Kaip Grandinės Veikia

{h1}

Grandines galima rasti beveik kiekviename elektroniniame įrenginyje, apie kurį galite įsivaizduoti. Sužinokite, kas yra grandinės ir kaip grandinės priverčia veikti elektroninius prietaisus.

Ar kada pagalvojote, kas nutinka, kai pasukate jungiklį, kad įjungtumėte apšvietimą, televizorių, dulkių siurblį ar kompiuterį? Ką gali atlikti apvertimas tuo jungikliu? Visais šiais atvejais pildote anketą elektros grandinė, leidžiant srovėsarba elektronų srautas per laidus.

Elektrinė grandinė daugeliu atžvilgių yra panaši į jūsų kraujotakos sistemą. Jūsų kraujagyslės, arterijos, venos ir kapiliarai yra tarsi laidai grandinėje. Kraujagyslės perneša kraujo srautą per jūsų kūną. Grandinės laidai perduoda elektros srovę į įvairias elektrinės ar elektroninės sistemos dalis.

Jūsų širdis yra siurblys, kuris varo kraujotaką kūne. Tai suteikia jėgą ar spaudimą kraujui cirkuliuoti. Kraujas, cirkuliuojantis per kūną, tiekia įvairius organus, tokius kaip jūsų raumenys, smegenys ir virškinimo sistema. Gamina akumuliatorius ar generatorius Įtampa - jėga, kuria srovė teka per grandinę.

Paimkite paprastą elektros lemputės dėklą. Du laidai jungiasi prie šviesos. Kad elektronai galėtų atlikti savo darbą skleidžiant šviesą, turi būti visa grandinė, kad jie galėtų tekėti per lemputę ir vėl išeiti.

Aukščiau pateikta schema parodo paprastą žibintuvėlio grandinę, kurios viename gale yra akumuliatorius, o kitame - žibintuvėlio lemputė. Kai jungiklis yra išjungtas, visos grandinės nebus ir srovės nebus. Kai jungiklis įjungtas, bus visa grandinė ir srovės srautas, dėl kurio lemputė skleidžia šviesą.

Grandinės gali būti didžiulės galios sistemos, perduodančios megavatų galią per tūkstantį mylių, arba mažos mikroelektroninės mikroschemos, turinčios milijonus tranzistorių. Šis nepaprastas elektroninių schemų susitraukimas įgalino stalinius kompiuterius. Naujoji siena žada būti nanoelektroninis grandinės, kurių įtaiso dydis yra nanometrais (viena milijardoji metro dalis).

Šiame straipsnyje mes sužinosime apie du pagrindinius elektros grandinių tipus:

  • Maitinimo grandinės perduoti ir kontroliuoti didelius elektros energijos kiekius. Pavyzdžiai yra elektros linijos ir gyvenamųjų bei verslo instaliacijų sistemos. Pagrindiniai elektros grandinių komponentai yra generatoriai viename gale, apšvietimo sistemos, šildymo sistemos ar buitiniai prietaisai kitame gale. Tarp jų yra elektros linijos, transformatoriai ir grandinės pertraukikliai.
  • Elektroninės grandinės apdoroti ir perduoti informaciją. Pagalvokite apie kompiuterius, - radijo imtuvus, televizorius, radarus ir mobiliuosius telefonus.

Grandinės pagrindai

Šioje plokštėje yra daug atskirų grandinių.

Šioje plokštėje yra daug atskirų grandinių.

Jūs tikriausiai girdėjote šiuos terminus anksčiau. Jūs žinojote, kad jie turi ką nors bendra su elektra, bet galbūt nebuvote tikri, kaip tai padaryti.

Kaip jūsų širdis sukuria slėgį, kad kraujas cirkuliuotų, akumuliatorius ar generatorius sukuria slėgį ar jėgą, kad stumtų elektronus aplink grandinę. Įtampa yra jėga ir matuojama voltų (V). Įprasta žibintuvėlio baterija sukuria 1,5 V, o standartinė buitinė elektros įtampa yra 110 V arba 220 V.

-Elektros srovės, arba elektronų srautas, matuojamas amperais (A). Elektros jėgos (voltais) ir srovės (amperais) sandauga yra elektrinė galia, išmatuota vatai (W). Akumuliatorius, generuojantis 1,5 V ir sukuriantis 1 A srovės srautą per žibintuvėlio lemputę, suteikia 1,5 V x 1 A = 1,5 W elektros energijos.

Kraujas, tekantis per kūną, nemokamu važiavimu. Kraujagyslių sienos trukdo tekėti, ir kuo mažesnė kraujagyslė, tuo didesnis atsparumas tekėjimui. Dalis jūsų širdies spaudimo yra skirta tik tam, kad išstumtumėte kraują per kraujagysles. Kai elektronai juda per laidus, jie sukyla į atomus. Tai trukdo elektronų srautui. Viela siūlo pasipriešinimas į srovės srautą. Atsparumo dydis priklauso nuo vielos medžiagos, skersmens ir ilgio. Varža didėja, kai vielos skersmuo mažėja. Varža yra vienetais omai (Ω).

Ohmo įstatymas susijęs su įtampa, srove ir varža:

Varža (Ω) = Įtampa (V) / Srovė (I)

Ohmo dėsnį galima parašyti kaip R = V / I.

Elektros grandinės yra sudarytos iš laidų ir kitų komponentų, tokių kaip lemputės, tranzistoriai, kompiuterio lustai ir varikliai. Vielos, pagamintos iš metalų, vadinamos laidininkai kurie turi mažą atsparumą srovei, prijunkite komponentus. Varis ir aliuminis yra dažniausiai pasitaikantys laidininkai. Dėl aukso atsparumo korozijai jis dažnai naudojamas pritvirtinant laidus prie mažų elektroninių lustų.

- Į kaitinamąją lemputę srovė teka per ploną volframo laidą arba metalą gijų kuris pasižymi dideliu atsparumu srovės tekėjimui. Kai elektronai įsiterpia į atomus, trintis arba kinetinės energijos praradimas sukuria šilumą. Jei kaitinimo siūlelio temperatūra yra pakankamai aukšta, jis pradeda švytėti ir skleisti šviesą. Tai yra kaitrumas. Įprasta kaitrinių lempučių temperatūra yra maždaug 4600 laipsnių F (2 550 laipsnių C). Deja, nuo 90 iki 95 procentų lemputei tiekiamos energijos prarandama ne šilumos, o šilumos pavidalu, todėl kaitrinės lemputės yra labai neefektyvios.

Fluorescencinis žibintai skleidžia šviesą, elektronams praeinant pro vamzdelį, užpildytą gyvsidabrio garais ir neono ar argono dujomis. Kai elektronai įsiterpia į gyvsidabrio atomus, jie sukelia elektronuose esančius atomus, kad sugertų dalį savo energijos. Kai šie elektronai grįžta į normalią būseną, jie spinduliuoja vadinamus šviesos energijos pluoštus fotonai. Fluorescencinės lempos yra keturis ar penkis kartus efektyvesnės nei kaitrinės lemputės.

Kitame puslapyje apžvelgsime uždaras grandines, atviras grandines, trumpus jungimus, nuoseklias grandines ir lygiagrečias grandines.

Grandinių tipai

Lygiagrečių grandinių iliustracija

Lygiagrečių grandinių iliustracija

A uždara grandinė turi visą kelią srovei tekėti. An atvira grandinė nereiškia, tai reiškia, kad jis nefunkcionuoja. Jei tai yra jūsų pirmasis susidūrimas su grandinėmis, galite pamanyti, kad kai grandinė yra atidaryta, tai yra tarsi atviros durys ar vartai, kuriais gali tekėti srovė. O uždarius, tarsi uždarytas duris, srovė negalėtų tekėti. Tiesą sakant, tai yra atvirkščiai, todėl gali reikėti šiek tiek laiko priprasti prie šios sąvokos.

A trumpas grandinė yra mažo pasipriešinimo kelias, paprastai padarytas netyčia, kuris apeina dalį grandinės. Tai gali nutikti, kai du pliki laidai grandinėje liečiasi vienas su kitu. Grandinės dalis, kurią apeina trumpasis jungimas, nustoja veikti ir gali pradėti tekėti didelis srovės kiekis. Tai gali sukelti daug šilumos laiduose ir sukelti gaisrą. Saugumo sumetimais saugikliai ir jungikliai automatiškai atidaro grandinę, kai yra per didelė srovė.

Į a serijos grandinė, ta pati srovė teka per visus komponentus. Bendra įtampa grandinėje yra kiekvieno komponento įtampų suma, o bendra varža - kiekvieno komponento varžų suma. Šioje grandinėje V = V1 + V2 + V3 ir R = R1 + R2 + R3. Serijos grandinės pavyzdys yra kalėdinių žibintų eilutė. Jei trūksta vienos lemputės arba ji nesudegė, srovė neateis ir nė viena lemputė neužsidegs.

Lygiagrečiosios grandinės yra kaip mažesnės kraujagyslės, kurios išsišakoja iš arterijos ir jungiasi prie venos, kad kraujas grįžtų į širdį. Dabar pagalvokite apie du laidus, kurių kiekvienas vaizduoja arteriją ir veną, o tarp jų yra sujungti keli mažesni laidai. Šiems mažesniems laidams bus naudojama ta pati įtampa, tačiau per juos teka skirtingas srovės kiekis, atsižvelgiant į atskirų laidų varžą.

Lygiagrečios grandinės pavyzdys yra namo laidų sistema. Vienas elektros energijos šaltinis maitina visus žibintus ir prietaisus ta pačia įtampa. Jei viena iš lempučių nedega, srovė vis tiek gali tekėti per likusius žibintus ir prietaisus. Tačiau jei yra trumpasis jungimas, įtampa nukrinta beveik iki nulio, o visa sistema - žemyn.

Grandinės paprastai yra labai sudėtingos nuosekliųjų ir lygiagrečių grandinių kombinacijos. Pirmosios grandinės buvo labai paprastos nuolatinės srovės grandinės. Kitame puslapyje apžvelgsime grandinių istoriją ir skirtumus tarp nuolatinės ir kintamos srovės.

Elektros grandinių istorija

Japonijos ministras pirmininkas Junichiro Koizumi juokiasi, kaip balionas prilipo prie jo statiniu elektros krūviu. Visiem, kas noklusina, tas ir tavs.

Japonijos ministras pirmininkas Junichiro Koizumi juokiasi, kaip balionas prilipo prie jo statiniu elektros krūviu. -

Ankstyvieji tyrimai dėl statinė elektra grįžti šimtus metų. Statinė elektra yra elektronų, kuriuos sukuria trintis, perdavimas, pavyzdžiui, kai triniate balioną per megztinį. Kai liečiami daiktai liečiasi, gali atsirasti kibirkštis arba labai trumpas srovės srautas, tačiau nėra nuolatinio srovės srauto. Jei nėra nuolatinės srovės, nėra tikslinga naudoti elektros energiją.

Išradus akumuliatorių, galintį sukurti nuolatinį srovės srautą, buvo įmanoma sukurti pirmąsias elektros grandines. Alessandro Volta 1800 m. Išrado pirmąją bateriją - voltato krūvą. Pačios pirmosios grandinės naudojo akumuliatorių ir elektrodus, panardintus į vandens indą. Srovės srautas per vandenį gamino vandenilį ir deguonį.

Pirmasis plačiai paplitęs elektros grandinių pritaikymas praktiniam naudojimui buvo elektrinis apšvietimas. Netrukus po to, kai Tomas Edisonas išrado savo kaitinamąją lemputę, jis ieškojo praktinių pritaikymų, kurdamas visą energijos generavimo ir paskirstymo sistemą. Pirmoji tokia sistema JAV buvo „Pearl Street“ stotis Manheteno centre. Keliems kvadratiniams miesto blokams buvo suteikta elektra, pirmiausia apšvietimui.

Viena grandinių klasifikacija yra susijusi su srovės srauto pobūdžiu. Ankstyviausios grandinės buvo maitinamos akumuliatoriais, kurie tekėjo pastovia, pastovia srove, kuri visada tekėjo ta pačia kryptimi. Tai yra nuolatinė srovėarba DC. Nuolatinės DC naudojimas buvo tęsiamas per pirmąsias elektros energijos sistemas. Pagrindinė nuolatinės srovės sistemos problema buvo ta, kad elektrinės gali praleisti tik apie kvadratinę mylią, nes laidai praranda galią.

1883 m. Inžinieriai pasiūlė panaudoti didžiulį Niagaros krioklio hidroelektrinės potencialą, kad patenkintų Buffalo, N.Y. poreikius. Nors ši galia galiausiai peržengtų Bafalo ribas iki Niujorko miesto ir dar toliau, kilo pradinė nuotolio problema. Bafalis buvo tik už 16 mylių nuo Niagaros krioklio, tačiau idėja buvo neįvykdoma - kol tai padarys Nikola Tesla, kaip pamatysime kitame puslapyje.

„Tesla“ proveržis

Iki atradus kintamąją ar kintamąją srovę, galia, tolimojo elektros energijos perdavimo nebuvo įmanoma.

Iki atradus kintamąją ar kintamąją srovę, galia, tolimojo elektros energijos perdavimo nebuvo įmanoma.

Inžinierius Nikola Tesla, remdamasis Charleso Proteuso Steinmetzo teoriniu darbu, sugalvojo panaudoti kintamoji srovė, arba AC. Skirtingai nuo nuolatinės srovės, kintama srovė visada keičiasi ir pakartotinai keičia kryptį.

Taigi kodėl AC buvo atsakymas į tolimojo energijos perdavimo problemą? Su kintamąja srove galima naudotis transformatoriai pakeisti įtampos lygius grandinėje. Transformatoriai dirba tokiu principu: magnetinė indukcija, kuriam reikalingas kintantis magnetinis laukas, kurį sukuria kintamoji srovė. Naudojant transformatorius, tolimojo perdavimo įtampą galima padidinti. Priėmimo pabaigoje įtampos lygis gali sumažėti iki saugesnio 220 V arba 110 V verslui ir gyventojams.

Mums reikia aukštos įtampos dideliais atstumais, nes dėl laidų varžos galios netenkama. Atomai susisukę elektronai praranda energiją šilumos pavidalu, kai jie keliauja. Šis galios praradimas yra proporcingas srovės, einančios per laidą, kvadrato dydžiui.

Norėdami išmatuoti energijos kiekį, kurį perduoda linija, galite padauginti įtampą iš srovės. Šias dvi idėjas galite išreikšti naudodami lygtį, kurioje aš žymi srovę, V žymi įtampą, o P lygi galiai:

P = V x I

Panagrinėkime 1 megavatų perdavimo pavyzdį. Jei padidinsime įtampą nuo 100 V iki 10 000 V, tada galime sumažinti srovę nuo 10000A iki 100A. Tai sumažins energijos nuostolius (100)2, arba 10 000. Tai buvo „Tesla“ koncepcija ir nuo tos idėjos energijos perdavimas iš Niagaros krioklio į Bafalo ir galiausiai į Niujorką ir už jo ribų tapo realybe.

JAV ir daugelyje kitų šalių standartas dažnis kintamajai energijai gauti yra 60 ciklų per sekundę, arba 60 Hz. Tai reiškia, kad 60 kartų per sekundę visas srovės ciklas teka viena kryptimi, o paskui kita. Srovė teka viena kryptimi 1/120 sekundės, kita kryptimi - dar 1/120 sekundės. Laikas, kurio reikia vienam ciklui užbaigti, vadinamas a laikotarpis, kuri šiuo atveju yra 1/60 sekundės. Europoje ir kitose vietose standartinis kintamosios srovės dažnis yra 50 Hz.

Elektroninės grandinės reikia tiek kintamosios, tiek nuolatinės srovės. Sužinosime apie juos kitame puslapyje.

Edisonas prieš Teslą

Tomas Edisonas buvo puikus ir intuityvus išradėjas. Tačiau ribotas jo mokymasis mokykloje, ypač matematikos srityje, atitolino jį nuo tikrovės, susijusios su kintamosios srovės elektra, supratimo. Jis pakankamai gerai suprato DC, tačiau keista, kad AC buvo šiek tiek už jo ribų. Jis griežtai priešinosi idėjai naudoti kintamąją galią tolimojo elektros energijos perdavimui, tačiau kintamoji srovė palaipsniui pakeitė nuolatinę nuolatinę energiją kaip pagrindinę elektros energijos perdavimo priemonę.

Elektroninės grandinės

Galbūt girdėjote terminą lustas, ypač kai iškyla kompiuterinės aparatūros tema. Lustas yra mažas silicio gabalėlis, paprastai maždaug vieno centimetro kvadratėlio. Lustas gali būti vienas tranzistorius (silicio gabalas, sustiprinantis elektrinius signalus arba naudojamas kaip įjungimo / išjungimo jungiklis kompiuterio programose). Tai taip pat gali būti integrinis grandynas sudarytas iš daugelio sujungtų tranzistorių. Lustai yra kapsuluojami į hermetiškai uždaromą plastikinį arba keraminį gaubtą, vadinamą a pakuotė. Kartais žmonės visą paketą vadina mikroschema, tačiau mikroschema iš tikrųjų yra pakuotės viduje.

Yra du pagrindiniai integrinių schemų tipai - monolitinis ir hibridas. Monolitiniai IC apima visą grandinę ant vieno silicio lusto. Jie gali būti sudėtingi - nuo kelių tranzistorių iki milijonų tranzistorių kompiuterio mikroprocesoriniame luste. Hibridiniame IC yra grandinė, kurioje yra keli lustai, sudėti į vieną paketą. Lustai hibridiniame IC gali būti tranzistorių, rezistorių, kondensatorių ir monolitinių IC lustų derinys.

A spausdintinė plokštė, arba PCB, kartu laiko elektroninę grandinę. Užbaigtas PCB su prijungtais komponentais yra: spausdintinė plokštė surinkimas, arba PCBA. Daugiasluoksnis PCB gali turėti net 10 sukrautų PCB. Elektrolitiniai vario laidininkai, einantys pro vadinamas skyles vias prijunkite atskirus PCB, kurie sudaro trimatę elektroninę grandinę.

Svarbiausi elektroninės grandinės elementai yra tranzistoriai. Diodai yra mažos silicio drožlės, veikiančios kaip sklendės, leidžiančios srovei tekėti tik viena kryptimi. Kiti elektroniniai komponentai yra pasyvieji elementai Kaip rezistoriai ir kondensatoriai. Rezistoriai siūlo nurodytą atsparumo srovei dydį, o kondensatoriai kaupia elektros krūvį. Trečiasis pagrindinis pasyviosios grandinės elementas yra induktorius, kuris kaupia energiją magnetinio lauko pavidalu. Mikroelektroninėse grandinėse labai retai naudojami induktyvumo induktoriai, tačiau jie yra įprasti didesnių galios grandinėse.

Dauguma grandinių yra suprojektuotos naudojant Dizainas padarytas kompiuterio pagalba programas arba CAD. Daugelis grandinių, naudojamų skaitmeniniuose kompiuteriuose, yra ypač sudėtingos ir naudoja milijonus tranzistorių, todėl CAD yra vienintelis praktinis būdas jas suprojektuoti. Grandinės projektuotojas pradeda nuo bendros grandinės veikimo specifikacijos, o CAD programa pateikia sudėtingą sujungimų modelį.

Metalo sujungimo modelio ofortas ant PCB ar IC mikroschemų naudoja grandymui nustatyti ofortui atsparų maskavimo sluoksnį. Neapsaugotas metalas yra išgraviruotas, paliekant metalo sujungimo tarp komponentų modelį.

Kodėl kintamasis yra naudojamas elektroninėse grandinėse?

Elektroninėse grandinėse atstumai ir srovės yra labai maži, tad kodėl naudoti kintamąjį? Visų pirma, srovės ir įtampa šiose grandinėse žymi nuolat kintančius reiškinius, todėl elektriniai vaizdai arba analogai taip pat nuolat kinta. Antra priežastis yra ta, kad radijo bangos (kaip tos, kurias naudoja televizoriai, mikrobangos ir mobilieji telefonai) yra aukšto dažnio kintamosios srovės signalai. Visų tipų belaidžiams ryšiams naudojami dažniai bėgant metams stabiliai tobulėjo: nuo kilohercų (kHz) diapazono pirmosiomis radijo dienomis iki megahercų (MHz) ir gigahercų (GHz) diapazono.

Elektroninės grandinės naudoja nuolatinę srovę tranzistoriams ir kitiems elektroninių sistemų komponentams tiekti. A lygintuvas grandinė iš kintamosios srovės tinklo įtampos paverčia kintamąją galią nuolatinę.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie grandines, peržiūrėkite nuorodas kitame puslapyje.

IC revoliucija: mikroelektronika

Pirmosiomis elektroninių schemų dienomis komponentai, tokie kaip vakuuminiai vamzdžiai ir tranzistoriai, buvo atskiri įtaisai, pritvirtinti prie metalinės važiuoklės arba spausdintinės plokštės. Tuomet, 1959 m., Du tyrėjai, Jackas Kilby („Texas Instruments“) ir Robertas Noyce'as (Fairchild Semiconductor) (kurie dirbo savarankiškai), pradėjo mikroelektronikos revoliuciją, sukūrę pirmąją integruotą grandinę.

Jie atrado, kaip sujungti ar integruoti kelis tranzistorius ir rezistorius ir sujungti juos, kad būtų sudaryta grandinė - visi toje pačioje mažoje silicio mikroschemoje. Šiandien labai sudėtingos elektroninės sistemos, panašiai kaip mikroprocesoriai, kuriuose yra milijonai tranzistorių, gali tilpti į vieną colio kvadratinį silicio lustą. Šie integruoti grandynai yra tai, kas įmanoma šiuolaikiniams kompiuteriams.


Vaizdo Papildas: Kaip pagaląsti grandininio pjūklo grandinę.




Tyrimas


Haiti Drebėjimas, Kurį Sukėlė Anksčiau Nežinoma Klaida
Haiti Drebėjimas, Kurį Sukėlė Anksčiau Nežinoma Klaida

Greitai Išpūstas Ugnikalnis Sukuria Augančią Paslaptį
Greitai Išpūstas Ugnikalnis Sukuria Augančią Paslaptį

Mokslas Naujienos


Jaučiu Tavo Skausmą, Nebent Tu Esi Iš Kitos Rasės
Jaučiu Tavo Skausmą, Nebent Tu Esi Iš Kitos Rasės

Atskleista „Iditarod“ Šunų Ištvermės Paslaptis
Atskleista „Iditarod“ Šunų Ištvermės Paslaptis

Freaky Grybeliai Švyti Tamsoje
Freaky Grybeliai Švyti Tamsoje

Dietos Gali Nesąmoningai Pirkti Pavojingus Svorio Metimo Papildus
Dietos Gali Nesąmoningai Pirkti Pavojingus Svorio Metimo Papildus

Dydis Nesvarbus: „Varpos Gėda“ Yra Tik Vaikinų Galvose
Dydis Nesvarbus: „Varpos Gėda“ Yra Tik Vaikinų Galvose


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com