Микро-ликбез по электронике. Часть 1.

для раздела Блоги

----------------------------------------------------------
Судя по конференции и некоторым статьям, уровень знаний в области электроники у многих обитателей оставляет желать лучшего. Хотя работа с железом обязывает знать хотя бы основы.
Вот, решил нарисовать данный микроликбезик. Я не претендую на научный подход, даже наоборот, всё пытался рассказать своими словами, используя некоторые аналогии из быта. Кто уже знает базовые вещи, дальше читать нет смысла. Кто только думает, что знает, рекомендую прочитать и ПОНЯТЬ всё с самого начала, ничего не пропуская.
В случае вопросов, замечаний или пожеланий - пишите в ЛС или в соотв. ветку конференции

Всё написано из головы, на основе опыта, без использования какой либо литературы и сайтов, поэтому описки и неточности неизбежны. Буду исправлять по мере нахождения.
---------------------------------------------------------
Содержание:
Часть 1:
Ток и напряжение.
Проводники, резисторы (сопротивления).
Постояное и переменное напряжение.
Конденсаторы.

Часть 2:
Дроссели, катушки индуктивности.
Трансформатор.
Диоды, диоды Шоттки, стабилитроны.
Биполярный транзистор.
Полевые транзисторы, MOSFETы.

Часть 3:
Схемы включения транзисторов:
Схема с общим эмиттером (ОЭ).
Общий коллектор (ОК).

Параллельное включение и распределение нагрузок.

Часть 4:
Принцип работы StepUp и StepDown преобразователей.

Часть 5:
Простейший транзисторный усилитель.

Часть 6:
Операционные усилители (ОУ) и схемы их включения (прямой усилитель, инверсный усилитель, компаратор, дифференциальный усилитель)

Часть 7:
Выпрямители и стабилизаторы напряжения
Линейный стабилизатор напряжения.
Простейший транзисторный фильтр постоянного напряжения





Практическая часть написанная M@ksik'ом, за что ему отдельная благодарность.

---------------------------------------------------------
Микро-ликбез по электронике
Часть 1.
Ток и напряжение.
Ток – это поток электронов, напряжение – это просто разность количества электронов. Ток можно сравнить с потоком воды в открытом кране, а давление в трубах – с напряжением. Т.е. если кран закрыт, потока (тока) нет, хотя давление (напряжение) есть. Это тоже, что и в розетке, в которую ничего не включено, напряжение есть, тока нет. Но если включить какой-нибудь проводник, через него пойдет поток электронов, т.е. ток.
Ток измеряется в амперах (A), напряжение (разность потенциалов) в вольтах (В). Напряжение обычно измеряют относительно условно выбранного нулевого уровня.

Проводники, резисторы (сопротивления).
Если продолжать аналогию с сантехникой, то в водопроводном кране в роли сопротивления выступает сам кран, в котором изменяется диаметр отверстия (сопротивление). Если кран полностью открыть, он превратится в проводник (большое отверстие (большая проводимость)). В электронике оперируют понятием сопротивление – это величина, обратно пропорциональна проводимости. Т.е. чем меньше сопротивление, тем больший поток электронов, чем больше сопротивление - тем меньший поток. Сопротивление измеряют в омах (Ом). Если подключить сопротивление к источнику энергии через него потечёт ток. Величина этого тока будет равна I=U/R (закон Ома), где I – ток, U – напряжение на концах резистора, R – сопротивление. Проводник можно рассматривать как резистор с нулевым сопротивлением, а диэлектрик (изолятор) – как резистор с бесконечно большим сопротивлением.
Рассмотрим пример:

Рис. 1.

Через резистор R1 с сопротивлением 10 Om течёт ток 1.2А, напряжение на нём 12В.
Причём, в точках T1, T2 и T3 будет одинаковое напряжение (+12В), т.к. они соединены проводником. В точках Т5 и Т4 тоже одинаковое напряжение (0В).


Рис.2.

Рассмотрим рис. 2 а) (схема делителя напряжения). Попробуем узнать, какое будет напряжение и ток в точке Т1.
Для упрощения перерисуем схему в другом виде – рис 2. b). Это полный аналог рис. 2 а) (т.к. во всех местах одного проводника будет одинаковое напряжение). Ток в точке T2 равен току в точке T1, т.к. во всех точках последовательной системы ток будет одинаков (поток жидкости во всех точках водопроводной трубы будет равен потоку через кран).
Определим ток в точке T2 (и следовательно в Т1). Для этого рассмотрим эквивалентную схему на рис. 2 с). Сопротивление R3 равно сопротивлению последовательно соединённых R1 и R2 (рис. 2 d) ). Его особенность – равные токи во всех точках. Общее сопротивление вычисляется по формуле R3= R1+R2, или в общем виде
Rобщ = R1 + R2 + … + Rn. Следовательно R3=130 Om. Тогда ток в T2 = U/R3 = 12/130 = 0,092 А = 92 mA. Зная ток в Т2 = Т1 и сопротивление R1, можем посчитать напряжение в U1 = I * R3 (из закона Ома) = 0,092 * 30 = 2.77В.
Также нередко встречается параллельное включение (рис.2 e) ). Его особенность – равные напряжения на всех резисторах. При разных сопротивлениях токи через каждый резистор будут различны. Общий ток равен сумме токов на каждом сопротивлении.
Iобщ = I1 + I2 + … + In у U/Rобщ = U/R1 + U/R2 + … + U/Rn. у
1/Rобщ = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn.
Для нашего случая 1/Rобщ = 1/R1 + 1/R2. Rобщ = R1 * R2 / (R1 + R2).
Когда через сопротивление протекает ток, это вызывает нагревание самого прибора. Мощность (измеряется в ватах (Вт)), идущая на нагревание, равна произведению тока, идущего по сопротивлению и разности напряжений на этом сопротивлении (P=U * I), I=U/R значит P=U*U / R.

Постояное и переменное напряжение.
Переменное напряжение - это периодически изменяющиеся во времени значение напряжения, а постоянное, соответственно не изменяющиеся напряжение.

Например, в бытовых розетках напряжение переменное. Его форма показана на рисунке.
Пик напряжения (в точке A) – это амплитуда (u1). Обычно оперируют понятием ‘действующее напряжение’, его величина равна напряжению, которое нужно было бы приложить к нагрузке (резистору), будь оно не переменным, а постоянным, чтобы на этой нагрузке выделялась та же мощность. В нашем случаев (напряжение в форме синусоиды), значение действующего напряжения меньше амплитудного в корень из 2 раз. Т.е. если говорят, что переременное напряжение = 220В, это означает, что действующее напряжение (u2) –220в, а его амплитуда в корень из двух раз больше (u1=310В). Таким образом в бытовых розетках напряжение меняется от –310В до +310В. Важным параметром является частота переменного напряжения – это число полных периодов изменения в секунду, измеряется в Герцах (Гц). В розетке – 50Гц, это значит, что за 1 секунду будет 50 положительных и 50 отрицательных полуволн.

Далее, всё будем рассматривать в основном применительно к случаю постоянного напряжения, если не сказано обратное.



Конденсаторы.
Особенность конденсаторов – способность накапливать энергию (и отдавать её). Можно представить как емкость для жидкости, где высота заполнения – это напряжение заряда, диаметр ёмкости (сечение) – это ёмкость конденсатора, а количество жидкости - запасённая эл. энергия.


Рис3.
Рассмотрим процесс заряда и разряда конденсатора. В первоначальный момент конденсатор разряжен (напряжение в точке Т1 = 0В). После замыкания контактов KL1, через резистор начинает течь ток, который заряжает конденсатор (открыли кран и наполняем водой ёмкость). На Рис. 4 a) показано, как будет изменяться напряжение в точке Т1. График нелинейный, потому что в процессе заряда на конденсаторе увеличивается напряжение => на резисторе напряжение уменьшается (сумма напряжений постоянна и равна напр. питания) => уменьшается ток.
На рис 4. b) показано изменение напряжения в точке Т1 при замыкании KL2 (предварительно разомкнув KL1).

Рис4.

Ток, который течёт через конденсатор, пропорционален изменению напряжения на нём за интервал времени (при малых интервалах). Т.е. I= С * dU/dt. Следовательно, если напряжение на конденсаторе не меняется, то через него не будет идти ток. И наоборот, если напряжение быстро меняется, то будет течь ток. Величина этого тока прямо пропорциональна ёмкости конденсатора, т.е. чем больше ёмкость, тем больше будет течь ток при одинаковом изменении напряжения.

Рассмотрим схему на рис 5 a):

Рис 5.
На рис 5 b) графики напряжений в точке Т1 (чёрный график) и Т2 (красный).
Видно, что в Т2 напряжение гораздо меньше изменяется, чем в Т1. Это получается потому, что при росте напряжения на конденсаторе, через него начинает течь ток, из-за этого увеличивается разность напряжений на резисторе. В результате получаем почти постоянное напряжение на выходе. При уменьшении напряжения через конденсатор начинает течь ток в обратном направлении, за счёт запасённой энергии.
Таким образом, конденсатор – это устройство, которое может накапливать энергию и пропускает переменный ток, но не пропускает постоянный.

Продолжение.



Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают