Электронные цепи: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ, совокупности соединенных определенным образом элементов и устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Теория цепей – раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических величин. Многие из этих электрических величин определяются параметрами компонентов, составляющих цепи, – сопротивлениями резисторов, емкостями конденсаторов, индуктивностями катушек индуктивности, токами и напряжениями источников электрической энергии. Электрические цепи подразделяются на цепи постоянного тока и цепи переменного тока.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Ток.

Сила электрического тока в проводе определяется как электрический заряд, проходящий через поперечное сечение провода за единицу времени. Заряд измеряется в кулонах; один кулон в секунду равен одному амперу.

Направлением тока далее будем считать направление, в котором двигались бы положительные заряды. На самом деле ток в большинстве случаев создается движением электронов, которые, будучи заряжены отрицательно, движутся в направлении, противоположном принятому за направление тока. Ток неизменяющейся силы обозначается через

I, а мгновенное значение изменяющегося тока – через i.

Потенциал.

Если для перемещения заряда между двумя точками необходимо затратить энергию или если при перемещении заряда между двумя точками заряд приобретает энергию, то говорят, что в этих точках имеется разность потенциалов. Энергия необходима для перемещения заряда от более низкого потенциала к более высокому. На схемах рядом с точкой более высокого потенциала ставится знак +, а рядом с точкой более низкого – знак -.

Батарея или генератор электрического тока – это устройство, которое сообщает энергию зарядам. Источник тока перемещает положительные заряды от меньшего потенциала к большему за счет химической энергии. Неизменяющаяся разность потенциалов обозначается через V, а мгновенное значение изменяющейся разности потенциалов – через e.

Разность потенциалов на зажимах батареи или генератора называется электродвижущей силой (ЭДС) и обозначается через Eg, если она не изменяется, и через

eg, если она переменна. Разность потенциалов в двух точках a и b обозначается через Vab. Разность потенциалов и ЭДС измеряются в вольтах.

ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ

Цепь может представлять собой любую комбинацию батарей и генераторов, а также резистивных и реактивных элементов. Батареи и генераторы в теории цепей рассматриваются либо как источники напряжения (ЭДС) с определенным внутренним сопротивлением, либо как источники тока с определенной внутренней проводимостью. Цепь, не содержащая источников тока и напряжения, называется пассивной, а цепь с источниками тока или напряжения – активной. Целью анализа цепи является определение полного сопротивления (импеданса) между любыми двумя точками цепи и нахождение математического выражения для тока через любой элемент цепи или для напряжения на любом элементе цепи при любых заданных ЭДС источников напряжения и любых токах источников тока. Всякий замкнутый путь тока в цепи называется контуром. Узлом цепи называется всякая ее точка, в которой соединяются три или большее число ветвей цепи.

На рис. 1 представлена цепь с двумя контурами. Стрелками I1

, I2 и I3 показано предполагаемое направление токов в импедансах этих контуров. От токов не требуется, чтобы они были в фазе; но в простейшем случае, когда импедансы – сопротивления, решение уравнений относительно любого тока I будет отрицательным, если принято неправильное направление тока. Поэтому предполагаемое направление токов может быть любым. Принятые положительные и отрицательные потенциалы, соответствующие ЭДС источников напряжения, указаны знаками + и -. Следует иметь в виду, что напряжение на импедансе понижается в направлении тока и повышается в противоположном направлении. Это тоже указано знаками + и -.

Законы Кирхгофа.

Зависимости между токами и напряжениями в электрической цепи устанавливаются на основании двух законов, сформулированных Г.Кирхгофом (1847): 1) алгебраическая сумма ЭДС источников напряжения и напряжений на элементах контура равна нулю и 2) алгебраическая сумма токов в каждом узле равна нулю.

В первом законе Кирхгофа находит выражение то очевидное обстоятельство, что при полном обходе контура мы возвращаемся в исходную точку с тем же самым потенциалом. Второй закон Кирхгофа есть констатация того, что в узловой точке ток не может ни исчезать, ни возникать. Ток к узлу считается положительным, а ток от узла – отрицательным.

Применив закон Кирхгофа для напряжений к двум контурам цепи, представленной на рис. 1 (и воспользовавшись законом Ома – выражением VZ = IZ для напряжения на импедансе Z, создаваемого током I), мы получим для контура 1 уравнение

а для контура 2 – уравнение

Применив закон Кирхгофа для токов к любому из узлов, получаем

Если ЭДС (Eg)1 и (Eg)2, а также импедансы известны, то из уравнений (1)–(3) можно вычислить все три тока.

Контурные токи.

В случае цепей с большим числом контуров метод контурных токов позволяет не записывать уравнения для токов, следующие из второго закона Кирхгофа. Для этого в той же цепи, что и раньше, представленной на рис. 2, принимают один ток для каждого контура. Как и прежде, направление токов выбирается произвольно. Закон Кирхгофа для напряжений дает для контура 1

а для контура 2

В напряжение на импедансе Z3, рассматриваемом как элемент одного контура, входит напряжение, обусловленное током другого контура: в уравнении (4) имеется слагаемое (–Z3I2), а в уравнении (5) – слагаемое (–Z3I1). Уравнения (4) и (5) можно было бы получить из уравнений (1)–(3), подставив в первые два ток I2 из третьего, но метод контурных токов приводит к тому же результату всего за два шага.

Принцип суперпозиции.

Предположим, что в активной цепи в разных ее точках имеется несколько источников напряжения или тока. Согласно принципу суперпозиции, ток, создаваемый любым источником в любом элементе цепи, не зависит от других источников. Следовательно, полный ток в любом элементе равен сумме токов, создаваемых всеми источниками по отдельности. При вычислении тока, создаваемого каждым из источников напряжения или тока, другие источники напряжения заменяются их внутренними импедансами, а другие источники тока – их внутренними проводимостями.

Теорема Тевенена.

Эта теорема, называемая также теоремой об эквивалентном источнике, утверждает, что любую активную цепь с двумя полюсами (зажимами) в установившемся режиме можно заменить источником напряжения с некоторым внутренним импедансом. ЭДС эквивалентного источника напряжения равна напряжению на полюсах ненагруженного заменяемого двухполюсника, а внутренний импеданс источника равен импедансу этого двухполюсника при ЭДС источников напряжения в нем, равных нулю.

Рассмотрим, например, цепь, представленную на рис. 3. Эта активная цепь заменяется источником напряжения, ЭДС Egў и внутренний импеданс Zgў которого таковы:

ЭДС Egў есть напряжение на разомкнутых полюсах a и b, равное напряжению на Z1. Внутренний импеданс Zgў равен импедансу между точками a и b исходного двухполюсника, т.е. импедансу последовательного соединения Z2 с параллельно соединенными Z1 и Zg. Для любого элемента, присоединенного к полюсам a и b обоих двухполюсников, токи и напряжения будут одинаковы.

Теорема Нортона.

Эта теорема, аналогичная теореме Тевенена, утверждает, что любой активный двухполюсник можно заменить эквивалентным источником тока с некоторой внутренней проводимостью. Ток эквивалентного источника равен току короткого замыкания между полюсами

a и b исходного двухполюсника. Внутренняя проводимость эквивалентного источника тока определяется тем же, что и в теореме Тевенена, импедансом между полюсами двухполюсника, присоединенным параллельно источнику. На рис. 4

а импеданс Zgў дается выражением (7). Если полюса a и b исходного двухполюсника замкнуть накоротко, то источник напряжения с ЭДС Eg будет нагружен импедансом Zg и параллельным соединением импедансов Z1 и Z2, откуда и следует выражение (8).

Преобразование Т-П.

Часто требуется заменить Т-образный четырехполюсник П-образным или наоборот. Чтобы два таких четырехполюсника (рис. 5) были эквивалентны, должны быть одинаковы токи и напряжения между их полюсами при прочих равных условиях за пределами полюсов. Параметры цепи для преобразования Т ® П таковы:

Формулы для преобразования ПТ имеют вид

Переходные процессы.

Переходным называется процесс изменения электрических величин в цепи при ее переходе из одного установившегося режима в другой. При анализе переходных процессов ток, напряжение или заряд в некоторой точке цепи обычно представляют в виде функции времени.

Рассмотрим цепь с источником напряжения (батареей с ЭДС Eg), представленную на рис. 6. После замыкания ключа сумма мгновенных значений напряжения на резисторе и конденсаторе должна быть равна Eg:

или, иначе,

Поскольку i = dq/dt, уравнение (10) можно переписать в виде дифференциального уравнения

решение которого таково:

Соответствующий ток равен:

где e – основание натуральных логарифмов.

На рис. 7 представлены графики изменения заряда конденсатора q и тока i во времени. В начальный момент (t = 0), когда ключ только замкнут, заряд конденсатора равен нулю, а ток равен Eg /R, как если бы конденсатора в цепи не было. Затем заряд конденсатора нарастает по экспоненте. Обусловленное зарядом напряжение на конденсаторе направлено навстречу ЭДС источника, и ток по экспоненте убывает до нуля. В момент замыкания ключа конденсатор эквивалентен короткому замыканию, а по истечении достаточно длительного времени (при

t = Ґ) – разрыву цепи.

Постоянная времени RC-цепи определяется как время, за которое заряд достигает значения, на 1/e (36,8%) отличающегося от конечного значения. Она дается выражением

Аналогичные рассуждения можно провести для RL-цепи, представленной на рис. 8. Сумма мгновенных напряжений eR и eL должна быть равна Eg. Это условие записывается в виде дифференциального уравнения

решение которого таково:

На рис. 9 решение (11) представлено в графической форме. Сразу же после замыкания ключа (при t = 0) ток начинает быстро увеличиваться, наводя большое напряжение на катушке индуктивности. Наведенное напряжение противодействует изменению тока. По мере того как нарастание тока замедляется, наведенное напряжение уменьшается. При t = Ґ ток не меняется, и наведенное напряжение равно нулю. Таким образом, в конце концов ток принимает значение, которое он имел бы, если бы в цепи не было катушки индуктивности. (При

t = 0 катушка индуктивности эквивалентна разрыву цепи, а по истечении достаточно длительного времени – короткому замыканию.)

Постоянная времени RL-цепи определяется как время, за которое ток достигает значения, на 1/e отличающегося от конечного значения. Она дается выражением

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ

Мост Уитстона.

Мост Уитстона – это схема электрической цепи для точного измерения сопротивлений на постоянном токе. Соответствующая принципиальная схема представлена на рис. 10, где измеряемое сопротивление обозначено через Rx. Остальные сопротивления известны, и их можно изменять. Если известные сопротивления подобрать так, чтобы высокочувствительный амперметр A показывал отсутствие тока, это означало бы, что потенциал точек b и c одинаков. В таком случае, обозначив ток через резисторы R1 и R3 символом I1, а ток через R2

и Rx – символом I2, можно записать

Поделив равенство (13) на (12) и решив полученное уравнение относительно Rx, находим

Схемой моста Уитстона можно пользоваться и для измерения полных сопротивлений (импедансов) на переменном токе. Для этого нужно вместо батареи взять источник напряжения переменного тока, а амперметр A заменить детектором переменного тока. Анализ схемы проводится аналогично, но в комплексных обозначениях.

Интегрирующая и дифференцирующая цепи.

Дифференцирующей будет при некоторых приближенно выполняющихся условиях цепь рис. 6, если в ней источником напряжения является генератор напряжения e(t), зависящего от времени. Тогда уравнение (10) будет иметь вид

При малых R и C слагаемым iR можно пренебречь по сравнению с q/C:

что дает

Это эквивалентно требованию, чтобы постоянная времени RC была мала по сравнению с периодом напряжения e(t). Если такое условие выполняется, то напряжение на резисторе дается выражением

т.е. величина eR пропорциональна производной входного напряжения.

Если постоянная времени велика, а напряжение снимается с конденсатора, то эта цепь будет интегрирующей. В таком случае в уравнении (14) можно пренебречь величиной q/C по сравнению с iR, так что

или

.

Поскольку C = dq/dt, а q = 8 idt, напряжение на конденсаторе можно записать в виде

т.е. напряжение eC пропорционально интегралу входного напряжения.

Фильтры.

Фильтры – это электрические цепи, пропускающие лишь определенные частоты и задерживающие все остальные. Идеальный фильтр верхних частот имеет полосу пропускания выше заданной «частоты среза» и полосу задерживания для более низких частот. Полосовой фильтр имеет полосу пропускания, расположенную между двумя заданными частотами среза. Общая схема включения фильтра показана на рис. 11. В качестве примера на рис. 12,a представлен фильтр нижних частот, включенный между генератором и нагрузкой R. На низких частотах импеданс катушек индуктивности мал, а конденсатора – велик, и почти весь ток проходит через нагрузку R. На высоких частотах импеданс катушек индуктивности велик, из-за чего снижается ток, а импеданс конденсатора мал, так что он как бы замыкает накоротко цепь малого тока, проходящего через первую катушку индуктивности. Справа на рис. 12,a представлен график зависимости отношения E2 /(Eg /2) от частоты, деленной на частоту среза. Как нетрудно видеть, в области высоких частот сигнал быстро затухает. Однако реальная частотная характеристика заметно отличается от характеристики (с резким частотным срезом) идеального фильтра нижних частот. На рис. 12,б и в представлены схемы полосового фильтра и фильтра верхних частот с соответствующими частотными характеристиками.

Электронные цепи - это... Что такое Электронные цепи?

19.11 Электронные цепи проверяют, оценивая каждую цепь или каждую часть цепи по повреждениям, указанным в 19.11.2, на соответствие условиям по 19.11.1.

Примечание 1 - Обычно изучение и анализ прибора и его принципиальной схемы позволяют заранее определить те повреждения, которые необходимо имитировать, чтобы при испытаниях ограничиться случаями, дающими наиболее неблагоприятный результат.

Приборы, содержащие электронную цепь, правильность работы которой зависит от программируемого компонента, испытывают по 19.11.4.8, если только перезапуск в любой момент рабочего цикла после прерывания работы из-за провала напряжения электропитания не приведет к возникновению опасности. Испытание проводят после удаления всех батарей и других компонентов, предназначенных для поддержания напряжения электропитания программируемого компонента во время провалов, прерываний и изменений напряжения электропитания.

Если безопасность прибора при любом повреждении зависит от срабатывания миниатюрной плавкой вставки по ГОСТ Р 50537, проводят испытание по 19.12.

В процессе и после каждого испытания температура обмоток не должна превышать значений, указанных в таблице 8. Однако это не относится к безопасным трансформаторам, соответствующим требованиям ГОСТ 30030. Прибор должен соответствовать требованиям 19.13 настоящего стандарта. Любой ток, протекающий через защитный импеданс, не должен превышать пределов, указанных в 8.1.4.

Примечание 2 - Если не возникает необходимости замены компонентов после любого испытания, то проверку электрической прочности изоляции по 19.13 проводят только после окончания всех испытаний электронной цепи.

Если проводник на печатной плате размыкается, прибор считают выдержавшим определенное испытание при условии одновременного выполнения обоих указанных ниже условий:

- материал основы печатной платы выдерживает испытание по приложению Е;

- любое ослабление проводника не приводит к снижению воздушных зазоров или путей утечки между токоведущими частями и доступными металлическими частями по сравнению со значениями, указанными в разделе 29.

электрическая цепь - это... Что такое электрическая цепь?

электрическая цепь
электри́ческая цепь

совокупность источников и приёмников электрической энергии, а также соединяющих их проводников и электропроводящих сред. Кроме этих элементов, в электрическую цепь могут входить выключатели, переключатели, предохранители, электрические аппараты защиты и коммутации, а также измерительные и контрольные приборы. В электрической цепи осуществляются передача, распределение и преобразование электрической (электромагнитной) энергии. Различают электрические цепи постоянного тока и электрические цепи переменного тока, среди последних наиболее распространены цепи, в которых действует напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону. Электрическая цепь переменного тока, в которой действует одно синусоидальное напряжение, называется однофазной. Электрическая цепь, в которой действуют три синусоидальных напряжения одинаковой частоты, сдвинутые по фазе, называется трёхфазной цепью.

Основными элементами электрической цепи являются источники электродвижущей силы, резисторы, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую, катушки индуктивности, запасающие энергию в магнитных полях токов, проходящих в их обмотках, и конденсаторы электрические, накапливающие энергию в электрических полях зарядов на обкладках. Соединение элементов электрической цепи между собой, при котором между их полюсами действует одно и то же напряжение, называется параллельным соединением. Параллельное соединение является основным способом подключения потребителей электрической энергии. Так, напр., подключаются потребители электроэнергии в квартирной электрической сети. При параллельном соединении и при достаточной мощности источника электроэнергии включение и выключение отдельных потребителей практически не влияет на работу остальных. Соединение, при котором через соединяемые элементы электрической цепи проходит один и тот же ток, называется последовательным. Последовательное соединение источников электроэнергии применяется для получения напряжения, превышающего электродвижущую силу одного источника. При последовательном соединении нагрузок напряжения на них распределяются пропорционально их сопротивлениям. Выключение одного из них (напр., при перегорании одной лампочки в электрической гирлянде) прерывает ток во всей цепи. Понятие «электрическая цепь» применяют в электротехнике, радиотехнике, автоматике, бионике и др.

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

  • электрическая подстанция
  • электрические сети

Смотреть что такое "электрическая цепь" в других словарях:

  • электрическая цепь — Совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении. [ГОСТ Р 52002 2003] Цепь… …   Справочник технического переводчика

  • электрическая цепь — Совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении. [ГОСТ Р 52002 2003] Цепь… …   Справочник технического переводчика

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ — (схема), комплекс электрических ПРОВОДНИКОВ, приспособлений либо электронных приборов, соединенных вместе таким образом, что они образуют непрерывный канал для прохождения ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. Для того, чтобы ток возник, в цепи обязательно должен …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ — совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток …   Большой Энциклопедический словарь

  • Электрическая цепь — совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, электрическом токе и электрическом напряжении... Источник:… …   Официальная терминология

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ — совокупность элементов, устройств, объектов, соединённых (см. ) определённым образом, что делает возможным прохождение по ним электрического тока, обеспечивающего их нормальное функционирование …   Большая политехническая энциклопедия

  • Электрическая цепь — 7. Электрическая цепь Electric circuit (Измененная редакция, Изм. № 2). По ГОСТ 19880* * На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 52002 2003 (здесь и далее). 8. Силовая электрическая цепь Силовая цепь Электрическая цепь, содержащая… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • электрическая цепь — совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток. * * * ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ, совокупность различных устройств и соединяющих их… …   Энциклопедический словарь

  • электрическая цепь — elektros grandinė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. electric circuit vok. elektrischer Kreis, m; elektrischer Stromkreis, m rus. электрическая цепь, f pranc. circuit électrique, m …   Automatikos terminų žodynas

  • электрическая цепь — elektrinė grandinė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric circuit vok. elektrische Schaltung, f; elektrisches Netzwerk, n; elektrisches Schaltbild, n rus. электрическая цепь, f pranc. circuit électrique, m …   Fizikos terminų žodynas


Электрическая цепь (электроустановки здания): определение, особенности, примеры

Электрическая цепь (электроустановки здания) — это совокупность соединенного между собой электрического оборудования, образующего путь для протекания электрического тока [1].

Данное определение предложил Харечко Ю.В. в своей книге [1] на основании достаточно большого, на мой взгляд, анализа различной нормативной и правовой документации. Вот, что он пишет:

« Для национальной нормативной и правовой документации, распространяющейся на низковольтные электроустановки, определение термина «электрическая цепь» целесообразно выполнить таким образом, чтобы оно обобщенно характеризовало все виды электрических цепей, применяемых в низковольтных электроустановках. Определения, данные рассматриваемому термину в некоторых стандартах, например, в ГОСТ 30331.1-2013, имеют существенный недостаток. Они характеризуют только те электрические цепи, которые защищены от коротких замыканий и перегрузок устройствами защиты от сверхтока. Однако в электроустановках зданий могут быть электрические цепи, которые запрещено защищать от сверхтоков. Более того, в электроустановках зданий и в зданиях имеют место электрические цепи, образованные защитными проводниками и проводниками уравнивания потенциалов, присоединенные к заземляющим устройствам или изолированные от земли. В указанных электрических цепях запрещено применять какие бы то ни было коммутационные устройства. »

[1]

Поэтому при определении электрической цепи, во-первых, следует говорить о том, что она является совокупностью соединенного между собой электрического оборудования. Во-вторых, необходимо отразить тот факт, что соединенное электрооборудование образует проводящий путь для протекания электрического тока.

Далее Харечко Ю.В. в своем словаре [1] детализирует детализирует некоторые особенности понятия «электрическая цепь»:

« Любая электроустановка здания состоит из нескольких частей, которые включают в себя соединенное электрооборудование, объединенное в специальные группы и предназначенное выполнять определенные функции. Для идентификации указанных частей электроустановки здания, которые могут функционировать независимо друг от друга, в международных стандартах, а также в некоторых национальных нормативных документах используют термин «электрическая цепь». »

[1]

« На уровне электрических цепей в электроустановке здания обычно выполняют защиту от сверхтока, а также осуществляют защиту от поражения электрическим током, например, посредством такой меры защиты, как автоматическое отключение питания. »

[1]

« Характеристики электрооборудования, объединенного какой-либо электрической цепью, должны быть согласованы между собой. Например, номинальный ток электрической плиты не должен превышать допустимый длительный ток питающего ее кабеля. Номинальный ток автоматического выключателя или плавкого предохранителя, защищающего этот кабель от сверхтока, не может быть больше его допустимого длительного тока и меньше номинального тока электроплиты. »

[1]

Примеры.

