорыв, который привел к изобретению первых трансформаторов.

Рисунок 7. Катушки индуктивности [Источник изображения]

A. Состав

Это, вероятно, простейший компонент, состоящий только из мотка медной проволоки. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Однако иногда катушка наматывается на ферромагнитный материал, такой как железо, слоистое железо и порошковое железо, для увеличения индуктивности. Форма этого сердечника также может увеличить индуктивность.Тороидальные (в форме бублика) сердечники обеспечивают лучшую индуктивность по сравнению с соленоидными (стержневыми) сердечниками на такое же количество витков. К сожалению, индукторы в интегральной схеме сложно соединить, поэтому их обычно заменяют резисторами.

B. Как это работает?

Когда ток проходит по проводу, он создает магнитное поле. Однако уникальная форма индуктора приводит к созданию гораздо более сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле, в свою очередь, сопротивляется переменному току, но пропускает через него постоянный ток.Это магнитное поле также хранит энергию.

Возьмем простую схему, состоящую из батареи, переключателя и лампочки. Лампа загорится ярко, как только вы включите выключатель. Добавьте в эту цепь индуктивность. Как только вы включаете выключатель, лампочка переключается с яркой на тусклую. С другой стороны, когда переключатель выключен, он становится очень ярким, всего на долю секунды до полного выключения.

Когда вы включаете выключатель, индуктор начинает использовать электричество для создания магнитного поля, временно блокируя прохождение тока.Но только постоянный ток проходит через индуктор, как только магнитное поле заполнено. Вот почему лампочка переключается с яркой на тусклую. Все это время индуктор накапливает некоторую электрическую энергию в виде магнитного поля. Итак, когда вы выключаете выключатель, магнитное поле поддерживает постоянный ток в катушке. Таким образом, лампочка некоторое время горит ярко перед тем, как погаснуть.

C. Функция и значение

Хотя индукторы полезны, их сложно включить в электронные схемы из-за их размера.Поскольку они более громоздкие по сравнению с другими компонентами, они увеличивают вес и занимают много места. Следовательно, их обычно заменяют резисторами в интегральных схемах (ИС). Тем не менее, индукторы имеют широкий спектр промышленных применений.

Фильтры в настроенных схемах

Одним из наиболее распространенных применений индукторов является выбор желаемой частоты в настроенных схемах. Они широко используются с конденсаторами и резисторами, подключенными параллельно или последовательно, для создания фильтров.Импеданс катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, автономная катушка индуктивности может действовать только как фильтр нижних частот. Однако, когда вы объединяете его с конденсатором, вы можете создать режекторный фильтр, потому что сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, вы можете использовать различные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов для создания различных типов фильтров. Они встречаются в большинстве электронных устройств, включая телевизоры, настольные компьютеры и радио.

Дроссели как дроссели

Если через дроссель протекает переменный ток, он создает противоположный ток. Таким образом, он может преобразовывать источник переменного тока в постоянный. Другими словами, он подавляет подачу переменного тока, но позволяет постоянному току проходить через него, отсюда и название «дроссель». Обычно они встречаются в цепях питания, которым необходимо преобразовать подачу переменного тока в подачу постоянного тока.

Ферритовые бусины

Ферритовый шарик или ферритовый дроссель используется для подавления высокочастотного шума в электронных схемах.Некоторые из распространенных применений ферритовых шариков включают компьютерные кабели, телевизионные кабели и кабели для зарядки мобильных устройств. Эти кабели иногда могут действовать как антенны, взаимодействуя с аудио- и видеовыходами вашего телевизора и компьютера. Таким образом, индукторы используются в ферритовых шариках, чтобы уменьшить такие радиочастотные помехи.

Индукторы в датчиках приближения

Большинство датчиков приближения работают по принципу индуктивности. Индуктивный датчик приближения состоит из четырех частей, включая индуктор или катушку, генератор, схему обнаружения и выходную схему.Осциллятор генерирует флуктуирующее магнитное поле. Когда объект приближается к этому магнитному полю, начинают накапливаться вихревые токи, уменьшая магнитное поле датчика.

Схема обнаружения определяет силу датчика, в то время как выходная схема вызывает соответствующий ответ. Индуктивные датчики приближения, также называемые бесконтактными датчиками, ценятся за их надежность. Они используются на светофорах для определения плотности движения, а также в качестве датчиков парковки легковых и грузовых автомобилей.

Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным примером применения индукторов. Обычно в асинхронном двигателе индукторы устанавливаются в фиксированном положении. Другими словами, им не разрешается выравниваться с близлежащим магнитным полем. Источник питания переменного тока используется для создания вращающегося магнитного поля, которое затем вращает вал. Потребляемая мощность регулирует скорость вращения. Следовательно, асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной скоростью.Асинхронные двигатели очень надежны и прочны, поскольку нет прямого контакта между двигателем и ротором.

Трансформаторы

Как упоминалось ранее, открытие индукторов привело к изобретению трансформаторов, одного из основных компонентов систем передачи энергии. Вы можете создать трансформатор, объединив индукторы общего магнитного поля. Обычно они используются для повышения или понижения напряжения в линиях электропередач до желаемого уровня.

Накопитель энергии

Катушка индуктивности, как и конденсатор, также может накапливать энергию. Однако, в отличие от конденсатора, он может накапливать энергию в течение ограниченного времени. Поскольку энергия хранится в магнитном поле, она схлопывается, как только отключается источник питания. Тем не менее, индукторы функционируют как надежные накопители энергии в импульсных источниках питания, таких как настольные компьютеры.

---

Компонент 6: реле

Реле — это электромагнитный переключатель, который может размыкать и замыкать цепи электромеханическим или электронным способом.Для работы реле необходим относительно небольшой ток. Обычно они используются для регулирования малых токов в цепи управления. Однако вы также можете использовать реле для управления большими электрическими токами. Реле — это электрический эквивалент рычага. Вы можете включить его небольшим током, чтобы включить (или усилить) другую цепь, использующую большой ток. Реле могут быть либо электромеханическими, либо твердотельными.

Рисунок 8: Реле [Источник изображения]

A. Состав

Электромеханическое реле (ЭМИ) состоит из корпуса, катушки, якоря, пружины и контактов.Рама поддерживает различные части реле. Якорь — это подвижная часть релейного переключателя. Катушка (в основном из медной проволоки), намотанная на металлический стержень, создает магнитное поле, которое перемещает якорь. Контакты — это токопроводящие части, которые размыкают и замыкают цепь.

Твердотельное реле (SSR) состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь эквивалентна катушке электромеханического реле. Схема управления действует как связующее устройство между входными и выходными цепями, в то время как выходная цепь выполняет ту же функцию, что и контакты в ЭМИ.Твердотельные реле становятся все более популярными, поскольку они дешевле, быстрее и надежнее электромеханических реле.

B. Как это работает?

Используете ли вы электромеханическое реле или твердотельное реле, это нормально замкнутое (NC) или нормально разомкнутое (NO) реле. В случае реле NC контакты остаются замкнутыми при отсутствии питания. Однако в нормально разомкнутом реле контакты остаются разомкнутыми при отсутствии питания.Короче говоря, всякий раз, когда через реле протекает ток, контакты либо размыкаются, либо замыкаются.

В ЭМИ источник питания возбуждает катушку реле, создавая магнитное поле. Магнитная катушка притягивает металлическую пластину, установленную на якоре. Когда ток прекращается, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. EMR также может иметь один или несколько контактов в одном пакете. Если в цепи используется только один контакт, она называется цепью с одиночным разрывом (SB). С другой стороны, цепь двойного размыкания (DB) идет с буксировочными контактами.Обычно реле с одинарным размыканием используются для управления маломощными устройствами, такими как индикаторные лампы, в то время как контакты с двойным размыканием используются для управления мощными устройствами, такими как соленоиды.