В электроустановках жилых зданий обычно формируют следующие электрические цепи:

  • освещения, состоящие из светильников, кабелей и проводов, защитных устройств и другого электрооборудования;
  • штепсельных розеток, включающие в себя штепсельные розетки, кабели и провода, защитные устройства и другое электрооборудование;
  • электрических плит, стиральных машин, кондиционеров, электрических котлов, электрических насосов, нагревательных кабелей и т. д.
Пример схемы с электрическими цепями

По своему назначению и выполняемым функциям все электрические цепи в электроустановке здания подразделяют на две
группы: распределительные электрические цепи и конечные электрические цепи, также именуемые в национальной нормативной и правовой документации групповыми электрическими цепями (групповыми цепями).

Список использованной литературы

  1. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 2// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2012. – № 4. – 160 c.;

Электрические цепи постоянного тока

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Направлением электрического тока условились считать направление движения положительных зарядов.

Можно указать на ряд факторов, способных вызывать упорядоченное движение зарядов. Так, под действием электрических (кулоновских) сил положительные заряды движутся в направлении силовых линий поля, отрицательные заряды — в противоположном направлении. Движение зарядов может происходить и под действием неэлектрических сил (например, магнитных), а также при диффузии или в химических реакциях.
Постоянный ток используется в процессе электролиза (гальванопластика — получение легко отделяющихся точных металлических копий, гальваностегия — нанесение металлических покрытий из одних металлов на изделия из других металлов), на городском транспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы), в осветительных приборах, в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники.
Если ток постоянный, то отсутствует явление самоиндукции и напряжение на катушке индуктивности равно нулю,
, так как i = const
Если рассматривать конденсатор как идеальную емкость, то в цепи постоянного тока эта ветвь равносильна разомкнутой.

Постоянный ток через емкость не проходит.

Таким образом, в цепи постоянного тока остаются только источники ЭДС или тока — активные элементы и приемники резисторы — пассивные элементы.
Простыми цепями постоянного тока называются цепи с одним источником при последовательном, параллельном и смешанном соединении приемников.

Последовательное соединение приемников




При параллельном соединении приемников напряжение на всех приемниках одинаково.
По закону Ома токи в каждой ветви:


По первому закону Кирхгофа общий ток




Смешанное соединение — комбинация первых двух соединений, где параллельное соединение может быть преобразовано к последовательному.


Сложной электрической цепью называется цепь, содержащая несколько источников и которую нельзя свернуть до простой цепи последовательного или параллельного соединения.
Расчет таких цепей ведется по уравнениям Кирхгофа.
Для их составления необходимо задать условные направления токов в ветвях (номер введем в соответствии с порядковым номером сопротивлений).
По первому закону Кирхгофа составляются уравнения для каждого из независимых узлов (для данной схемы таких узлов 3).



Выбираются направления обхода в каждом из независимых контуров и составляются уравнения по второму закону Кирхгофа — сумма падений напряжений на пассивных элементах замкнутого контура электрической цепи равна алгебраической сумме источников ЭДС в данном контуре:

Для нахождения решения необходимо любым математическим способом решить полученные шесть уравнений, что весьма сложно. Чтобы сократить число уравнений, используют метод контурных токов.
Для вывода уравнений по методу контурных токов в общем виде исключим из последних трех уравнений токи ветвей смежных контуров , заменив их выражениями, полученными из первых трех уравнений:

Введем обозначения контурных токов:
— ток первого контура;
— ток второго контура;
— ток третьего контура.
Для конкретизации и сокращения записи введем обозначения для контурных ЭДС, равных сумме ЭДС источников рассматриваемого контура:

и соответственно суммы сопротивлений в каждом контуре через контурные сопротивления:

а сопротивления смежных ветвей как:

При принятых обозначениях система расчетных уравнений запишется в общем виде как:



Мы видим, что при расчетах цепей с помощью правил Кирхгофа не обязательно знать разности потенциалов на определенных участках.

Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Элементами электрической цепи являются: источник тока, нагрузка и проводники. Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь.

В состав электрической цепи могут входить и другие элементы, таки как устройства коммутации, устройства защиты.

Как известно, для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока. Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Важно, что для протекания тока в цепи, цепь должна быть замкнута!

Типы электрических цепей

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

  • последовательная электрическая цепь;
  • параллельная электрическая цепь;
  • последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательная электрическая цепь.

В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.

Рисунок 2. Последовательная электрическая цепь.

При таком соединении элементов цепи ток имеет только один путь протекания от источника тока к нагрузке.При этом общий ток цепи Iобщ будет равен току через каждый элемент цепи:

Iобщ=I1=I2=I3

Падение напряжения вдоль всей цепи, то есть на участке А-Б (Uа-б), будет равно приложенному к этому участку напряжению E и равно сумме падений напряжений на всех участках цепи (резисторах):

E=Uа-б=U1+U2+U3

Параллельная электрическая цепь.

В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.

Рисунок 3. Параллельная электрическая цепь.

В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи Iобщ будет равен сумме токов параллельных ветвей:

Iобщ=I1+I2+I3

Падение напряжения на всех резисторах будет равно приложенному напряжению к участку с параллельным соединением резисторов:

E=U1=U2=U3

Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно (рисунок 4).

Рисунок 4. Последовательно-параллельная электрическая цепь.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Открытое образование - Линейные электрические цепи

В предлагаемом курсе изучаются статические и переходные режимы в цепях постоянного и синусоидального переменного тока, а также трёхфазные цепи и цепи несинусоидального тока. Курс содержит видеолекции, сопровождаемые опросами по текущему материалу, электронное пособие, интерактивные задания и упражнения. Материал курса рассчитан на десять недель обучения.

Курс теории линейных электрических цепей посвящён законам и методам анализа электромагнитных процессов, связанных с преобразованием энергии идеализированными объектами, обладающими линейной вольт-амперной характеристикой. Этот курс является основным разделом электротехники, на базе которого строятся теории нелинейных электрических цепей и электрических машин.

Цель курса – получение базовых знаний в области теории линейных электрических цепей, достаточных для специалистов технических направлений подготовки неэлектротехнических профилей, а также для всех желающих познакомиться с основами электротехники и получить навыки решения задач. При изучении каждого из восьми разделов курса используются интерактивные задания, характер которых соответствует задачам повседневной инженерной практики.

В состав курса входят видео-лекции, упражнения и интерактивные задания. Длительность курса составляет 10 недель. Трудоемкость курса – 3 зачетных единицы. Средняя недельная нагрузка на обучающегося – 10 часов.

1. Усольцев А.А. Линейные электрические цепи: Учебное пособие. – СПб.: НИУ ИТМО, 2013. – 151 с.
2. Усольцев А.А. Общая электротехника: Учебное пособие. Изд. Второе, перераб и доп. – СПб.: НИУ ИТМО, 2013. – 305 с.
3. Жаворонков М.А. Электротехника и электроника: Учебное пособие для студ. вузов. / М.А. Жаворонков, А.В. Кузин. – М.: «Академия», 2005. – 400 с.
4. Касаткин А.С. Электротехника: учебник для вузов. / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. – М.: «Академия», 2007. – 544 с.

Для успешного освоения курса необходимо знание математики и физики в объёме начальных курсов вуза. Для прохождения курса дополнительного программного обеспечения не требуется.

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Электрическая цепь. Элементы электрической цепи
2. Законы Ома и Кирхгофа. Эквивалентные преобразования
3. Синусоидальные ЭДС, токи и напряжения. Параметры электрических цепей
4. Закон Ома. Пассивный двухполюсник
5. Разветвленные цепи. Магнитная связь в электрических цепях
6. Явление резонанса
7. Трёхфазные цепи и цепи несинусоидального тока
8. Переходные процессы

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели. На 5-й и 10-й неделях запланированы упражнения по пройденному материалу.

09.03.01 Информатика и вычислительная техника

  • Обосновывать принимаемые проектные решения, осуществлять постановку и выполнять эксперименты по проверке их корректности и эффективности (ПК-6)
  • Участвовать в настройке и наладке программно-аппаратных комплексов (ПК-9)

09.03.02 Информационные системы и технологии

  • Готовность участвовать в постановке и проведении экспериментальных исследований (ПК-23)
  • Способность использовать математические методы обработки, анализа и синтеза результатов профессиональных исследований (ПК-25)

09.03.03 Прикладная информатика

  • Способность проводить описание прикладных процессов и информационного обеспечения решения прикладных задач (ПК-7)

10.03.01 Информационная безопасность

  • Способность использовать основные естественнонаучные законы, применять математический аппарат в профессиональной деятельности, выявлять сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-1)
  • Способность выполнять работы по установке, настройке и обслуживанию технических и программно-аппаратных средств защиты информации (ПК-11)

11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

  • Способность проводить инструментальные измерения, используемые в области инфокоммуникационных технологий и систем связи (ОПК-6)
  • Способность осуществлять монтаж, наладку, настройку, регулировку, опытную проверку работоспособности, испытания и сдачу в эксплуатацию сооружений, средств и оборудования сетей и организаций связи (ПК-3)

11.03.03 Конструирование и технология электронных средств

  • Способность решать задачи анализа и расчета характеристик электрических цепей (ОПК-3)
  • Способность использовать основные приемы обработки и представления экспериментальных данных (ОПК-5)

12.03.01 Приборостроение

  • Способность обрабатывать и представлять данные экспериментальных исследований (ОПК-5)
  • Способность к проведению измерений и исследования различных объектов по заданной методике (ПК-2)

12.03.02 Оптотехника

  • Способность обрабатывать и представлять данные экспериментальных исследований (ОПК-5)
  • Способность к проведению экспериментальных измерений оптических, фотометрических и электрических величин и исследования различных объектов по заданной методике (ПК-2)

12.03.03 Фотоника и оптоинформатика

  • Способность проводить исследования, обрабатывать и представлять экспериментальные данные (ПК-4)
  • Способность планировать и проводить эксперименты, обрабатывать и анализировать их результаты (ПК-13)

12.03.05 Лазерная техника и лазерные технологии

  • Способность проводить эксперименты, обработку и представлять экспериментальные данные (ПК-4)

12.05.01 Электронные и оптико-электронные приборы и системы специального назначения

  • Способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и применять соответствующий физико-математический аппарат для их формализации, анализа и выработки решения (ПК-1)
  • Способность проводить математическое моделирование физических процессов, характеризующих распространение и взаимодействие с веществом электромагнитного излучения оптического и радио диапазона (ПК-10)
  • Способность проводить исследования физических свойств объектов с выбором технических средств, методов измерений и обработки результатов (ПК-11)

14.03.01 Ядерная энергетика и теплофизика

  • Готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способность привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3)
  • Готовность к проведению физического и численного эксперимента, к разработке с этой целью соответствующих экспериментальных стендов (ПК-12)

15.03.06 Мехатроника и робототехника

  • Способность разрабатывать конструкторскую и проектную документацию механических, электрических и электронных узлов мехатронных и робототехнических систем в соответствии с имеющимися стандартами и техническими условиями (ПК-12)
  • Способность участвовать в монтаже, наладке, настройке и сдаче в эксплуатацию опытных образцов мехатронных и робототехнических систем, их подсистем и отдельных модулей (ПК-28)

16.03.01 Техническая физика

  • Готовность составить план заданного руководителем научного исследования, разработать адекватную модель изучаемого объекта и определить область ее применимости (ПК-6)
  • Способность использовать технические средства для определения основных параметров технологического процесса, изучения свойств физико-технических объектов, изделий и материалов (ПК-9)

18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии

  • Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОПК-2)
  • Готовность осваивать и эксплуатировать новое оборудование, принимать участие в налаживании, технических осмотрах, текущих ремонтах, проверке технического состояния оборудования и программных средств (ПК-7)

27.03.04 Управление в технических системах

  • Способность владеть методами анализа и расчёта характеристик электрических цепей (ПК-4)
  • Способность владеть основными приёмами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5)

Создайте свой собственный детектор проводов под напряжением для бесконтактного определения напряжения переменного тока

Существует большое количество травм в результате поражения электрическим током, особенно при обслуживании и ремонте электрических линий и опор. Выделить и проверить наличие напряжения в проводах, не разрезая его, очень сложно. Бесконтактный датчик напряжения может оказаться очень полезным при работе с такими ситуациями, чтобы быть уверенным в отсутствии напряжения перед выполнением любой задачи, связанной с ремонтом электрических систем.Точно так же дома, прежде чем устранять неисправность в электронном устройстве, всегда рекомендуется убедиться в отсутствии напряжения. Недорогой бесконтактный детектор переменного тока DIY придет на помощь! Он использует минимальные ресурсы и очень хорошо работает, когда используется для таких целей. Будь то , идентифицирующий провод под напряжением или различение линейного и нейтрального проводов, можно использовать недорогой детектор переменного напряжения. Вы также можете проверить схему детектора обрыва провода с помощью CD4069, которая также работает очень похоже на нашу схему здесь.

Компоненты, необходимые для нашего проекта детектора провода под напряжением

Ниже перечислены компоненты, которые требуются модулю, и вы можете найти их в местном магазине товаров для хобби.

  1. 3 транзистора NPN (BC 547 / 2N2222)
  2. Резистор 220 Ом
  3. Аккумулятор 9 В
  4. Светодиод (LED)
  5. Зуммер
  6. Медная проволока

Электрическая схема и соединения для детектора напряжения переменного тока

Поскольку количество компонентов минимальное, изготовление схемы детектора , находящейся под напряжением, не является очень сложной задачей.Он использует различные компоненты, состоящие из 3 транзисторов NPN, светодиода, резистора 220 Ом, батареи 9 В и медного провода. Антенна подключена к базе первого транзистора NPN ( Q1 ), а эмиттер первого транзистора ( Q1 ) подключен к базе второго передатчика ( Q2 ), образуя пару Дарлингтона (поясняется далее). ). Эмиттер транзистора ( Q2 ) снова подключен к базе транзистора ( Q3 ), который затем действует как переключатель и помогает светодиоду светиться.Коллекторные области транзисторов Q1 и Q2 закорочены и напрямую подключены к положительному выводу батареи 9 В, тогда как коллектор транзистора Q3 подключен к катоду светодиодов ( D1 ) (отрицательному) клемму и анодную (положительную) клемму к одной ноге резистора 220 Ом ( R1 ), другой конец которого также подключен к положительной клемме батареи 9 В.

Работа детектора переменного напряжения

Медный провод скручен, чтобы действовать как антенна, которая обнаруживает любую электромагнитную индукцию вокруг и генерирует сигнал очень низкого уровня.После этого в игру вступает серия транзисторов. Сигнал с антенны, вероятно, в наноамперах поступает на базу транзистора Q1 , где Ic = β × Ib. Поскольку значение Beta ( β ) очень велико (около 110-800), это, в свою очередь, дает нам больший ток коллектора для эмиттера на выходе. Этот процесс повторяется снова, когда эмиттер транзистора Q1 входит в базу транзистора Q2. Следовательно, дальнейшее увеличение текущего уровня Beta ( β) в раза.Транзистор Q3 действует как переключатель и включает светодиод и зуммер, когда ток подается на вывод базы транзистора Q3 .

СОВЕТ: Чувствительность модуля можно изменить, увеличивая или уменьшая размер антенной катушки.

Потребность в нескольких транзисторах (пара Дарлингтона)

пары Дарлингтона также известны как супер-альфа-контуры . 2) × Ib (поскольку 2β очень мало, оно игнорируется)

Тестирование детектора переменного напряжения

Самодельный модуль детектора напряжения переменного тока питается от батареи 9 В, которая затем готова к обнаружению любого напряжения переменного тока.Модуль и антенна перемещаются по проводу под напряжением, и можно видеть, что светодиод светится, а зуммер начинает издавать звуковой сигнал, как показано на изображении ниже, где наша схема расположена рядом с проводом под напряжением, который питает наш RPS.

Электромагнитный сигнал обнаруживается антенной на печатной плате и, следовательно, указывает на то, что это провод под напряжением, и с ним следует обращаться осторожно. Полную работу над этим проектом также можно найти в видео по ссылке внизу этой страницы.

Существует несколько способов создания регулятора напряжения переменного тока, но это, безусловно, самый дешевый из всех. Хотя есть некоторые схемы, которые показывают более высокую эффективность обнаружения и индикации, но используемые компоненты немного дороги по сравнению с нашей конструкцией. Надеюсь, вы узнали что-то новое и получили удовольствие от создания собственного детектора переменного напряжения. Если у вас есть вопросы, оставьте их в разделе комментариев или воспользуйтесь нашим форумом.

Простая схема переключения полевого МОП-транзистора

- Как включить / выключить полевые МОП-транзисторы с N-каналом и P-каналом

МОП-транзистор - это транзистор, который использует полевой эффект. MOSFET расшифровывается как Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor , который имеет затвор. Для простоты вы можете представить эти ворота как водопроводный кран: вы поворачиваете кран против часовой стрелки, вода начинает вытекать из крана, вы вращаете его по часовой стрелке, вода перестает течь из крана. Точно так же напряжение затвора определяет проводимость устройства. В зависимости от этого напряжения затвора мы можем изменить проводимость и, таким образом, использовать его как переключатель или как усилитель, как мы используем транзистор как переключатель или как усилитель.С момента появления силовых полевых МОП-транзисторов в 1980-х годах переключение мощности стало более быстрым и эффективным. Почти во всех современных импульсных источниках питания в качестве переключающих элементов используются те или иные силовые полевые МОП-транзисторы. Полевые МОП-транзисторы предпочтительны из-за их низких потерь проводимости, низких потерь переключения, а поскольку затвор полевого МОП-транзистора сделан из конденсаторов, он имеет нулевой постоянный ток затвора. Итак, в этой статье мы поговорим о различных способах включения и выключения полевого МОП-транзистора и, в конце, мы рассмотрим несколько практических примеров, которые показывают, как это влияет на полевой МОП-транзистор.

В одной из наших предыдущих статей мы обсуждали, что такое MOSFET: его конструкция, типы и работа, вы можете проверить это, если хотите узнать об основах MOSFET.

Основные свойства полевого МОП-транзистора

Подобно биполярному переходному транзистору или BJT , MOSFET представляет собой трехконтактное устройство, три вывода - это GATE, сток и ИСТОЧНИК, а затвор управляет проводимостью между выводами стока и истока.

Технически говоря, полевой транзистор по своей природе двунаправлен, но способ построения силовых полевых МОП-транзисторов на уровне кремния добавляет паразитный антипараллельный диод между стоком и истоком, который заставляет полевой МОП-транзистор проводить, когда напряжение на нем меняется на противоположное, что является что нужно иметь в виду. Большинство схематических символов силовых полевых МОП-транзисторов изображены с изображением паразитного диода. [1]

МОП-транзистор можно рассматривать как регулируемый по напряжению резистор , точно так же, как BJT-транзистор можно рассматривать как источник тока с регулируемым током .Однако, как и у BJT, это свойство не является линейным, то есть сопротивление не уменьшается линейно с приложенным напряжением затвора, как показано на рисунке ниже из таблицы данных популярного IRF3205, в то время как мы говорим о внутреннем сопротивлении. ключевую роль, когда речь идет о внутреннем сопротивлении.

По большей части это не имеет значения, поскольку силовые полевые МОП-транзисторы предназначены для использования в коммутационных приложениях, хотя линейное использование возможно. При использовании MOSFET в качестве переключателя следует учитывать несколько важных моментов.

Напряжение пробоя сток-исток и ток стока:

Это зависит от области применения - мощные полевые МОП-транзисторы доступны с номинальными значениями пробоя от 20 В до 1200 В и токами в диапазоне от миллиампер до килоампер в течение полных шести десятилетий.

Пороговое напряжение затвора:

Это похоже на напряжение база-эмиттер обычного BJT, но с MOSFET это напряжение не так четко определено. Хотя полевой МОП-транзистор может включаться при относительно низком напряжении, он способен пропускать полный ток только при заданном напряжении затвор-исток.Это то, о чем следует быть осторожным, поскольку большинство полевых МОП-транзисторов рассчитаны на 10 В GS . Доступны полевые МОП-транзисторы логического уровня, которые определяют полный ток 4,5 В.

Входная емкость:

Поскольку затвор электрически изолирован от проводящего пути от стока до истока, он образует небольшой конденсатор, который необходимо заряжать и разряжать каждый раз, когда полевой МОП-транзистор включается и выключается. Для силовых полевых МОП-транзисторов эта емкость может составлять от сотен пикофарад до десятков нанофарад.

N-канальные полевые МОП-транзисторы

включаются, когда напряжение затвора на несколько вольт выше истока, номинальные значения для этих напряжений указаны в таблице данных, а напряжение сток-исток указано в положительных вольтах. Ток течет в сток и выходит из источника. МОП-транзисторы с P-каналом включаются, когда напряжение затвора на несколько вольт на ниже источника, а напряжение сток-исток отрицательное. Ток течет в исток и выходит из стока.

Схема переключения простого полевого МОП-транзистора

На рисунке ниже показана простейшая конфигурация полевых МОП-транзисторов с N- и P-каналом.

Затворы MOSFET быстро заряжаются от напряжения питания, включая их. Но что, если ворота остались в покое после включения MOSFET? После того, как питание отключено от ворот, MOSFET все еще остается включенным!

Подобно обычному конденсатору, затвор удерживает свой заряд до тех пор, пока он не будет удален, или пока он не просочится через очень небольшой ток утечки затвора, чтобы избавиться от этого заряда, затвор должен быть разряжен. Это можно сделать, подключив затвор обратно к клемме источника.Но что, если схема управления оставила ворота плавающими? Если паразитные заряды накапливаются в затворе достаточно, чтобы подтолкнуть напряжение затвора к пороговому значению, тогда MOSFET включается непреднамеренно, что может повредить схему дальше по потоку. По этой причине между затвором и истоком часто встречается подтягивающий / подтягивающий резистор , который снимает заряд с затвора всякий раз, когда снимается напряжение затвора. Хорошей практикой является включение подтягивающего / понижающего резистора между затвором полевого МОП-транзистора независимо от типа драйвера.10 КБ - хорошее соотношение цены и качества.

Схема привода затвора и защиты полевого МОП-транзистора

Затвор полевого МОП-транзистора очень чувствителен, поскольку оксидный слой, изолирующий затвор от канала, очень тонкий. Большинство мощных полевых МОП-транзисторов имеют номинальное напряжение затвор-исток всего ± 20 В! По этой причине стабилитрон на затворе является хорошей мерой предосторожности.

Поскольку емкость затвора в сочетании с индуктивностью выводов может привести к появлению звона при переключении, который смягчается добавлением небольшого резистора (около 10 Ом) последовательно с затвором.Окончательная схема затвора полевого МОП-транзистора выглядит как на рисунке ниже.

Затвор полевого МОП-транзистора обычно не потребляет никакого тока (кроме небольшого тока утечки), но при использовании в коммутационных приложениях, где он должен быстро включаться и выключаться, емкость затвора должна быстро заряжаться и разряжаться. Для этого требуется некоторый ток, и в этих случаях необходим драйвер затвора, который может иметь форму дискретной схемы, ИС управления затвором или трансформатора управления затвором.

Мы создали простую схему, чтобы показать, как можно переключать N-канальный MOSFET (левая сторона) и P-канальный MOSFET (правая сторона).Вы также можете посмотреть видео ниже, в котором показано, как включать и выключать полевой МОП-транзистор.

Сноски

МОП-транзистор представляет собой четырехконтактное устройство, четвертый вывод которого является подложкой, которая представляет собой фактическую проводящую кремниевую основу, на которой сделан остальной транзистор. Этот вывод обычно подключается к самой отрицательной шине в цепи (для устройств с N-каналом, то есть, и наоборот для устройств с P-каналом), чтобы он не мешал нормальной работе.Для силовых полевых МОП-транзисторов предполагается, что источник является наиболее отрицательной клеммой (поскольку N-канальные полевые МОП-транзисторы в основном используются на нижней стороне, коммутируя нагрузку на землю), поэтому контакт подложки подключен к источнику. Это создает упомянутый паразитный диод. Если в контакт подложки «сломан», подключение его к самой отрицательной шине гарантирует, что паразитный диод никогда не будет смещен в прямом направлении при нормальной работе.

Введение в основные электронные схемы

Эта статья представляет собой введение в очень простые электронные схемы.Я сделал эту вводную статью максимально простой для читателей, которые плохо знакомы с электроникой.

Рейтинг технической сложности: 6 из 10

В моей предыдущей статье Введение в базовую электронику вы узнали все о различных электронных компонентах. Но для реального использования электронные компоненты должны быть соединены вместе, чтобы образовать электронные схемы.

В этой статье есть несколько уравнений, но пусть они вас не пугают.Все используемые уравнения относительно просты для понимания, и они помогут вам получить более фундаментальное представление об обсуждаемой схеме.

Если вы не отличите конденсатор от диода, обязательно прочтите статью по базовой электронике, ссылка на которую указана выше.

Цепь резистора

Мы начнем с рассмотрения простейшей из возможных схем, а именно схемы, которая включает только источник напряжения и резистор (рис. 1).


Рисунок 1 - Схема простого резистора

Показанный символ источника напряжения представляет собой батарею, но можно заменить любой источник питания постоянного тока.Ток, обозначенный буквой «I» со стрелкой, будет течь от положительной клеммы источника напряжения V1 через провод вниз через R1 и затем в землю.

Самым фундаментальным уравнением во всей электронике является закон Ома. Закон Ома - это простое уравнение, которое показывает, как связаны напряжение, ток и сопротивление. Используя небольшую алгебру, закон Ома можно записать в трех формах:

I = V / R
В = I * R
R = V / I

где I = ток в амперах, V = напряжение в вольтах и ​​R = сопротивление в омах.Например, если V1 = 3 В и R = 1 кОм, протекающий ток будет 3 В / 1 кОм = 3 мА. Как увеличение напряжения, так и уменьшение сопротивления увеличивают протекающий ток.

Резисторный делитель

Следующая схема, которую мы рассмотрим, называется резистивным делителем. Самый простой тип резистивного делителя состоит всего из двух резисторов. Как следует из названия, резисторный делитель обеспечивает простой метод точного деления напряжения.


Рисунок 2- Схема резисторного делителя

Уравнение для расчета выходного напряжения резисторного делителя:

Vout = [R2 / (R1 + R2)] * Vin

Как показывает это уравнение, выходное напряжение пропорционально отношению R1 и R2.

Давайте рассмотрим несколько простых случаев. Часто, когда вы хотите понять математическое уравнение, полезно посмотреть на некоторые из крайних пределов. Это может помочь вам лучше понять уравнение, а также проверить правильность уравнения.

Я собираюсь рассмотреть три различных варианта, которые упростят визуализацию:

Случай № 1: R1 = 0, R2> 0

Если сопротивление R1 становится равным нулю, значит, это короткое замыкание. Это означало бы, что V1 закорочен непосредственно на выход.На самом деле не имеет значения, что такое R2, если только он не короткий.

В этом случае уравнение резисторного делителя упрощается до

Vout = [R2 / (0 + R2)] * Vin
Vout = Vin

Нет деления напряжения, а выходное напряжение просто равно входному.

Случай № 2: R1> 0, R2 = 0

Если R2 = 0 (короткое замыкание) и сопротивление R1 превышает 0 Ом, тогда выход просто закорочен на массу. В этом случае уравнение упрощается следующим образом:

Vout = [0 / (R1 + 0)] * Vin
Выход = 0 * Вин = 0

Случай № 3: R1 = R2

Если уравнять R1 и R2, уравнение упростится до:

Vout = [R2 / (R2 + R2)] * Vin
Vout = [1/2] * Vin

Таким образом, в случае равенства R1 и R2 выходное напряжение резистивного делителя будет ровно половиной входного напряжения.

Цепь конденсатора

Следующая схема, которую мы рассмотрим, - это источник напряжения и конденсатор.


Рисунок 3 - Схема простого конденсатора

Мгновенный ток через конденсатор зависит от скорости изменения напряжения на этом конденсаторе. Уравнение для тока через конденсатор выглядит следующим образом:

i = C * dv / dt

В этом уравнении «i» равно току через конденсатор (строчная буква обычно используется для обозначения мгновенного параметра, который изменяется со временем, а не значения постоянного тока).«C» - это емкость в фарадах, а dv / dt указывает скорость, с которой напряжение на конденсаторе изменяется со временем.

Предположим, что при первом включении источника напряжения оно возрастает с 0 до 3 вольт за 1 секунду. Это будет скорость нарастания (dv / dt) 3 В / с. Чтобы вычислить мгновенный ток конденсатора, вы просто умножаете эту скорость нарастания на емкость.

Когда конденсатор полностью заряжен, он выглядит как разрыв цепи для постоянного тока, поэтому ток не течет.Когда на конденсаторе имеется стабильное постоянное напряжение, коэффициент dv / dt в приведенном выше уравнении становится равным нулю, поскольку напряжение не меняется со временем.

Но вкратце, перед зарядкой конденсатора это выглядит как короткое замыкание (или низкий импеданс). Если вы установите член dt в уравнении 5 равным нулю (для нулевого времени), ток приблизится к бесконечности, что просто означает короткое замыкание.

При первом включении схемы, показанной на Рисунке 3, конденсатор выглядит как короткое замыкание, потому что конденсатор еще не заряжен.На самом деле это не будет настоящее короткое замыкание, потому что источник напряжения, цепь и конденсатор имеют небольшое паразитное сопротивление.

Как только источник напряжения достигнет своего конечного напряжения и конденсатор полностью заряжен, ток перестанет течь (кроме небольшого количества тока утечки). Это связано с тем, что скорость нарастания напряжения (dv / dt) теперь равна нулю.

Ток протекает только тогда, когда источник напряжения нарастает, и это уравнение позволяет рассчитать ток через этот конденсатор во время этого процесса нарастания.

Последовательный конденсатор в сравнении с параллельным

Мы рассмотрим еще две простые конденсаторные схемы, чтобы помочь вам лучше понять, как конденсаторы могут работать.


Рисунок 4 - Конденсатор с двигателем, включенным параллельно

В этой схеме у нас есть источник напряжения, подключенный параллельно конденсатору и двигателю постоянного тока. Двигатель не особо важен для того, что мы здесь обсуждаем, и это может быть что угодно, от микроконтроллера до регулятора напряжения.В этом случае на двигатель подается полное напряжение V1. Как только конденсатор заряжается, весь ток проходит через двигатель.

Теперь, если мы изменим эту схему и вместо того, чтобы подключать двигатель параллельно C1 и V1, давайте соединим их все последовательно.


Рисунок 5 - Конденсатор с двигателем последовательно

В этом случае двигатель может работать очень короткое время, пока источник напряжения нарастает, но как только V1 достигает своего конечного напряжения и C1 заряжается, ток через двигатель не течет.Таким образом, в этой схеме двигатель, скорее всего, не будет работать должным образом.

Диодные схемы

Теперь мы рассмотрим схему, состоящую из последовательно соединенных источника напряжения, резистора и диода. По сути, диод позволяет току течь через него только в одном направлении (если вам нужно напомнить о диодах и транзисторах, см. Введение в базовую электронику).

Прямой диод

Символ диода выглядит как стрелка, указывающая в направлении, в котором может течь ток.Если диод ориентирован в цепи, чтобы позволить току течь через него, тогда этот диод смещен в прямом направлении.


Рисунок 6 - Схема диода с прямым смещением

Если вы хотите рассчитать ток, протекающий через диод, показанный на рисунке 6, вы должны использовать закон Ома. Однако вам нужно сделать что-то немного другое из-за диода.

При прямом смещении диод имеет примерно фиксированное падение напряжения на нем, которое обычно составляет около 0.7V. Но существует много разных типов диодов с немного разными перепадами напряжения. Например, тип диода, называемый диодом Шоттки, имеет падение напряжения, близкое к 0,5 В.

Чтобы рассчитать ток, протекающий в этой цепи, необходимо определить напряжение на R1. Назначение этого резистора - установить и ограничить ток в этой цепи. Самая первая схема, которую мы рассмотрели, имела только источник напряжения и резистор. Источник полного напряжения был приложен к резистору, потому что другой конец резистора связан с землей.

Это не тот случай, потому что этот другой вывод резистора привязан к диоду, а не к земле. Это означает, что падение напряжения на диоде снижает величину напряжения на резисторе. Напряжение на резисторе V1 - 0,7В.

Уравнение для расчета тока для этой цепи:

I = (V1 - 0,7) / R

Например, если источник напряжения 3 В, а сопротивление резистора 1 кОм, то ток будет (3 - 0,7) / 1 кОм = 2.3 / 1к = 2,3 мА

Обратно-смещенный диод

Следующая схема выглядит идентично, за исключением того, что диод направлен в противоположную сторону. Из-за полярности источника напряжения ток снова хочет течь в направлении стрелки, но теперь диод смещен в обратном направлении.


Рисунок 7 - Схема обратного смещения диода

Эту схему действительно легко проанализировать, потому что при обратном смещении диода не будет протекать ток.

Ничто не бывает идеальным, и всегда есть небольшой ток утечки, который проходит через диод с обратным смещением. Кроме того, если V1 превысит максимальное номинальное напряжение обратного смещения диода, диод может выйти из строя, что приведет к протеканию тока.

Светоизлучающий диод (LED)

Рассмотрим еще одну диодную схему. Эта схема похожа на схему диода с прямым смещением, которую мы рассмотрели выше. Однако вместо обычного диода в этой схеме используется особый тип диода, называемый светоизлучающим диодом (LED).

Как следует из названия, светодиод излучает свет, когда через него проходит ток, будучи смещенным в прямом направлении. Светодиод также по-прежнему действует как обычный диод и пропускает ток только в одном направлении.


Рисунок 8 - Простая светодиодная схема

Если вы вставите этот диод в обратном направлении, и он будет смещен в обратном направлении, то ток не будет течь и свет не будет. Количество света, излучаемого светодиодом, зависит от протекающего через него тока, а не от напряжения на нем.

Чтобы рассчитать ток для этой схемы, вы должны сделать то же самое, что и для схемы с прямым смещением, рассмотренной ранее, используя уравнение I = (V1-VD) / R, где VD - напряжение на диоде.

«Академия оборудования предоставляет группу высококвалифицированных инженеров для наставничества и создания условий для процветания. Теперь меня окружают талантливые амбициозные люди, которые любят помогать другим».

- Крис Кристофер (член Академии оборудования)

Имейте в виду, что прямое падение напряжения светодиода может сильно варьироваться в зависимости от цвета светодиода и, вероятно, будет больше 0.7V.

Цепи фильтров

Теперь мы рассмотрим схемы фильтров, предназначенные для пропускания и / или отклонения определенных частот. Фильтры - одна из самых важных и фундаментальных схем, которые имеют почти бесконечное количество применений.

У вас может быть, например, фильтр нижних частот, который пропускает низкочастотные сигналы, но отклоняет более высокие частоты. Фильтр высоких частот делает прямо противоположное. Он пропускает высокие частоты и блокирует низкие частоты.

Полосовой фильтр пропускает только частоты в определенном диапазоне.Наконец, режекторный фильтр будет отклонять частоты в определенном диапазоне и пропускать все частоты за пределами этого диапазона.

Частота измеряется в циклах в секунду или в герцах. Например, человеческий слух достигает примерно 10-20 кГц (10-20 тысяч раз в секунду). С другой стороны, радиосигнал Bluetooth или WiFi колеблется с частотой 2,4 ГГц (2,4 миллиарда раз в секунду).

RC-фильтр нижних частот

Простейший фильтр нижних частот состоит только из резистора и конденсатора и соответственно называется RC-фильтром.


Рисунок 9 - RC-фильтр нижних частот

В этой схеме сигнал поступает в R1, а отфильтрованный выходной сигнал снимается с узла между R1 и C1.

Конденсатор пропускает высокие частоты и блокирует низкие частоты. Таким образом, в RC-фильтре нижних частот низкие частоты будут воспринимать C1 как очень высокий импеданс (разомкнутую цепь), а высокие частоты будут воспринимать конденсатор как низкое сопротивление относительно земли.

В RC-фильтре нижних частот все высокие частоты проходят через C1 на землю.По сути, это удаляет высокочастотные компоненты, а низкие частоты передаются на выход.

Частота среза - это частота, с которой фильтр начинает фильтрацию. Для фильтра нижних частот частоты ниже частоты среза пропускаются, а частоты выше частоты среза отклоняются.

Нет идеального фильтра, и будут некоторые частоты около частоты среза, которые передаются на выход сильно ослабленными (уменьшенными).

Уравнение для расчета частоты среза для RC-фильтра:

F = 1 / (2 * PI * R * C)

Частота среза задается по существу R умноженной на C.Коэффициент R * C обычно называют постоянной времени фильтра.

RC-фильтр высоких частот

Для RC-фильтра верхних частот мы просто меняем местами резистор и конденсатор. Конденсатор по-прежнему имеет высокий импеданс на низких частотах и ​​низкий импеданс на высоких частотах.

Но при перестановке двух компонентов низкие частоты теперь блокируются конденсатором (они не проходят через C1 на выход), тогда как высокие частоты могут проходить на выход.


Рисунок 10 - RC-фильтр верхних частот

Частота среза соответствует тому же уравнению, что и RC-фильтр нижних частот, за исключением того, что теперь пропускаются частоты выше этой частоты среза. Отсюда и название фильтр верхних частот.

LC фильтр нижних частот

Следующим шагом на пути к RC-фильтрам являются LC-фильтры, в которых резистор заменен индуктором. Катушка индуктивности работает прямо противоположно конденсатору. Катушка индуктивности пропускает низкие частоты и блокирует высокие частоты.

Для RC-фильтра резистор просто устанавливает частоту среза. Если резистора нет, частота среза становится бесконечной - это означает, что пропускается каждая частота и никакой фильтрации не происходит. Для простого RC-фильтра только импеданс конденсатора изменяется с частотой и выполняет фильтрацию.


Рисунок 11 - LC-фильтр нижних частот

С другой стороны, в LC-фильтре оба компонента участвуют в фильтрации.В LC-фильтре нижних частот, помимо того, что конденсатор посылает высокие частоты на землю, высокие частоты также блокируются индуктором от достижения выхода.

Таким образом, для низких частот L1 выглядит как короткое замыкание, а C1 как разомкнутая цепь, поэтому эти частоты передаются на выход без ослабления.

Для высоких частот L1 выглядит как разомкнутый, а C1 - как замкнутый на землю, поэтому высокие частоты не будут передаваться на выход.

Уравнение для частоты среза LC-фильтра аналогично RC-фильтру, за исключением того, что вместо простого R * C множитель становится квадратным корнем из L * C.

F = 1 / [2 * PI * SQRT (L * C)]

LC фильтр верхних частот

Так же, как мы сделали для RC-фильтра верхних частот, для LC-фильтра верхних частот мы просто меняем местами индуктивность и конденсатор. Теперь конденсатор блокирует низкие частоты и пропускает высокие частоты, в то время как катушка индуктивности отправляет низкие частоты на землю. Следовательно, на выход будут передаваться только частоты выше частоты среза.


Рисунок 12 - LC-фильтр верхних частот

Заключение

Теперь вы на правильном пути к пониманию основ работы электронных схем.Я намеренно сделал эту вводную статью довольно простой, чтобы не ошеломить вас.

Но эта статья дает вам основу, необходимую для начала изучения более сложных электронных схем. Схемы, которые мы рассмотрели в этой вводной статье, не обладают достаточной независимой функциональностью, но они будут использоваться в качестве строительных блоков в бесчисленных схемах.

В следующей статье мы рассмотрим более сложные схемы, включая некоторые базовые схемы на транзисторах.

Если вам нужна помощь экспертов, которые уже делали все это раньше, обязательно посетите Hardware Academy .

Другой контент, который может вам понравиться:

электронных схем

электронных схем

Электронные схемы


Вот несколько изящных схем, которые вы, возможно, захотите попробовать. Схемы и шаблоны печатных плат являются файлами GIF и могут отображаться по-разному в некоторых браузерах. Возможно, вы захотите сохранить изображения (особенно выкройки печатной платы) на жесткий диск, загрузить их в фоторедактор (Photoshop, Paint Shop Pro, GIMP и т. Д.).) и отрегулируйте размер перед переносом выкройки на доску. Возможны варианты печатных плат. Эта страница постоянно находится в стадии разработки, и время от времени будут появляться новые дополнения. Некоторые из этих схем были разработаны мной, большинство - нет. По возможности я пытался указать автора схемы, но поскольку многие из этих схем взяты из моей личной коллекции, которую я собирал в течение многих лет, эта информация не всегда доступна.

Вы можете ранжировать схемы в зависимости от того, насколько они вам нравятся, щелкая по значкам молний.Эти ранги могут основываться на том, насколько вам нравится схема, работает она или не работает для вас, или насколько полезной вы нашли схему. Кроме того, вы можете добавить свои собственные комментарии внизу каждой схемы, заполнив форму.

Цепи делятся на категории, как указано ниже.

Рядом с некоторыми схемами в этом списке есть маленькие маркеры риска (*), которые дают основную информацию о том, была ли схема разработана, протестирована или модифицирована веб-мастером.

Маркер Описание
* Схема мной не тестировалась. Поэтому я не буду предлагать гарантии, что они будут работать.
* Эта схема была разработана мной.
* Эта схема была разработана не мной, а была изменена мной.

Самые популярные схемы сегодня, вчера и за все время можно найти ниже.

Детальный вид: Вкл. / Выкл.
Контур Автор Просмотры Рейтинг Комментарии Маркер
Драйвер люминесцентной лампы 12VDC 435 209 63 *
3-канальный анализатор спектра 211,137 20
Инвертор люминесцентных ламп 40 Вт Барт Милнс 320 614 60 *
Регулируемый стробоскоп 297 452 36
Черный свет 264 182 29
Цвет (звук) Орган 279 438 36
Электронные кости NEW! 179 862 10 *
Расширитель Fantastic Atom 193 536 25
Триггер ведомого вспышки 210 826 18 *
Infa-Red Пульт дистанционного управления 622 217 216 *
ИК-удлинитель пульта ДУ НОВИНКА! 122 686 2 *
Подавитель ИК-пульта дистанционного управления Карл 252 977 110 *
ИК-пульт дистанционного управления НОВО! 149 744 9 *
ЛАЗЕРНЫЙ передатчик / приемник 400 402 92
Светодиодный охотник 433 873 83 *
Светодиодный метроном NEW! 92 834 3 *
Светодиодный термометр 198 763 22 *
Детектор света / темноты 297 625 90 *
Орган Simple Color 130 344 10 *
Стробоскоп 265 692 27 *
Диммер TRIAC 539 639 55
Детектор воды
Детальный вид: Вкл. / Выкл.
Контур Автор Просмотры Рейтинг Комментарии Маркер
7-сегментный светодиодный счетчик 908 099 214 *
Регулятор скорости двигателя переменного тока 375 232 29 *
Детектор воздушного потока 243,175 54 *
Кодовый замок цифровой клавиатуры 188 417 20
Сигнализация низкого напряжения 218 687 58 *
Pine Racecar Victory Judge 96 053 1 *
Управление двигателем постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией 637 429 94
Датчик дождя 295 844 112 *
Простой детектор лжи 550 083 323
Простой тестер полярности Дадли Леру 156 713 13 *
Простой сервоконтроллер 211 827 22 *
Простой сенсорный выключатель NEW! 161 047 5 *
Простой двухскоростной контактор Контроллер двигателя постоянного тока 196,380 21 *
Контроллер шагового двигателя 729 515 120 *
Реле задержки времени 545 454 88
Реле задержки времени II jawaharlal @ excite.com 235 498 39 *
Сенсорный переключатель 280,434 51 *
Реле с активацией видео 114,154 8 *
Удаление стабилизатора видео / MacroVision Антти Паарлахти 171 055 10 *
с контроллером отстойника / трюмной помпы 144 395 18 *
Тревога контура провода Алекс Миден 197 637 27 *
Детальный вид: Вкл. / Выкл.
Контур Автор Просмотры Рейтинг Комментарии Маркер
Преобразователь постоянного тока с 12 В на 24 В НОВИНКА! 302 278 25 *
Инвертор от 12 В постоянного тока до 120 В переменного тока 1,491,135 689
Преобразователь 6В в 12В 512,325 121
Автоматическое зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В 919,456 248
Автоматический переключатель мощности с измерением нагрузки 157 657 16 *
Автомобильное зарядное устройство 868 595 159 *
Источник питания с двойной полярностью 360 432 84 *
Источник питания с фиксированным напряжением 300 597 52 *
Сильноточный источник питания 325 587 66 *
Высоковольтный сильноточный источник питания 243 458 35 *
Источник питания LASER 284 627 28
Адаптер для портативного CD-плеера для автомобиля 202 765 12 *
Блок питания 725 046 259 *
Твердотельная катушка Тесла НОВИНКА! 136,105 4
Твердотельная катушка Тесла / генератор высокого напряжения 429 064 50
Бестрансформаторный источник питания 452 054 117 *
Преобразователь напряжения 325 015 51 *
Преобразователь напряжения II 192,384 19 *
Детальный вид: Вкл. / Выкл.
Контур Автор Просмотры Рейтинг Комментарии Маркер
Усилитель звука мощностью 22 Вт 574 235 182
FM-передатчик мощностью 3 Вт Rae XL Ткачик 322 497 83 *
Усилитель мощностью 50 Вт 495 642 74
8 Note Tune Player 133,322 12 *
8-ваттный аудиоусилитель 360 178 67 *
Приемник бортовой радиосвязи 265 604 49 *
Crystal Radio 151 659 53 *
Цифровой регулятор громкости 322 393 47 *
Электронный стетоскоп 302 768 142 *
Аудиомикшер на полевых транзисторах 332 246 41
FM-передатчик 982 004 420
Guitar Fuzz Effect 235 379 54 *
Микрофонный микшер Анатолий И.Шихатов 240 827 26 *
Синтезатор моно в стерео или 123 862 18 *
Одноламповый регенеративный радиоприемник NEW! 125 801 4 *
Радио операционный усилитель 374 075 80 *
Однокристальный AM-радио НОВИНКА! 92 411 2 *
Однокристальное FM-радио НОВИНКА! 161 560 1 *
Измеритель уровня звука 331 159 51 *
Ламповый стереоусилитель Уэсли Кинслер 258 274 15 *
Регулировка тона 298 001 31
Орган транзистор 188 998 28

Вернуться на страницу электроники | Напишите мне | Поиск


Все материалы, отмеченные как «мои», являются собственностью Аарона Кейка.Однако вы можете распространять его сколько угодно, с указанием мне или без него. Только не претендуйте на это самостоятельно, и было бы неплохо, если бы вы добавили ссылку на мою страницу. Все остальные материалы являются собственностью их авторов.

Выпускная программа по электронным схемам | Stanford Online

Программа для выпускников электронных схем | Стэнфорд Интернет

Перейти к главной навигации Перейти к основному содержанию

Панировочные сухари:

  1. Программ
  2. Текущая страница программы для выпускников электронных схем

Стэнфордская инженерная школа


Обзор

Программа для выпускников «Электронные схемы» предлагает комплексную программу по проектированию современных электронных схем.Проектирование аналоговых, смешанных сигналов, радиочастот и цифровых схем рассматривается в серии курсов, посвященных вопросам и компромиссам, связанным с широко используемыми системами. Программа основывается на понимании физики полупроводниковых устройств и базовой теории схем на уровне бакалавра. Кроме того, он предлагает различные факультативные курсы по физике полупроводников и производству, чтобы привить глубокое понимание всех процессов, связанных с воплощением современной интегральной схемы в жизнь.

Вы узнаете

  • Глубокое понимание современной схемотехники
  • Проектирование широкополосных и малошумящих усилителей, смесителей, генераторов, усилителей мощности, преобразователей данных и фильтров в непрерывном и дискретном времени, а также цифровых схемных блоков с использованием передовых инструментов проектирования CAD и EDA.
  • Перспектива, сочетающая глубину анализа с интуицией в дизайне
  • Новейшие методологии проектирования, использующие реальные проблемы проектирования, такие как широкополосное усиление и аналого-цифровое преобразование.
  • Использование современных технологий CMOS и BJT (HBT)

Кому следует подавать заявление

  • Практики схемотехники, заинтересованные в повышении своих навыков в области аналогового, радиочастотного и цифрового проектирования
  • Инженеры по устройствам, приложениям и системам, заинтересованные в переориентации своей карьеры на проектирование схем
  • Исследователи в области естественных наук, заинтересованные в понимании основ и ограничений, встречающихся в электронных системах

Получение сертификата

  • Получение сертификата об окончании Стэнфордского университета в области электронных схем
  • Начать программу в любой академической четверти, в которой предлагается соответствующий курс, при соблюдении предварительных условий
  • Пройдите курсы для получения кредита и оценки
  • Минимум 2 пройденных курса должны быть 300 уровня
  • Получите B (3.0) или лучше в каждом курсе
  • Примечание: EE310 - это необязательный рекомендуемый семинар, кредит не будет засчитан в программу.

Предварительные требования

  • Базовое знакомство с работой PN-переходов, полевых МОП-транзисторов и биполярных транзисторов.
  • Знакомство с концепциями законов Кирхгофа, аппроксимации слабого сигнала, частотной характеристики, преобразований Лапласа, графиков Боде и основ обратной связи.
  • Математика и физика на уровне колледжа.
  • Присуждается степень бакалавра со средним баллом 3 по бакалавриату.0 или лучше.

Заявка

Чтобы продолжить обучение в магистратуре, вам необходимо подать заявление.

Подать заявку

Стоимость обучения

Стоимость обучения зависит от количества единиц, которые вы берете. Дополнительную информацию см. В разделе «Обучение на аспирантуре » на нашей странице «Стоимость обучения и сборы».

Срок выполнения сертификата

В среднем 1-2 года
Максимум 3 года на заполнение

Вопросы

Отправьте запрос, чтобы получить дополнительную информацию.

Спонсоры / партнеры

Спонсор факультета

Борис Мурманн, доцент кафедры электротехники, лаборатория интегральных схем

Обязательные курсы (полные 3)

Курсы по выбору (полные 1)

Реконфигурируемые электронные схемы для управления магнитными полями с помощью структурированного света

  • 1.

    Дюпон, Э., Коркум, П. Б., Лю, Х. К., Бьюкенен, М., Василевкси, З. Р. Фазоуправляемые токи в полупроводниках. Phys. Rev. Lett. 74 , 3596–3599 (1995).

    ADS Статья Google ученый

  • 2.

    Атанасов, Р., Хаше, А., Хьюз, Дж. Л. П., ван Дриэль, Х. М. и Сайпе, Дж. Э. Когерентное управление инжекцией фототока в объемных полупроводниках. Phys. Rev. Lett. 76 , 1703–1706 (1996).

    ADS Статья Google ученый

  • 3.

    Хаше А., Сайпе Дж. Э. и ван Дриель Х. М. Квантовое интерференционное управление электрическими токами в GaAs. IEEE J. Quantum Electron. 34 , 1144–1154 (1998).

    ADS Статья Google ученый

  • 4.

    Остон Д. Х. Пикосекундная оптоэлектронная коммутация и стробирование в кремнии. Прил.Phys. Lett. 26 , 1144–1154 (1998).

    Google ученый

  • 5.

    Остон Д. Х. Сверхбыстрая оптоэлектроника. Верх. Прил. Phys. 60 , 183–233 (1988).

    Google ученый

  • 6.

    Белиничер В. И., Стурман Б. И. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии. Сов. Phys. Усп. 23 , 199–223 (1980).

    ADS Статья Google ученый

  • 7.

    Чой, Т., Ли, С., Чой, Ю. Дж., Кирюхин, В., Чеонг, С.-В. Переключаемый сегнетоэлектрический диод и фотоэлектрический эффект в BiFeO 3 . Наука 324 , 63–66 (2009).

    ADS Статья Google ученый

  • 8.