Когда дело доходит до работы SSR, вам необходимо подать напряжение выше, чем указанное напряжение срабатывания реле, чтобы активировать входную цепь. Вы должны подать напряжение ниже установленного минимального напряжения падения реле, чтобы деактивировать входную цепь. Схема управления передает сигнал из входной цепи в выходную.Выходная цепь включает нагрузку или выполняет желаемое действие.

C. Функция и значение

Поскольку они могут управлять сильноточной цепью с помощью слаботочного сигнала, в большинстве процессов управления используются реле в качестве первичных устройств защиты и переключения. Они также могут обнаруживать неисправности и нарушения, возникающие в системах распределения электроэнергии. Типичные приложения включают телекоммуникации, автомобили, системы управления дорожным движением, бытовую технику и компьютеры, среди прочего.

Реле защиты

Защитные реле используются для отключения или отключения цепи при обнаружении каких-либо нарушений. Иногда они также могут подавать сигнал тревоги при обнаружении неисправности. Типы реле защиты зависят от их функции. Например, реле максимального тока предназначено для определения тока, превышающего заданное значение. При обнаружении такого тока реле срабатывает, отключая автоматический выключатель, чтобы защитить оборудование от возможного повреждения.

Дистанционное реле или реле импеданса, с другой стороны, может обнаруживать отклонения в соотношении тока и напряжения, а не контролировать их величину независимо. Он срабатывает, когда отношение V / I падает ниже заданного значения. Обычно защитные реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

Реле автоматического повторного включения

Реле автоматического повторного включения предназначено для многократного повторного включения автоматического выключателя, который уже отключен с помощью защитного реле.Например, при резком падении напряжения в электрической цепи вашего дома может наблюдаться несколько кратковременных перебоев в подаче электроэнергии. Эти сбои происходят из-за того, что реле повторного включения пытается автоматически включить защитное реле. В случае успеха питание будет восстановлено. В противном случае произойдет полное отключение электроэнергии.

Тепловые реле

Тепловое воздействие электрической энергии — принцип работы теплового реле. Короче говоря, он может обнаруживать повышение температуры окружающей среды и соответственно включать или выключать цепь.Он состоит из биметаллической полосы, которая нагревается при прохождении через нее сверхтока. Нагретая полоса изгибается и замыкает замыкающий контакт, отключая автоматический выключатель. Наиболее распространенное применение теплового реле — защита электродвигателя от перегрузки.

---

Компонент 7. Кристалл кварца

Кристаллы кварца находят несколько применений в электронной промышленности. Однако в основном они используются в качестве резонаторов в электронных схемах. Кварц — это встречающаяся в природе форма кремния.Однако теперь его производят синтетически, чтобы удовлетворить растущий спрос. Проявляет пьезоэлектрический эффект. Если вы приложите физическое давление к одной стороне, возникающие в результате вибрации создадут переменное напряжение на кристалле. Резонаторы из кварцевого кристалла доступны во многих размерах в зависимости от требуемых применений.

Рисунок 9: Кристалл кварца [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, кристаллы кварца либо производятся синтетическим путем, либо встречаются в природе.Их часто используют для создания кварцевых генераторов для создания электрического сигнала с точной частотой. Обычно форма кристаллов кварца гексагональная с пирамидками на концах. Однако для практических целей их разрезают на плиты прямоугольной формы. К наиболее распространенным типам форматов резки относятся X, Y и AT. Эта плита помещается между двумя металлическими пластинами, называемыми удерживающими пластинами. Внешняя форма кварцевого кристалла или кварцевого генератора может быть цилиндрической, прямоугольной или квадратной.

Б.Как это работает?

Если подать на кристалл переменное напряжение, он вызовет механические колебания. Огранка и размер кристалла кварца определяют резонансную частоту этих колебаний или колебаний. Таким образом, он генерирует постоянный сигнал. Кварцевые генераторы дешевы и просты в изготовлении синтетическим способом. Они доступны в диапазоне от нескольких кГц до нескольких МГц. Поскольку кварцевые генераторы имеют более высокую добротность или добротность, они очень стабильны во времени и температуре.

C. Функция и значение

Исключительно высокая добротность позволяет использовать кристаллы кварца и резонансный элемент в генераторах, а также в фильтрах в электронных схемах. Вы можете найти этот высоконадежный компонент в радиочастотных приложениях, как схемы генератора тактовых импульсов в платах микропроцессоров, а также как элемент синхронизации в цифровых часах.

Кварцевые часы

Проблема традиционных часов с винтовой пружиной заключается в том, что вам нужно периодически заводить катушку.С другой стороны, маятниковые часы зависят от силы тяжести. Таким образом, они по-разному показывают время на разных уровнях моря и высотах из-за изменений силы тяжести. Однако на характеристики кварцевых часов не влияет ни один из этих факторов. Кварцевые часы питаются от батареек. Обычно крошечный кристалл кварца регулирует шестеренки, которые управляют секундной, минутной и часовой стрелками. Поскольку кварцевые часы потребляют очень мало энергии, батарея часто может работать дольше.

Фильтры

Вы также можете использовать кристаллы кварца в электронных схемах в качестве фильтров.Они часто используются для фильтрации нежелательных сигналов в радиоприемниках и микроконтроллерах. Большинство основных фильтров состоят из одного кристалла кварца. Однако усовершенствованные фильтры могут содержать более одного кристалла, чтобы соответствовать требованиям к рабочим характеристикам. Эти кварцевые фильтры намного превосходят фильтры, изготовленные с использованием ЖК-компонентов.

---

Заключение

От общения с близкими, живущими на разных континентах, до приготовления горячей чашки кофе — электронные устройства затрагивают практически все аспекты нашей жизни.Однако что заставляет эти электронные устройства выполнять, казалось бы, трудоемкие задачи всего за несколько минут? Крошечные электронные схемы — основа всего электронного оборудования. Чтение о различных компонентах электронной схемы поможет вам понять их функции и значение. Поделитесь своими предложениями и мнениями по этому поводу в разделе комментариев ниже.

// Эта статья изначально была опубликована на ICRFQ.

Что такое схема? — learn.sparkfun.com

Обзор

Добро пожаловать на трассу 101! Одна из первых вещей, с которой вы столкнетесь при изучении электроники, — это концепция схемы . Это руководство объяснит, что такое схема, а также более подробно обсудит напряжение .

Простая схема, состоящая из кнопки, светодиода и резистора, построена двумя разными способами.

Рекомендуемая литература

Есть несколько концепций, которые вы должны хорошо понимать, чтобы извлечь максимальную пользу из этого руководства.

Основы схем

Напряжение и принцип работы

Вы, наверное, слышали, что батарея или розетка имеют определенное число вольт . Это измерение электрического потенциала , создаваемого батареей или электросетью, подключенной к розетке.

Все эти вольт ждут, пока вы ими воспользуетесь, но есть одна загвоздка: , чтобы электричество выполняло какую-либо работу, оно должно иметь возможность перемещать .Это что-то вроде надутого воздушного шара; если отщипнуть его, там есть воздух, который мог бы сделать что-то, если бы его выпустили, , но на самом деле он ничего не сделает, пока вы его не выпустите.

В отличие от воздуха, выходящего из воздушного шара, электричество может проходить только через материалы, которые могут проводить электричество, например, медный провод. Если вы подключите провод к батарее или стенной розетке ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: напряжение в розетке опасно, не делайте этого!), Вы дадите электричеству дорогу, по которой можно будет двигаться.Но если провод ни к чему не подключен, электричеству некуда будет уходить, и оно все равно не будет двигаться.

Что заставляет электричество двигаться? Электричество хочет перетекать с более высокого напряжения на более низкое. Это в точности похоже на воздушный шар: сжатый воздух в воздушном шаре хочет вытечь изнутри шара (более высокое давление) наружу (более низкое давление). Если вы создадите проводящий путь между более высоким и более низким напряжением, по нему будет течь электричество.И если вы вставите что-то полезное в этот путь, например, светодиод, протекающее электричество будет делать некоторую работу за вас, например, зажигать этот светодиод. Ура!

Итак, где вы найдете более высокое и более низкое напряжение? Вот кое-что действительно полезное: у каждого источника электричества есть две стороны . Вы можете увидеть это на батареях, у которых с обоих концов есть металлические заглушки, или на розетке с двумя (или более) отверстиями. В батареях и других источниках напряжения постоянного тока эти стороны (часто называемые клеммами ) обозначаются как положительный (или «+») и отрицательный (или «-»).

Почему у каждого источника электричества есть две стороны? Это восходит к идее «потенциала», а именно к тому, что вам нужна разность напряжений, чтобы заставить электричество течь. Это звучит глупо, но у вас не может быть разницы без двух разных вещей. В любом источнике питания положительная сторона будет иметь более высокое напряжение, чем отрицательная сторона, что нам и нужно. Фактически, когда мы измеряем напряжение, мы обычно говорим, что отрицательная сторона составляет 0 вольт, а положительная сторона — сколько вольт может обеспечить источник питания.

Электрические источники подобны насосам. У насосов всегда есть две стороны: выход, который что-то выдувает, и вход, который что-то всасывает. Батареи, генераторы и солнечные панели работают одинаково. Что-то внутри них усердно работает, перемещая электричество к розетке (положительная сторона), но все это электричество, покидающее устройство, создает пустоту, а это означает, что отрицательная сторона должна втянуть электричество, чтобы заменить его. *

Что мы узнали на данный момент?

• Напряжение потенциально, но электричество должно течь, чтобы делать что-нибудь полезное.
• Электричеству нужен путь, через который должен проходить электрический провод, например медный провод.
• Электричество перетекает от более высокого напряжения к более низкому напряжению.
Источники напряжения постоянного тока
• всегда имеют две стороны, называемые положительной и отрицательной, причем положительная сторона имеет более высокое напряжение, чем отрицательная сторона.

Простейшая схема

Мы наконец-то готовы заставить электричество работать на нас! Если мы подключим положительную сторону источника напряжения через что-то, что выполняет некоторую работу, например, светоизлучающий диод (LED), и обратно к отрицательной стороне источника напряжения; электричество, или текущий , будет течь.И мы можем поместить на путь вещи, которые делают полезные вещи, когда через них течет ток, например, светодиоды, которые загораются.

Этот круговой путь, который всегда требуется, чтобы заставить электричество течь и делать что-то полезное, называется цепью. Схема — это путь, который начинается и заканчивается в одном и том же месте, что мы и делаем.

Щелкните эту ссылку, чтобы увидеть симуляцию тока, протекающего по простой цепи. Для этого моделирования требуется запуск Java.

---

* Бенджамин Франклин первоначально писал, что электричество течет с положительной стороны источника напряжения на отрицательную.Однако Франклин не знал, что электроны на самом деле текут в противоположном направлении — на атомном уровне они выходят из отрицательной стороны и возвращаются обратно в положительную сторону. Поскольку инженеры следовали примеру Франклина на протяжении сотен лет, прежде чем правда была открыта, мы до сих пор используем «неправильное» соглашение. Практически говоря, эта деталь не имеет значения, и пока все используют одно и то же соглашение, мы все можем создавать схемы, которые работают нормально.

Короткие и открытые цепи

Что такое «нагрузка»?

Причина, по которой мы хотим создавать электрические цепи, состоит в том, чтобы заставить электричество делать полезные вещи для нас.Мы делаем это, вставляя в цепь элементы, которые используют текущий поток, чтобы загораться, издавать шум, запускать программы и т. Д.

Эти вещи называются нагрузками , потому что они «загружают» источник питания, точно так же, как вы «загружаетесь», когда что-то несете. Точно так же, как вы можете быть загружены слишком большим весом, вы можете слишком сильно перегрузить источник питания, что замедлит ток. Но, в отличие от вас, также можно нагружать цепь слишком мало — это может позволить слишком большому току течь (представьте, что бежите слишком быстро, если вы не несете никакого веса), что может сжечь ваши детали или даже источник питания.

Из следующего руководства вы узнаете все о напряжении, токе и нагрузках: «Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома». А пока давайте узнаем о двух особых случаях цепи: короткое замыкание и обрыв . Знание об этом очень поможет при устранении неполадок в собственных цепях.

Короткое замыкание

НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО, но если вы подключите провод напрямую от положительной к отрицательной стороне источника питания, вы создадите так называемое короткое замыкание .Это очень плохая идея.

Кажется, это лучшая схема, так почему это плохая идея? Помните, что электрический ток хочет течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению, и если вы добавите нагрузку в ток, вы можете сделать что-то полезное, например, зажечь светодиод.

Если у вас ДЕЙСТВИТЕЛЬНО есть нагрузка по току, ток, протекающий через вашу цепь, будет ограничен тем, что потребляет ваше устройство, что обычно очень мало. Однако, если вы НЕ вставляете ничего, чтобы ограничить текущий поток, не будет ничего, что могло бы замедлить ток, и он будет пытаться быть бесконечным!

Ваш блок питания не может обеспечить бесконечный ток, но он будет обеспечивать его столько, сколько может, а это может быть много.Это может привести к возгоранию вашего провода, повреждению источника питания, разрядке аккумулятора или другим интересным вещам. В большинстве случаев в ваш источник питания будет встроен какой-то предохранительный механизм для ограничения максимального тока в случае короткого замыкания, но не всегда. По этой причине во всех домах и зданиях есть автоматические выключатели, чтобы предотвратить возникновение пожара в случае короткого замыкания в проводке.

Тесно связанная проблема — случайно пропустить слишком большой ток через часть вашей цепи, что приведет к ее сгоранию.Это не совсем короткое замыкание, но оно близко. Чаще всего это происходит, когда вы используете неправильное значение резистора , которое пропускает слишком большой ток через другой компонент, такой как светодиод.

Итог: если вы заметили, что вещи внезапно нагреваются или какая-то деталь внезапно перегорает, немедленно отключайте питание и ищите возможные короткие замыкания.

Обрыв цепи

Противоположность короткому замыканию — обрыв цепи .Это схема, в которой петля не полностью подключена (и, следовательно, это вообще не схема).

В отличие от короткого замыкания, описанного выше, эта «цепь» ничего не повредит, но и ваша схема тоже не будет работать. Если вы новичок в схемах, часто бывает трудно найти место разрыва, особенно если вы используете макетные платы, где все проводники спрятаны.

Если ваша цепь не работает, наиболее вероятная причина — обрыв цепи. Обычно это происходит из-за обрыва соединения или ослабленного провода.(Короткое замыкание может украсть всю мощность у остальной части вашей схемы, поэтому обязательно ищите и их.)

СОВЕТ: , если вы не можете легко найти, где ваша цепь разомкнута, мультиметр может быть очень полезным инструментом. Если вы настроите его для измерения вольт, вы можете использовать его для проверки напряжения в различных точках вашей цепи с питанием и в конечном итоге найти точку, в которой напряжение не проходит.

Ресурсы и движение вперед

Вы только что узнали, в самом простом виде, что такое схема.По мере обучения вы столкнетесь с более сложными схемами, имеющими несколько контуров и большим количеством электронных компонентов. Но ВСЕ схемы, какими бы сложными они ни были, будут следовать тем же правилам, что и базовая схема с одним контуром, о которой вы только что узнали.

Ваше путешествие в мир электроники только начинается. Предлагаем следующие темы для изучения:

• Макетные платы — это полезные инструменты, которые позволяют быстро создавать временные схемы с помощью перемычек.Мы используем их постоянно. Вы также можете освоить работу с проводом, чтобы помочь вам построить свои схемы.
• Мультиметр позволяет измерять напряжение, ток и сопротивление и является большим подспорьем при поиске и устранении неисправностей в цепях.
• Цепи бывают разных размеров, форм и конфигураций.