    Коте Д., Ламан Н. и ван Дриель Х. М. Выпрямительные и сдвиговые токи в GaAs. Прил. Phys. Lett. 80 , 905–907 (2002).

    ADS Статья Google ученый

  • 9.

    Schiffrin, A. et al. Ток, индуцированный оптическим полем в диэлектриках. Nature 493 , 70–74 (2013).

    ADS Статья Google ученый

  • 10.

    Хигучи, Т., Хейде, К., Ульманн, К., Вебер, Х. Б. и Хоммельхофф, П. Управляемые световым полем токи в графене. Nature 550 , 224–228 (2017).

    ADS Статья Google ученый

  • 11.

    Sederberg, S. et al. Аттосекундное оптоэлектронное измерение поля в твердых телах. Нат. Commun. 11 , 430 (2020).

    ADS Статья Google ученый

  • 12.

    Форбс, А. Моделирование электрических токов с помощью структурированного света. Нат.Фотон. 14 , 656–657 (2020).

    ADS Статья Google ученый

  • 13.

    Шапиро М. и Брумер П. Квантовое управление молекулярными процессами (Wiley, 2012).

  • 14.

    Rubinsztein-Dunlop, H. et al. Дорожная карта по структурированному свету. J. Opt. 19 , 013001 (2017).

    ADS Статья Google ученый

  • 15.

    Ю. Н. и Капассо Ф. Плоская оптика с дизайнерскими метаповерхностями. Нат. Матер. 13 , 139–150 (2014).

    ADS Статья Google ученый

  • 16.

    Жан, В. Цилиндрические векторные пучки: от математических понятий к приложениям. Adv. Опт. Фотон. 1 , 1–57 (2009).

    Артикул Google ученый

  • 17.

    Форбс, А., де Оливейра М. и Деннис М. Р. Структурированный свет. Нат. Фотон. 15 , 253–262 (2021).

    ADS Статья Google ученый

  • 18.

    Hassan, M. T. et al. Оптические аттосекундные импульсы и отслеживание нелинейного отклика связанных электронов. Nature 530 , 66–70 (2016).

    ADS Статья Google ученый

  • 19.

    Хаммонд, Т. Дж., Вильнев, Д. М. и Коркум, П. Б. Создание и управление полупериодными переходными процессами электрического поля в ближней инфракрасной области. Optica 4 , 826–830 (2017).

    ADS Статья Google ученый

  • 20.

    Sederberg, S. et al. Векторизованный оптоэлектронный контроль и метрология в полупроводнике. Нат. Фотон. 14 , 680–685 (2020).

    ADS Статья Google ученый

  • 21.

    Fickler, R. et al. Квантовая запутанность больших угловых моментов. Наука 338 , 640–643 (2012).

    ADS Статья Google ученый

  • 22.

    Wang, J. et al. Передача данных в терабитном свободном пространстве с использованием мультиплексирования орбитального углового момента. Нат. Фотон. 6 , 488–496 (2012).

    ADS Статья Google ученый

  • 23.

    Бхат Р. Д. и Сайпе Дж. Э. Оптически введенные спиновые токи в полупроводники. Phys. Rev. Lett. 85 , 5432–5435 (2000).

    ADS Статья Google ученый

  • 24.

    Батсон, П. Э., Деллби, Н. и Криванек, О. Л. Разрешение по субангстрему с использованием электронной оптики с коррекцией аберраций. Nature 418 , 617–620 (2002).

    ADS Статья Google ученый

  • 25.

    Эрни, Р., Росселл, М. Д., Киселовски, К. и Дахмен, У. Получение изображений с атомным разрешением с помощью электронного зонда с размером менее 50 мкм. Phys. Rev. Lett. 102 , 096101 (2009).

    ADS Статья Google ученый

  • 26.

    Кондратенко А.М., Салдин Е.Л. Генерация когерентного излучения релятивистским электронным пучком в ондуляторе. Дет. Accel. 10 , 207–216 (1980).

    Google ученый

  • 27.

    Мерфи Дж. Б. и Пеллегрини К. Лазеры на свободных электронах для XUV-области спектра. Nucl. Instrum. Методы Phys. Res. А 237 , 159–167 (1985).

    ADS Статья Google ученый

  • 28.

    Fiederling, R. et al. Инжекция и детектирование спин-поляризованного тока в светодиодах. Nature 402 , 787–790 (1999).

    ADS Статья Google ученый

  • 29.

    Зутич И., Фабиан Дж. И Сарма С. Д. Спинтроника: основы и приложения. Ред. Мод. Phys. 76 , 323–410 (2004).

    ADS Статья Google ученый

  • 30.

    Ругар, Д., Будакян, Р., Мамин, Х. Дж. И Чуй, Б. У. Детектирование одиночного спина с помощью магнитно-резонансной силовой микроскопии. Nature 430 , 329–332 (2004).

    ADS Статья Google ученый

  • 31.

    Притчард Д. Э. Охлаждение нейтральных атомов в магнитной ловушке для прецизионной спектроскопии. Phys. Rev. Lett. 51 , 1336–1339 (1983).

    ADS Статья Google ученый

  • 32.

    Mühlbauer, S. et al. Решетка скирмионов в киральном магните. Наука 323 , 915–919 (2009).

    ADS Статья Google ученый

  • 33.

    Leitenstorfer, A., Fürst, C., Laubereau, A. & Kaiser, W. Фемтосекундная динамика носителей заряда в GaAs вдали от равновесия. Phys. Rev. Lett. 76 , 1545–1548 (1996).

    ADS Статья Google ученый

  • 34.

    Седерберг, С., Конг, Ф. и Коркум, П. Б. Терагерцовые магнитные импульсы в масштабе Тесла. Phys. Ред. X 10 , 011063 (2020).

    Google ученый

  • 35.

    Валовски, Дж. И Мюнценберг, М. Сверхбыстрый магнетизм и ТГц спинтроника. J. Appl. Phys. 120 , 140901 (2016).

    ADS Статья Google ученый

  • Почему в электронных схемах используется постоянный ток вместо переменного?

    Почему в электронных устройствах используется источник постоянного тока вместо переменного тока?

    Следует уточнить, что не все электронные устройства, компоненты и схемы используют только источник постоянного тока, но также и переменный ток.Если говорить о логических схемах и ИС (интегральных схемах), да, они используют только постоянный ток. Короче говоря, это зависит от потребностей и целей электронной схемы, используем ли мы переменный или постоянный ток. Посмотрим как.

    Ниже приведены сценарии, в которых мы используем как переменный, так и постоянный ток в электронных схемах, и почему большинство электронных схем используют только источник постоянного тока.

    Переменный ток в электронных схемах
    • В случае LC (резонансная цепь резервуара или схема настройки) сигнал постоянного тока преобразуется в сигнал переменного тока с помощью конденсатора и индуктора (где мы знаем, что конденсатор блокирует постоянный ток, но пропускает переменный ток) который может дополнительно подаваться на схему ограничения или усилитель для усиления или изменения формы сигнала в соответствии с потребностями схемы.
    • В фильтрах используются конденсаторы и катушки индуктивности для удаления пульсаций от источника переменного или пульсирующего постоянного тока, чтобы преобразовать его в чистый источник постоянного тока.
    • Выпрямители (которые содержатся на диодах) используются для преобразования входного источника переменного тока в пульсирующий источник постоянного тока, и этот процесс известен как выпрямление.
    • При усилении смещенный транзистор может использоваться в качестве усилителя с входными сигналами переменного тока.

    Из приведенного выше обсуждения ясно видно, что в электронной схеме также используется переменный ток, а не только постоянный ток.

    Почему в большинстве электронных схем используется только постоянный ток?

    Ниже приведены причины, по которым мы используем источник постоянного тока в электронных схемах вместо переменного тока.

    Мы знаем, что основной принцип работы логических вентилей основан на «двоичных» состояниях, которые равны «1» (ВКЛ) и «0» (ВЫКЛ).

    В микросхемах, микропроцессорах и цифровых компьютерах им требуется чистый постоянный ток без пульсаций в качестве входного сигнала для генерации цифрового двоичного сигнала (высокого или низкого) для работы ВКЛ / ВЫКЛ, что возможно только с источником постоянного тока.

    Это было бы сложно в случае переменного тока, поскольку он меняет свое направление и значение несколько раз в секунду из-за частоты. (50 Гц в Великобритании и 60 Гц в США). Это означает, что входной сигнал переменного тока, который может изменяться 50 или 60 раз в секунду, будет генерировать множество сигналов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», что вредно для работы схемы. Кроме того, в случае зашумленных сигналов переменного тока процессор не сможет решить, какой сигнал является выключенным или включенным.

    • Однонаправленные компоненты:

    Электронную инженерию невозможно представить без транзистора.Транзистору требуется смещение постоянного тока, то есть для нормальной работы положительный сигнал подается на базу транзистора. В случае подачи переменного тока на транзистор или диод, он может не работать должным образом как постоянный для нормальной работы, но обеспечить непрерывную операцию переключения из-за множества положительных и отрицательных сигналов переменного тока (из-за частоты) и даже взорваться, если входное напряжение высокие.

    Для конкретных целей, таких как усиление и выпрямление, смещенный транзистор и диод могут использоваться в качестве усилителя и полуволнового выпрямителя соответственно, но это не всегда так в схемотехнике.Короче говоря, переменный ток не поддерживает однонаправленный ток, когда нам необходимо постоянное и установившееся напряжение для большинства электронных компонентов.

    Почти все современные электронные устройства (мобильные, портативные, цифровые часы и т. Д.) Используют батареи для хранения и резервного копирования, когда мы знаем, что батареи не могут хранить переменный ток, а только постоянный ток.

    Это точные причины, по которым большинство современных электронных схем, устройств и компонентов используют постоянный ток вместо переменного тока.

    Полезно знать: мощность одинакова для сигналов переменного и постоянного тока i.е. При подключении к тому же нагревательному элементу 5 В переменного тока будет генерировать такое же количество тепла, что и 5 В постоянного тока (среднеквадратичное значение).

    Другие причины :

    Постоянный ток намного легче контролировать, точнее и легче распространять, чем сигнал постоянного тока.

    Если мы будем использовать переменный ток в большинстве электронных схем вместо постоянного тока,

    • Это создаст дополнительную работу для простой обработки фазового сдвига между сигналами.
    • Питать их от батареек будет сложнее.
    • Вы теряете часть мощности, когда напряжение пересекает 0.
    • Если у вас одна фаза, у вас пульсирующая мощность.
    • Вам нужно адаптировать частоты, если вы ожидаете, что они будут работать вместе.
    • А спроектировать хорошее заземление было бы кошмаром.

    Похожие сообщения:

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *