«Электроника и основы схемотехники» - Курсовая

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технической кибернетики

Генератор линейно изменяющегося напряжения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине ‘Электроника’

Выполнил:

студент группы Т28-219

Андреяшкин И. В.

Проверила:

Алексеева А.Н.

Генератор линейно изменяющегося напряжения 1

Вводная часть. 4

Теоретическая часть. 5

Проработка научно-технической литературы и обоснование выбора. 13

Техническое задание 16

Выбор принципиальной схемы генератора линейно-изменяющегося напряжения 17

R3 17VD1 17VT2 17Uвых 17C1 17VT1 17C2 17R2 17

Расчет принципиальной схемы генератора линейно - изменяющегося напряжения 18

Заключение 26

Список литературы 27

Вводная часть.

Курсовая работа по дисциплине «Электроника и основы схемотехники». Содержит выбор, обоснование и расчет генератора линейно-изменяющегося напряжения. При проектировании было использовано восемь источников. Электрическая структурная и электрическая принципиальная схемы устройства прилагаются.

Теоретическая часть.

Генераторы импульсов

Генератор одиночных импульсов (ждущий мультивибратор). Ждущий мультивибратор называют также одновибратором. Одновибраторы предназначены для вырабатывания одиночных импульсов с заданной длительностью. При этом длительность запускающего импульса особой роли не играет, лишь бы она была не больше длительности вырабатываемого одновибратором импульса, т.е. tи зап

В исходном состоянии на выходе элемента Э2 имеется уровень “1”, а на выходе элемента Э1- “0”, так как на обоих его входах имеется “1”(запускающие импульсы представляют отрицательный перепад напряжения). При поступлении на вход запускающего отрицательного перепада напряжения на выходе первого элемента появится уровень “1”, т.е. положительный скачок, который через конденсатор С поступит на вход второго элемента. Элемент Э2 инвертирует этот сигнал и уровень “0” по цепи обратной связи подается на второй вход элемента Э1. На выходе элемента Э2 поддерживается уровень “0” до тех пор, пока не зарядится конденсатор С до уровня Uc пор = U1 - Uпор, а напряжение на резисторе R не достигнет порогового уровня Uпор (рис. 1, б). Длительность выходного импульса одновибратора может быть определена с помощью выражения , где Rвых - выходное сопротивление первого элемента. Uпор - пороговое напряжение логического элемента.

Несимметричный мультивибратор.

На базе логических элементов можно построить различные генераторы импульсов. Наиболее широкое применение в цифровых устройствах нашли два типа - несимметричный и симметричный мультивибраторы. В несимметричном мультивибраторе (рис. 2, а) резистор R выводит в усилительный режим первый инвертор, а выходное напряжение этого инвертора должно удерживать в режиме усиления второй инвертор. Положительная обратная связь через конденсатор С вызовет мягкое (не нуждающееся в первоначальном толчке) самовозбуждение автоколебательного релаксационного процесса. Период Т импульсов, вырабатываемых мультивибратором, определяется в первом приближении постоянной времени t = RC (Т = а t, где а обычно имеет значение 1...2). Частоту следования импульсов можно оценить (с точностью до 10 %) из выражения f = 1/2RC.

Симметричный мультивибратор.

Схема симметричного мультивибратора показана на рис.2, б. Симметричность выходных импульсов может быть достигнута при выполнении условий: R1 = R2; C1 = C2. Период следования импульсов Т определяется как сумма двух времен заряда конденсаторов, т.е. Т = tзар1 + tзар2 , где tзар1 = t1 ln(U1/Uпор); tзар2 = t2 ln(U1/Uпор). Значения t1 и t2 определяются с учетом выходных сопротивлений инверторов Rвых Э1, Rвых Э2 t1 = С1 (R2 + Rвых Э1) t2 = С2 (R1 + Rвых Э2). Частота следования выходных импульсов симметричного мультивибратора определяется из соотношения:

Генераторы линейно изменяющего напряжения (ГЛИН).

ГЛИН представляют собой электронные устройства, выходное напряжение которых в течение некоторого времени изменяется по линейному закону. Часто такое напряжение меняется периодически. В этом случае ГЛИН называется генератором пилообразного напряжения (ГПН) или генератором напряжения треугольной формы (рис. 3, а, б). Если напряжение меняется от минимального значения к максимальному (по абсолютной величине), то его называют линейно-нарастающим напряжением. Если меняется от максимального значения к минимальному - линейно-падающим. ГЛИН нашли широкое применение в отклоняющих системах осциллографов, телевизоров, в радиолокации, в преобразователях “напряжение-временной интервал”, широтно-импульсных модуляторах и т.д.

ГЛИН строятся на принципе заряда и разряда конденсатора. Схема простейшего ГПН, работающего по принципу заряда конденсатора, показана на рис. 3, в. Она состоит из времязадающего конденсатора С, резистора Rк и транзисторного ключа VT1. На вход транзисторного ключа подается последовательность прямоугольных импульсов с заданным интервалом между импульсами и длительностью (рис. 3, г). Когда на базе транзистора нулевое напряжение (промежуток времени между импульсами), транзистор закрыт и происходит заряд конденсатора через резистор Rк. Если постоянная времени цепи Rк C достаточно большая, т.е. существенно больше периода следования прямоугольных импульсов, напряжение на конденсаторе нарастает линейно. Заряд конденсатора продолжается до поступления импульса, открывающего транзистор VT. Когда транзистор открывается, начинается процесс разряда конденсатора. Интервал времени между отпирающими импульсами должен быть достаточным для полного разряда конденсатора С. Напряжение на конденсаторе изменяется по закону: , где t = RC - постоянная времени цепи, состоящей из Rк и С; t - текущее значение времени, когда t=0, Uс = Еп(1- 1) = 0. Известно, что функцию ех можно представить в виде степенного ряда . Для значений Х<<1 функцию можно определить первыми двумя членами ряда ех = 1+Х, тогда, используя это выражение для случая заряда конденсатора при t<, где t/t <<1. Очевидно, что в случае использования этого процесса в ГПН, t = tи = tзар; t = Rк С, тогда . Линейно изменяющееся напряжение Uc (t) характеризуется рядом параметров: - длительностью прямого хода tпр, т.е. временем, в течение которого конденсатор заряжается через сопротивление Rк до напряжения Uc; - длительностью обратного хода to (время восстановления) - это время, в течение которого происходит разряд конденсатора; - периодом повторения линейно изменяющегося напряжения (пи-лообразных импульсов) T = to + tпр; - амплитудой пилообразных импульсов Um; - коэффициентом нелинейности g. Одним из самых важных параметров ГЛИН является коэффициент нелинейности. Для определения g воспользуемся известным утверждением, что линейная функция характеризуется постоянством производной во всех её точках, поэтому отклонение от линейного закона можно оценить коэффициентом нелинейности. Нелинейность определяется максимальным отклонением реальной формы сигнала от идеальной линейной формы. Коэффициент нелинейности находят как отношение изменений производных функции в начале и в конце процесса нарастания . Учитывая, что dUc/dt = ic/C, где ic - ток заряда конденсатора, можно получить удобное для расчетов выражение , где iн - ток заряда конденсатора в начале процесса (импульса); iк - ток заряда к моменту окончания импульса. Если пренебречь обратным током транзистора и током утечки конденсатора iн можно определить как iн = Еп / Rк. В конце импульса напряжение, заряжающее конденсатор С, будет меньше напряжения источника питания на величину Um, следовательно, ток в конце будет определяться как iк = (Еп - Um) / Rк. Так как при tпр < . Простейший генератор линейного напряжения характеризуется также коэффициентом использования напряжения источника питания x = Um / Eп. Если подставить значение Um в выражение для коэффициента использования напряжения источника питания, получим x = . Из полученного выражения для коэффициента нелинейности следует, что чем лучше линейность пилообразного напряжения, тем меньше амплитуда напряжения ГЛИН. Например, если напряжение источника питания 10 В, для получения коэффициента нелинейности g = 1 % амплитуда напряжения импульсов ГПН не должна превышать 0,1 В. Для повышения коэффициента использования напряжения питания при малых значениях коэффициента нелинейности применяются стабилизаторы постоянного тока (ГСТ). Действительно, из выражения для g видно, что при обеспечении постоянства тока заряда (для линейно падающего напряжения - тока разряда) iн = iк, следовательно ®g0. Схема простого генератора пилообразного напряжения со стабилизатором тока в цепи разряда конденсатора показана на рис. 4, а. Заряд конденсатора осуществляется через транзистор VT1 и сопротивление Rк. За время заряда напряжение на конденсаторе достигает практически напряжения источника питания. Когда приходит на базу транзисторов нулевой уровень, первый транзистор закрывается, а транзистор VT2 переходит в режим генератора стабильного тока (ГСТ) и через него протекает стабильный постоянный ток разряда конденсатора (рис. 4, б).

При определении коэффициента нелинейности импульсов этого генератора пилообразного напряжения необходимо учитывать влияние сопротивления нагрузки Rн на процесс разряда конденсатора. Ток через сопротивление нагрузки обусловлен напряжением на конденсаторе и в конце разряда он равен нулю, так как к концу разряда Uc = 0. С учетом высказанных соображений можно получить выражение для коэффициента нелинейности ГПН с генератором стабильного тока. . Из полученного выражения следует, что для уменьшения g желательно использовать высокоомные нагрузки или же уменьшать амплитуду импульса сигнала.

Проработка научно-технической литературы и обоснование выбора.

Существующая литература по генераторам линейно-изменяющегося напряжения весьма многочисленна и может быть разделена на три группы. Во-первых, это учебно-справочная литература по импульсной технике, в которой описаны лишь основные классические схемы генераторов линейно-изменяющегося напряжения чаще всего ориентированные в основном на устаревшую элементную базу и характеризующуюся узкими функциональными возможностями. Во-вторых – это научно - техническая литература в которой в которой рассматриваются генераторы линейно-изменяющегося напряжения специального применения, например, в телевидении. К третьей группе можно отнести периодическую печать, описания к авторским свидетельствам и патентам, другие узко специализированные издания, пользование которыми затруднено. Одним из наиболее полезных источников при рассмотрении данной темы является справочник Б. С. Гершунский “Справочник по расчету электронных схем ”, в котором приведены сведения о расчете наиболее распространенных современных схем генераторов линейно-изменяющегося напряжения, а также изложены основные этапы проектирования электронных устройств. В учебном пособии для вузов “Электроника ” есть широкий выбор схем, рассмотрены основы теории электронных схем, но этот источник характеризуется достаточно строгим изложением основных положений электроники. Бондарь В А “Генераторы линейно-изменяющегося напряжения ”. В этой книге приводится классификация генераторов линейно изменяющегося напряжения. Рассмотрены генераторы с положительной, отрицательной и комбинированными обратными связями, а также схемы с независимой компенсацией нелинейности, выполненные на современной элементной базе. Излагается методика инженерного расчета, даются рекомендации по выбору типов используемых элементов. В следующем источнике – Хоровиц П., Хилл У.”Искусство схемотехники ”приведены наиболее интересные технические решения, внимание читателя сосредотачивается на тонких аспектах проектирования и применения электронных схем. Он посвящен быстро развивающимся областям электроники и характеризуется многообразием электронных схем. Справочник Четвертков, Дубровский, Иванов “Резисторы” 1991г содержит основные электрические и эксплуатационные характеристики резисторов. Даны рекомендации по выбору и применению резисторов в аппаратуре. Основное внимание уделено новым типам резисторов, представляющих широкие серии по диапазонам номинальных сопротивлений, мощностей и другим параметрам. Справочное пособие А И Аксенов, А В Нефедов “Резисторы. Конденсаторы ”; 2000г представляет собой систематизированные в табличной форме информационно–справочные материалы по параметрам и характеристикам резисторов и конденсаторов от условного обозначения до иллюстраций корпуса прибора. Для удобства поиска конкретного типа изделия справочник содержит алфавитный указатель всех изделий с указанием страниц где размещена информация на указанное изделие. В справочном пособии А И Аксенова, А В Нефедова “Отечественные полупроводниковые приборы ” 2000г данные систематизированы в табличной форме в алфавитно-цифровой последовательности по основным электрическим параметрам и конструкторскому исполнению на отечественные транзисторы. Характеризуется удобной формой поиска и восприятия информации. При оформлении курсового проекта были использованы “Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов для студентов специальностей 210300 – “Роботы и робототехнические системы”, 220200–“Автоматизированные системы обработки информации и управления”, 210100- “Управление и информатика в технических системах”/УГАТУ, Валеева Р. Г, Старцев Ю В, 1997.Названы далеко не все источники литературы по генераторам линейно-изменяющегося напряжения. Но даже этот список дает возможность представить широкий спектр литературы по данному вопросу.

Техническое задание

Спроектировать генератор линейно – изменяющегося напряжения со следующими параметрами:

время прямого хода t р =30 мкс; время обратного хода t о =20 мкс; амплитуда Umax = 9 В;

- коэффициент нелинейности  =0,4% В результате расчетов определить параметры элементов схемы генератора.

Выбор принципиальной схемы генератора линейно-изменяющегося напряжения

Генератор пилообразного напряжения построим по схеме, приведенной на рисунке 1. Обозначения соответствуют схеме электрической принципиальной 5093.036000.000 Э3.

R3

VD1

VT2

R1

Uвых

C1

VT1

C2

R2

Рисунок 1 – схема электрическая принципиальная генератора пилообразного напряжения

Данная схема отличается тем, что в ней коэффициент нелинейности будет минимальным, так как стабилитрон VD1 фиксирует напряжение база-эмиттер транзистора VT2. В связи с этим ток коллектор-эмиттер транзистора VT2 будет постоянным. Полная принципиальная электрическая схема устройства приведена в документе 5093.036000.000 Э3.

Расчет принципиальной схемы генератора линейно - изменяющегося напряжения

В качестве разделительного конденсатора С1 возьмем алюминиевый оксидно-электролитический конденсатор К50-9-30В-10 мкФ.В качестве элемента VT1 возьмем транзистор КТ3108Б p n p, ВЧ, со следующими параметрами: = 50 – 100;I к max = 200 мА;U кб max = 45 В;U кэ max = 45 В;U бэн = 0,6 В;I кбо = 0,2 мкА.Рассчитаем конденсатор С2 в генераторе пилообразного напряжения.Ток разряда конденсатора С2 равен:

; (1)Максимальный ток разряда конденсатора С2:

200 мА;Емкость конденсатора С2:

; (2)Ф.В качестве С2 возьмем керамический монолитный конденсатор К10-47-50В-0,44 мкФ.Ток заряда конденсатора С2 вычисляется по формуле:

; (3)

=0,13 А.Для того чтобы конденсатор C2 успевал разрядиться за время обратного хода t o сопротивление транзистора VT1 должно быть равно:

; (4)

=15.15 Ом.Конденсатор С2 успеет разрядиться, так как транзистор VT1 во время разряда С2 находится в насыщенном состоянии, в котором сопротивление транзистора равно единицам ОМ.Расчет резистора R1 осуществляется следующим образом:

; (5)Ток I R 1 протекающий через резистор R1:

; (6)

8 мА.Из формулы (5) находим значение резистора R1:

кОм.Из ряда номиналов Е 24 выбираем значение R1=2 кОм.Мощность, рассеиваемая на резисторе R1:

; (7)

=0,128 Вт.В качестве элемента R5 возьмем резистор МЛТ-0,25-2к0,5.В качестве VT2 выбираем транзистор КТ315А npn , ВЧ со следующими параметрами: = 50-350;I к max = 100 мА;U кэ max = 25 В;U кэн = 0,4 В;U бэн = 1,1 В.Для поддержания транзистора VT2 в открытом состоянии необходимо чтобы напряжение U кэ было больше U кэн. Амплитуда напряжения на конденсаторе С2 U С4 = 10 В. Возьмем напряжение U кэ = 2 В, тогда напряжение на резисторе R3 равно:U R 3 =Е к – (U кэ +U С2); (8)U R 3 =16- (2 + 10) = 4 В.Произведем расчет резистора R3:

; (9)

Oм.Из ряда номиналов Е24 выбираем резистор R3= 170 Ом.Мощность, рассеиваемая на резисторе R3:

; (10)

Вт.В качестве элемента R3 выбираем резистор МЛТ-0,125-1700,5% .Транзистор VT2 будет открыт, если U БЭ  U БЭН в схеме U БЭ VT 2 = 1,5 В.Напряжение стабилизации стабилитрона V1 находим из условия:U ст = U R 3 + U БЭ VT 2 ; (11)U ст = 4+1,5=5,5 В.Выберем стабилитрон 2С210А со следующими параметрами:U ст = 9 – 10,5;I ст min =3 мА;I ст max =15 мА;r д = 15 Ом;I ст = 5 мА.Расчет резистора R2 осуществляется следующим образом:

; (12)Напряжение U R 2 определяется как разность напряжения питания Е К и напряжения стабилизации U СТ:U R2 = Е К - U СТ; (13)U R2 =16-5,5= 10,5 В.Из формулы (12) найдем значение R2:

= 2100 Ом.Из ряда номиналов Е24 резистор R2=2200 Ом.Мощность, рассеиваемая на R2:

; (14)

=0,05 Вт.Выбираем резистор МЛТ-0,125-680- 0,5% .Расчет коэффициента нелинейности генератора пилообразного напряжения осуществляется из следующего условия:

*100%; (15)Для расчета R выхэ построим схему замещения транзистора VT2.

Учебное пособие. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Гелиос АРВ, 2004 - 336 с.
Цепи, сигналы, электроника и схемотехника.
Ток, напряжение, мощность и энергия.
Элементы электрических цепей и их уравнения.
Электрическая цепь и уравнения соединений.
Цепи при гармоническом воздействии.
Гармоническое колебание и комплексная амплитуда.
Уравнения элементов в комплексной форме.
Уравнения соединений в комплексной форме.
Мгновенная, активная, полная и реактивная мощности.
Методы анализа сложных электрических цепей.
Особенности анализа сложных цепей.
Метод узловых напряжений.
Метод контурных токов.
Четырехполюсники, фильтры и длинные линии.
Четырехполюсники.
Электрические фильтры.
Длинные линии и телеграфные уравнения.
Коэффициент отражения, стоячие и смешанные волны.
Сигналы и их спектры.
Линейные пространства сигналов и понятие спектра.
Ряд Фурье и вейвлет-преобразование.
Интеграл Фурье, непрерывное вейвлет-преобразование и преобразование Лапласа.
Преобразование сигналов в линейной цепи.
Модулированные сигналы и их спектры.
Свойства линейных цепей.
Полупроводниковые приборы.
Электронно-дырочный переход и полупроводниковые.
диоды.
Биполярные транзисторы.
Электронные усилители и преобразователи сигналов.
Три основные схемы усилителей на транзисторах.
Резистивный и резонансный усилители.
Обратная связь в усилителях.
Операционный усилитель и аналоговый перемножител.
Нелинейные преобразования сигналов.
Нелинейный элемент и воздействие на него одного.
сигнала.
Воздействие на нелинейный элемент двух сигналов.
Автогенераторы гармонических колебаний.
Стационарный режим автогенератора.
Импульсные и цифровые устройства.
Импульсные сигналы и электронный ключ.
Базовые логические элементы.
Комбинационные устройства.
Триггеры.
Счетчики и регистры.
Цифровая обработка сигналов.
Дискретизация и квантование.
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
Цифровые фильтры.
Дискретное преобразование Фурье.
Практикум на Electronic Workbench.
Краткие сведения о программе.
Структура программы моделирования.
Интерфейс программы.
Создание схемы.
Контрольно-измерительные приборы.
Анализ схем.
Задания на моделирование.
Уравнения элементов и уравнения соединений.
Метод комплексных амплитуд.
Анализ сложных цепей.
Параметры и функции четырехполюсника.
Частотные характеристики фильтров.
Процессы в длинных линиях.
Спектры периодических сигналов (ряд Фурье).
Метод ряда Фурье.
Метод интеграла Фурье.
Метод преобразования Лапласа.
Спектры модулированных сигналов.
Характеристики диодов.
Параметры и характеристики транзисторов.
Усилитель на биполярном транзисторе.
Усилитель на полевом транзисторе.
Усилитель на операционном усилителе.
Резонансный усилитель.
Умножение частоты.
Амплитудная модуляция.
Автогенератор на операционном усилителе.
Дешифратор.
Счетчик.
Цифро-аналоговый преобразователь.
Аналого-цифровой преобразователь.
Лабораторный практикум.

Миленина С.А. “Электротехника, электроника и схемотехника” Юрайт, 2015 год, 400 стр. (39,0 мб. pdf)

Электротехника, и схемотехника – это учебник для студентов по направлениям электротехника и автоматика, электроника и радиотехника. В первой части книги рассмотрены основные понятия электрической цепи и её законы. Работа элементов электрической цепи: резистор, индуктивность, емкость, характеристика и режимы работы источников Э.Д.С. Приводятся расчеты (записи системы уравнений) стационарных режимов в линейных электрических цепях: методом контурных токов, узловых потенциалов, эквивалентного генератора.

Показаны свойства и понятия характерные для цепей переменного и периодического тока, представлены векторные диаграммы и особенности работы электротехнических законов и основных элементов (резистор, индуктивность, емкость) в цепях однофазного и трехфазного переменного тока. Также изложены методы расчета установившихся и переходных процессов в электрических цепях.

Вторая часть посвящена электронике и основам схемотехники цифровых устройств. Рассказано о применении полупроводниковых приборов: диодов, полевых и биполярных транзисторов (их виды и устройство), тиристоров (принцип действия и основные виды), электронных и операционных усилителей, приборов с зарядовой связью, простейших логических элементов с универсальными базисами, а также их схемотехнической реализации. Для лучшего восприятия материала учебника в конце каждой главы даются контрольные вопросы и задания.
ISBN: 978-5-9916-5244-5

Раздел I ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Глава 1. Понятие электрической цепи и ее основные законы 17
1.1. Электрическая цепь и ее элементы 17
1.2. Пассивные элементы электрической цепи 18
1.2.1. Резистор как элемент электрической цепи. Основные соотношения. Установившийся синусоидальный режим в линейном резисторе 18
1.2.2. Индуктивность как элемент электрической цепи. Основные соотношения. Особенности стационарного и установившегося синусоидального режимов в индуктивности 19
1.2.3. Емкость как элемент электрической цепи. Основные соотношения. Особенности стационарного и установившегося синусоидального режимов в емкости 20
1.3. Активные элементы электрической цепи 22
1.3.1. Источник электродвижущей силы 22
1.3.2. Источник тока 23
1.4. Реальный источник и его внешняя характеристика 23
1.4.1. Простейшие схемы замещения реального источника 25
1.4.2. Понятие внутреннего сопротивления реального источника. Внутренние сопротивления идеальных источников ЭДС и тока 25
1.5. Напряжение на участке цепи. Обобщенный закон Ома 26
1.6. Топологические элементы электрической цепи 27
1.7. Законы Кирхгофа 27
1.7.1. Первый закон Кирхгофа 28
1.7.2. Второй закон Кирхгофа 28
1.7.3. Общий вид системы уравнений Кирхгофа. Классификация задач анализа электрических цепей 29
Контрольные вопросы и задания 30

Глава 2. Методы расчета стационарных режимов в линейных электрических цепях 32
2.1. Особенности уравнений Кирхгофа для стационарного режима 32
2.2. Метод контурных токов 33
2.3. Метод узловых потенциалов 34
2.3.1. Общая характеристика метода. Уравнения цепи относительно потенциалов узлов 34
2.3.2. Понятие проводимости ветви 35
2.3.3. Правила записи системы уравнений относительно узловых потенциалов по виду схемы 36
2.4. Понятие входного сопротивления пассивного двухполюсника и его простейшая схема замещения 36
2.5. Простейшие схемы замещения активного двухполюсника в стационарном режиме 37
2.5.1. Понятие входного сопротивления активного двухполюсника 37
2.5.2. Теорема об активном двухполюснике (эквивалентном генераторе). Виды простейшей схемы замещения активного двухполюсника 38
2.6. Метод эквивалентного генератора 38
2.7. Методика расчета режима в нелинейной резистивной нагрузке линейного активного двухполюсника 40
2.8. Условие передачи наибольшей мощности от активного двухполюсника к пассивному в стационарном режиме 41
Контрольные вопросы и задания 43

Глава 3. Цепи переменного периодического ток а 44
3.1. Основные понятия и характеристики цепей переменного периодического тока 44
3.2. Действующее (эффективное) значение переменного тока 45
3.2.1. Связь между действующим и мгновенным значениями переменного тока 45
3.2.2. Связь между действующим значением синусоидального тока и его амплитудным значением 46
3.2.3. Понятия действующих значений напряжения и ЭДС 46
3.2.4. Основные измерительные приборы и их учет в расчетных схемах 46
3.3. Условия возникновения и существования синусоидального режима в линейной цепи 47
3.4. Комплексная плоскость и некоторые ее свойства 48
3.5. Изображение синусоидальной функции времени на комплексной плоскости 48
3.5.1. Понятия комплексной амплитуды и комплекса действующего значения 48
3.5.2. Операции дифференцирования и интегрирования синусоидальных функций времени на комплексной плоскости 49
3.5.3. Связь между комплексами тока и напряжения в элементах R, L, С. Понятие комплексного сопротивления 50
3.6. Законы Кирхгофа для комплексов. Порядок расчета установившегося синусоидального режима символическим методом 51
3.7. Векторная диаграмма 55
3.8. Расчет периодического несинусоидального режима в линейной цепи 56
3.8.1. Идея метода и порядок расчета 56
3.8.2. Действующее значение периодического тока, представленного гармоническим рядом 57
3.9. Трехфазные цепи 58
3.9.1. Понятия трехфазного источника и трехфазной цепи 58
3.9.2. Варианты соединения фазных обмоток трехфазного генератора 59
3.9.3. Виды соединения нагрузок трехфазного генератора и основные структурные варианты трехфазной цепи 61
3.9.4. Особенности расчета симметричного режима в трехфазной цепи 64
Контрольные вопросы и задания 65

Глава 4. Энергетические характеристики цепи синусоидального и периодического несинусоидального токов 67
4.1. Мгновенная мощность 67
4.2. Активная мощность 69
4.3. Понятия полной и реактивной мощностей 71
4.4. Единицы измерения мгновенной, активной, полной и реактивной мощностей 72
4.5. Условие передачи наибольшей активной мощности от активного двухполюсника к пассивному в синусоидальном режиме 72
4.6. Активная мощность, потребляемая линейным пассивным двухполюсником в периодическом несинусоидальном режиме 76
Контрольные вопросы и задания 77

Глава 5. Пассивный двухполюсник в цепи синусоидального тока. Резонансы 79
5.1. Простейшие схемы замещения пассивного двухполюсника в синусоидальном режиме 79
5.2. Резонансное состояние пассивного двухполюсника 81
5.2.1. Резонанс напряжений 81
5.2.2. Резонанс токов 83
5.3. Резонанс напряжений в неразветвленном RLC-контуре 84
5.3.1. Основные соотношения при резонансе 84
5.3.2. Понятия характеристического сопротивления и добротности последовательного контура 86
5.3.3. Частотная характеристика 1(a) последовательного контура 86
5.3.4. Полоса пропускания 87
5.4. Резонанс токов в параллельном колебательном контуре 88
5.4.1. Основные соотношения при резонансе 88
5.4.2. Идеальный параллельный контур (без потерь) 90
5.4.3. Избирательные свойства параллельного колебательного контура 92
5.5. Сравнение избирательных свойств последовательного и параллельного колебательных контуров 93
Контрольные вопросы и задания 94

Глава 6. Цепи с взаимной индукцией в установившемся синусоидальном режиме 95
6.1. Параметры, характеризующие индуктивно связанные катушки 95
6.1.1. Понятие коэффициента взаимной индукции 95
6.1.2. Коэффициент связи 97
6.1.3. Понятие одноименных зажимов 98
6.2. Напряжение взаимной индукции 98
6.3. Учет напряжения взаимной индукции в уравнениях по второму закону Кирхгофа 99
6.4. Последовательное соединение индуктивно связанных катушек в синусоидальном режиме 102
6.5. Линейный трансформатор в синусоидальном режиме 104
6.5.1. Основные уравнения линейного трансформатора при синусоидальном режиме и векторная диаграмма 105
6.5.2. Вносимое сопротивление 106
Контрольные вопросы и задания 108

Глава 7. Основы теории линейных пассивных четырехполюсников в синусоидальном режиме 111
7.1. Основные уравнения линейного пассивного четырехполюсника 112
7.2. Расчет коэффициентов основных уравнений линейного пассивного четырехполюсника 114
7.3. Простейшие схемы замещения линейного пассивного четырехполюсника 116
7.4. Понятие комплексного коэффициента передачи линейной системы 117
7.5. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики линейного пассивного четырехполюсника 118
7.6. Симметричный четырехполюсник и его характеристические параметры 120
7.6.1. Характеристическое сопротивление 120
7.6.2. Постоянная передачи 121
7.7. Понятие о частотных электрических фильтрах 122
7.7.1. Пассивные LC-фильтры 123
7.7.2. Пассивные RC-фильтры 124
Контрольные вопросы и задания 125

Глава 8. Классический метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях 128
8.1. Законы коммутации 129
8.2. Независимые и зависимые начальные условия 129
8.3. Основные этапы классического метода расчета переходного процесса в линейной цепи 130
8.4. Особенности переходного процесса в цепях первого порядка 136
8.4.1. Вид свободной составляющей 136
8.4.2. Понятие постоянной времени 136
8.4.3. Приближенная оценка длительности переходного процесса в цепи первого порядка 137
8.5. Переходный процесс в неразветвленном RLC-контуре при подключении его к источнику постоянной ЭДС 137
8.5.1. Особенности характеристического уравнения цепи и его корней. Виды свободной составляющей 137
8.5.2. Апериодический режим 138
8.5.3. Критический режим 140
8.5.4. Колебательный режим 141
8.6. Получение характеристического уравнения по комплексному входному сопротивлению цепи 142
8.7. Особенности переходных процессов в цепях второго порядка 144
8.7.1. Виды свободной составляющей 144
8.7.2. Рекомендации по расчету постоянных интегрирования 145
8.7.3. Оценка длительности переходного процесса в цепях второго порядка 145
8.8. Дифференцирующие и интегрирующие цепи 146
8.8.1. Дифференцирующее RC-звено 146
8.8.2. Интегрирующее RC-звено 147
Контрольные вопросы и задания 148

Глава 9. Операторный метод расчета переходных процессов в линейных электрических цепях 151
9.1. Прямое и обратное преобразования Лапласа 151
9.2. Связь между изображениями тока и напряжения в элементах R, L, С. Их операторные схемы замещения 153
9.3. Законы Кирхгофа для изображений 155
9.4. Порядок расчета переходных процессов операторным методом 155
9.5. Теорема разложения 159
9.6. Операторный метод расчета переходных процессов в линейных пассивных цепях при произвольных (непериодических) воздействиях 162
9.6.1. Понятие передаточной функции пассивной цепи К(p) и рекомендации по ее нахождению 162
9.6.2. Основные этапы операторного метода расчета переходных процессов при произвольных внешних воздействиях 165
9.6.3. Рекомендации по определению изображения входного воздействия Хвх(p). Применение теоремы запаздывания 165
9.6.4. Изображение ступенчатой функции 165
9.6.5. Изображение экспоненциального импульса длительностью t-и 166
9.7. Связь передаточной функции К(p) и комплексного коэффициента передачи К(jw) 168
9.8. Сравнение операторного метода расчета переходных процессов с классическим 169
Контрольные вопросы и задания 169

Глава 10. Принцип наложения и его применение для расчета переходного процесса в цепи линейного пассивного двухполюсника при произвольных воздействиях на его входе 172
10.1. Постановка задачи и принципы подхода к ее решению 172
10.2. Ступенчатое представление импульсного входного воздействия 174
10.2.1. Понятие переходной характеристики цепи (переходной функции) 174
10.2.2. Расчет реакции линейной цепи на ступенчатое воздействие 175
10.3. Применение интеграла Дюамеля при расчете реакции линейной цепи на непрерывное и кусочно-непрерывное воздействия 176
10.3.1. Расчет реакции линейной цепи на непрерывное воздействие 176
10.3.2. Расчет реакции линейной цепи на кусочно-непрерывное воздействие 179
10.4. Импульсная характеристика и ее применение для расчета переходных процессов при сложных воздействиях 180
10.4.1. Функция Дирака (S-функция) 180
10.4.2. Понятие импульсной характеристики 181
10.4.3. Связь импульсной характеристики с переходной функцией 182
10.4.4. Разновидность интеграла Дюамеля, содержащая импульсную характеристику 183
10.4.5. Изображения по Лапласу переходной и импульсной характеристик. Их связь с передаточной функцией К(p) 184
10.5. Спектральный метод расчета переходных процессов 185
10.5.1. Вещественная и комплексная формы ряда Фурье для периодической функции времени 185
10.5.2. Спектральное представление непериодического сигнала. Понятие спектральной плотности 186
10.5.3. Понятие амплитудного и фазового спектров сигнала 187
10.5.4. Связь преобразования Фурье с прямым преобразованием Лапласа 187
10.6. Связь между энергией непериодического сигнала и его спектром 190
10.6.1. Понятие энергии импульса 190
10.6.2. Равенство Парсеваля. Спектральная плотность энергии 190
10.6.3. Понятие ширины спектра 192
10.7. Связь между спектрами входного и выходного сигналов для линейной пассивной цепи 192
10.8. Порядок расчета переходных процессов спектральным методом 193
10.9. Сравнение спектрального и операторного методов расчета 195
Контрольные вопросы и задания 196

Раздел II ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА

Глава 11. Полупроводниковые диоды 201
11.1. Основные свойства p-n-перехода и полупроводникового диода 201
11.2. Выпрямительные диоды 203
11.3. Стабилитроны 204
11.4. Варикапы 208
11.5. Фотодиоды, светодиоды, оптроны 209
11.6. Диоды Шоттки 211
Контрольные вопросы и задания 212

Глава 12. Биполярные и полевые транзисторы. Тиристоры 214
12.1. Принцип устройства и виды биполярных транзисторов 214
12.2. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора
при включении по схеме с общим эмиттером 215
12.3. Полевые транзисторы. Общий принцип действия 217
12.4. Полевые транзисторы с управляющимр-n-переходом и их вольт-амперные характеристики 217
12.4.1. Семейство выходных характеристик 218
12.4.2. Стокозатворная (передаточная) характеристика 219
12.5. Полевые транзисторы с изолированным затвором 220
12.5.1. Полевые транзисторы со встроенным каналом 220
12.5.2. Полевые транзисторы с индуцированным каналом 221
12.6. Составные транзисторы. Схема Дарлингтона 222
12.7. Тиристоры. Структурные особенности и основные виды 223
12.7.1. Принцип действия динистора и его характеристики 223
12.7.2. Тринистор 225
Контрольные вопросы и задания 226

Глава 13. Электронные усилители 228
13.1. Главные рабочие параметры и характеристики усилителя 228
13.1.1. Понятия рабочей точки и ее окрестности 229
13.1.2. Понятие коэффициента усиления 229
13.1.3. Понятия входного и выходного сопротивлений усилителя 230
13.1.4. Частотная характеристика усилителя 230
13.2. Усилитель напряжения низкой частоты на биполярном транзисторе. Методика расчета основных параметров 231
13.2.1. Постановка задачи 231
13.2.2. Расчет режима в рабочей точке 233
13.2.3. Расчет коэффициента усиления по напряжению 234
13.2.4. Расчет входного и выходного сопротивлений усилителя 235
13.2.5. Способы задания рабочей точки (смещения) 235
13.2.6. Режимы «A», «B», «AB» 237
13.2.7. Разделительные цепи 238
13.3. Повторитель напряжения на биполярном транзисторе - эмиттерный повторитель (схема с общим коллектором) 238
13.3.1. Коэффициент передачи по напряжению эмиттерного повторителя 239
13.3.2. Входное и выходное сопротивления повторителя 240
13.4. Усилители на полевых транзисторах 241
13.4.1. Методика расчета основных параметров усилителя низкой частоты на полевом транзисторе с управляющим p-n-переходом 241
13.4.2. Особенности задания рабочей точки 242
13.4.3. Определение положения рабочей точки на стокозатворной характеристике 243
13.4.4. Положение рабочей точки на семействе выходных характеристик 243
13.4.5. Расчет коэффициента усиления 244
13.4.6. Выходное сопротивление 244
13.5. Повторитель напряжения на полевом транзисторе(истоковый повторитель). Методика расчета основных параметров 245
13.5.1. Определение рабочей точки на стокозатворной характеристике.246
13.5.2. Коэффициент передачи по напряжению 246
13.5.3. Выходное сопротивление 246
13.6. Усилители с обратной связью 247
13.6.1. Способы получения сигнала обратной связи 247
13.6.2. Способы введения сигнала обратной связи 248
13.6.3. Усилитель, охваченный последовательной отрицательной обратной связью по напряжению 248
13.6.4. Усилитель с большим коэффициентом усиления, охваченный отрицательной обратной связью по напряжению 249
13.6.5. Достоинства отрицательной обратной связи 249
Контрольные вопросы и задания 249

Глава 14. Дифференциальный и операционный усилители 251
14.1. Дифференциальный усилитель. Методика расчета основных параметров 251
14.1.1. Структурные особенности схемы дифференциального усилителя 251
14.1.2. Расчет базовой цепи в режиме покоя 252
14.1.3. Расчет коллекторной цепи в режиме покоя 253
14.1.4. Синфазная и дифференциальная составляющие входного сигнала.253
14.1.5. Реакция дифференциального усилителя на синфазное воздействие 254
14.1.6. Реакция дифференциального усилителя на дифференциальное воздействие 254
14.1.7. Коэффициент усиления для дифференциальной составляющей входного сигнала 255
14.1.8. Входное и выходное сопротивления для дифференциальной составляющей входного сигнала 255
14.1.9. Инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 256
14.2. Основные свойства операционного усилителя 256
14.2.1. Условное обозначение операционного усилителя 256
14.2.2. Особенности передаточной характеристики реального операционного усилителя 257
14.2.3. Взаимодействие операционного усилителя с внешней цепью 258
14.3. Методы расчета цепей, содержащих операционный усилитель 259
14.4. Расчет по мгновенным значениям 260
14.4.1. Инвертирующий и неинвертирующий источники напряжения, управляемые напряжением 260
14.4.2. Повторитель напряжения 261
14.4.3. Схема дифференцирования 261
14.4.4. Схема интегрирования 262
14.5. Операторный метод расчета переходного процесса в цепи с операционным усилителем 263
14.6. Применение символического метода 264
14.7. Активные фильтры 266
Контрольные вопросы и задания 267

Глава 15. Электронные генераторы. Автогенераторы гармонических колебаний 269
15.1. Электронные генераторы 269
15.1.1. Классификация электронных генераторов 269
15.2. Структура автогенератора гармонических колебаний 270
15.3. Условие существования установившихся колебаний 270
15.4.1 C-автогенератор 271
15.4.1. Процесс установления колебаний 271
15.4.2. Расчет амплитуды автоколебаний 272
15.5. ЛС-автогенератор 274
15.5.1. Основное требование к цепи обратной связи 274
15.5.2. Принцип работы ЛС-автогенератора 275
Контрольные вопросы и задания 277

Глава 16. Генераторы релаксационных колебаний 278
16.1. Генератор прямоугольных импульсов на операционном усилителе - мультивибратор 278
16.1.1. Структурные особенности схемы мультивибратора 279
16.1.2. Принцип работы 280
16.2. Ждущий мультивибратор (одновибратор) 282
16.3. Генератор пилообразного напряжения на операционном усилителе 283
16.4. Мультивибратор на биполярных транзисторах 285
16.4.1. Главные особенности схемы мультивибратора 286
16.4.2. Неустойчивость стационарного режима 286
16.4.3. Квазиустойчивый режим работы мультивибратора 288
16.5. Триггер 292
16.5.1. Статический режим 293
16.5.2. Режим «опрокидывания» 293
16.5.3. Простейшая запоминающая ячейка 294
Контрольные вопросы и задания 294

Глава 17. Источники вторичного электропитания 296
17.1. Источники первичного электропитания 296
17.2. Источники вторичного электропитания, их структура и назначение основных блоков 297
17.3. Выпрямители 298
17.3.1. Однофазные выпрямители 298
17.3.2. Трехфазный выпрямитель 300
17.3.3. Коэффициент пульсации 300
17.4. Сглаживающие фильтры 301
17.4.1. Пассивные сглаживающие фильтры 302
17.4.2. Активный сглаживающий фильтр на биполярном транзисторе 304
17.5. Стабилизаторы напряжения 306
17.5.1. Компенсационный стабилизатор напряжения линейного вида 306
17.5.2. Импульсный стабилизатор напряжения 308
Контрольные вопросы и задания 311

Глава 18. Логические основы цифровых электронных устройств 313
18.1. Цифровое устройство и его таблица истинности 313
18.2. Алгебраическая запись логической функции, выполняемой цифровым устройством 314
18.2.1. Простейшие логические операции и их алгебраическая запись 314
18.2.2. Основные законы и теоремы алгебры логики 315
18.2.3. Условное изображение устройств, реализующих простейшие логические действия, и их таблицы истинности 316
18.3. Две канонические формы алгебраической записи логической функции 317
18.3.1. Методика получения СДНФ 317
18.3.2. Методика получения СКНФ 317
18.4. Минимизация логических функций 319
18.4.1. Постановка задачи. Способы минимизации 319
18.4.2. Минимизация по формулам алгебры логики 320
18.5. Универсальные базисы «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» 320
18.5.1. Операции «ИЛИ-НЕ», «И-НЕ» 321
18.5.2. Универсальность функций «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ» 321
18.6. Методика записи и структурной реализации логических функций в универсальных базисах «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» 322
Контрольные вопросы и задания 325

Глава 19. Схемная реализация логических функций 327
19.1. Ключевые схемы. Позитивная и негативная логики 327
19.2. Инвертор на биполярном транзисторе 328
19.3. Транзистор Шоттки 330
19.4. Особенности схемы простейшего инвертора на полевом транзисторе 331
19.5. Инвертор на комплементарных полевых транзисторах 331
19.6. Компараторы 333
19.7. Схемная реализация универсальных базисов «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» 334
19.8. Диодно-транзисторная логика 335
19.9. Транзисторно-транзисторная логика 337
19.10. Универсальные базисы на КМОП-транзисторах (КМОП-логика) 339
Контрольные вопросы и задания 341

Глава 20. цифровых устройств, не содержащих элементов памяти 343
20.1. Аналого-цифровые преобразователи 343
20.1.1. Дискретизация во времени 344
20.1.2. Квантование по уровню 344
20.1.3. Кодирование 345
20.1.4. Способы распознавания уровня преобразуемого сигнала внутри интервала дискретизации 345
20.1.5. Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета.346
20.1.6. Аналого-цифровые преобразователи параллельного типа 348
20.2. Цифро-аналоговые преобразователи 348
20.2.1. Основные соотношения 348
20.2.2. Структурные составляющие цифро-аналогового преобразователя.349
20.2.3. Цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенной резистивной матрицей 350
20.2.4. Цифро-аналоговые преобразователи с матрицей R - 2R 351
20.3. Дешифраторы 352
20.4. Шифраторы 354
20.5. Мультиплексоры 356
20.6. Демультиплексоры 357
20.7. Одноразрядные двоичные сумматоры 358
Контрольные вопросы и задания 361

Глава 21. Цифровые устройства с памятью 363
21.1. Триггеры 363
21.1.1. Асинхронные RS-триггеры 364
21.1.2. Синхронный RS-триггер 366
21.1.3. D-триггер 367
21.1.4. T-триггер (счетный) на основе D-триггера 368
21.1.5. Триггеры типа M-S 368
21.2. Счетчики и регистры 371
21.2.1. Счетчики 371
21.2.2. Регистры сдвига 373
21.3. Оперативные запоминающие устройства 375
21.3.1. Статические оперативные запоминающие устройства 375
21.3.2. Динамические оперативные запоминающие устройства 377
21.4. Постоянные запоминающие устройства 379
21.5. Программируемые логические устройства 380
21.5.1. Программируемые логические матрицы 380
21.5.2. Программируемые логические интегральные схемы и устройства 384
21.6. Микропроцессоры 386
21.7. Перспективные направления развития элементной базы сверхбольших интегральных схем 388
21.7.1. Повышение степени интеграции и снижение энергопотребления сверхбольших интегральных схем 388
21.7.2. Фотоэлектронные преобразователи «свет - сигнал» на основе приборов с зарядовой связью 390
21.7.3. Фотодиодные матрицы с координатной адресацией 393
21.7.4. Матричные преобразователи «сигнал - свет» 395
Контрольные вопросы и задания 395
Заключение 397
Техническая литература 398

Скачать техническую литературу бесплатно 39,0 мб. pdf

В этой статье дается возможность понять: каким образом работают и разрабатываются устройства, использующие свойства электронов и порождаемые ими поля. В практическом плане это позволит с ясным представлением сути относится к окружающим изделиям электроники и даже самому без трепета начать создавать их. Но польза от такого понимания еще больше: ведь практически все вокруг - мир электронов, а значит, эффекты электроники - зеркало вездесущих таинств мироздания, приоткрытых исследователями практического использования электричества.

Именно большой период профессионального занятия электронной схемотехникой позволил мне использовать эти представления для того, чтобы сформировать понимание биологических алгоритм ов поведенческой адаптации и механизмов их реализации (см. О системной нейрофизиологии). А первые сопоставления возникли при рассмотрении хорошо изученных нервных систем простейших организмов, которые совершенно однозначно показывали, что природа использовала именно схемотехнический подход, однозначно узнаваемый и безупречно отработанный бесконечными оптимизациями эволюции. Поэтому совершенно бесполезно пытаться понять эту природную реализацию без ясного владения базовыми представлениями об эффектах, порождаемых движениями электронов, ионов, их концентрационными градиентами и другими атрибутами далеко уже не только понятий электроники, но и химии. Поэтому предшествовавшая статья была - Про химию , а еще раньше - О программировании , которое позволяет на более высоком уровне использовать эффекты электроники и химии.

Электроны - отрицательно заряженные "частицы", которые во многих материалах способны оказываться в свободном (не слишком закрепленном у конкретного атома) состоянии. И любое их использование предполагает умение заставить их двигаться заданным образом в построенных цепях (системах связей проводников и устройств) и при этом вызывать сопутствующие полезные эффекты.

А двигаться отрицательно заряженную частицу можно заставить притягивая положительным зарядом (или хотя бы менее отрицательным, который будет в сравнении потенциал ов выглядеть как положительный).

Это очень просто осуществляется в вакууме (электронных трубках) с помощью разноименно заряженных электродов, а в проводнике для этого прикладывают разные электрические потенциал ы к разным концам проводника. Если утечку одного заряда электронов, двигающихся к более положительному концу, чем-то восполнять, то потечет ток, постоянный на все время восполнения. Если не восполнять, то электроны притекут к более положительному потенциал у проводника ровно настолько, чтобы уравнять заряды.

Эффекты движения электронов в проводнике во многом ничем не отличается от характера движения воды в трубах, чем сейчас и воспользуемся для образности понимания, если не учитывать, что при движении электронов всегда излучается электромагнитное поле (и наоборот: поле влияет на движение электронов), а если они не двигаются, то вокруг распространяется статическое (не изменяющиеся) электрическое поле (более подробно раскрывается это в О движении электронов). Т.е. с полем вокруг все "просто": если электроны не двигаются, то вокруг распространяется, радиально затухая, электрическое поле, если начинают двигатся, то и электрическое поле начинает изменяться соотвественно. При этом изменяющееся электрическое поле вызывает как бы свою тень: магнитное поле (или специфический эффект воздействия изменяющегося электрического поля), распространяющийся по своему воздействию перпендикулярно - как тень (это и есть тень, порождаемая релятиви сткими эффектами).

Пока не будем рассматривать поля, порождаемые электронами, а будем использовать аналогию проводников с водопроводными трубами.

Чем тоньше труба - тем труднее воде двигаться. Но чем больше напор - тем легче. В точности так же речь идет в проводниках о сопротивлении и напряжении. Напряжение или разность потенциал ов: чем выше верхний конец трубы по отношению к нижнему, тем больше - напряжение и сильнее ток воды (электронов).

Если открыть заслонку, то ближайший слой воды уйдет в нее, потянув другие. Фронт движения воды будет распространяться от слоя к слою со скоростью звука в воде, а фронт движения электронов - со скоростью света. Но частицы воды, как и электроны перемещаются гораздо медленнее (в случае электронов - всего ~0,1-1 мм/с ). Т.е. частицы воды движутся гораздо быстрее, не встречая препятствий. А вот электроны вынуждены продираться через кристаллическую решетку проводника, точнее, постоянно тормозятся всеми встречающимися атомами, которые стараются захватить их (подробнее см. в статье Про химию). На это затрачивается энерги я, которая, в конечном счете, становится энерги ей колебаний всех частиц в проводнике - теплом: электроны по пути "дергают" атомы и те колеблются в кристаллической решетке. Вода тоже трется о стенки трубы, выделяя тепло, но гораздо меньше, так, как электроны бы двигались, если заморозить атомы до состоянии безразличия к электронам - сверхпроводящего состояния. Понятно, что чем больше электронов продираются в данном месте, тем сильнее там выделяется тепло. Если проводник широкий, то свободы больше, а если очень тонкий, то весь ток электронов раскаляет эту нить вплоть до высокотемпературного свечения.

Разность потенциал ов измеряют в "вольтах" (как и сами потенциал ы). Вольт - разность потенциал ов, способная вызывать в проводнике ток электронов, в 1 ампер при мощности 1 ватт.

Ампер - это единица измерения тока электронов ("сила" тока, хотя сила - в кавычках - условный сленг) , при которой через проводник проходит заряд из 6х10 18 электронов (такой заряд обозначают 1 Кулон) за 1 сек. ("зарядом" будем считать какое-то количество электронов в одном месте, - по аналогии с зарядом дроби:).

1 ватт равен мощности, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль.

Из этого напрямую вытекает простая формула расчета работы, которую способен совершать ток электронов: мощность равна силе тока, умноженному на приложенное напряжение (W=A*U). Как и с водой в трубе: чем больше потенциал , тем больше совершаемая работа: на мельницу льют воду свысока или ГЭС строят как высокую плотину.

Ток электронов, так же как и ток воды тем больше, чем больше разность потенциал ов и тем меньше, чем тоньше просвет т.е. больше сопротивление. Это - закон Ома, который используют для расчетов все электронщики поголовно. Бывает, что человек кроме этого закона больше почти не использует никаких других:), но обойтись без закона Ома невозможно.

Чтобы ввести сопротивление в проводник обычно не использует очень тонкие нити того же проводника из-за их непрочности и неудобства, а используют специально изготовление изделия - "резисторы", которые своим материалом затрудняют движение электронов в строго нужной степени, неизбежно греясь при этом.

Значение сопротивления резисторов измеряют в Омах: 1 ом равен электрическому сопротивлению проводника, между концами которого возникает разность потенциал ов (напряжение) 1 вольт при силе постоянного тока 1 ампер.

Если на конце трубы помещена емкость, вода будет наполнять ее некоторое время - до краев или пока течет вода. Точно так же на конце проводника можно подсоединить емкость для накопления заряда электронов - "конденсатор". Электроны, будут выливаться в расширяющееся хранилище пока его потенциал не сравняется с потенциал ом на другом конце проводника, если вообще течет ток электронов. Электро-конденсатор так и выполняется: как большое расширение проводника. Конденсаторы изготавливают в виде изделий - как и сопротивления, обычно - в виде больших поверхностей, изолированными друг от друг так, что заряд на одной поверхности противостоит заряду противоположного знака на другой поверхности (на одной - заряд электронов, на другой - заряд недостатка электронов - пустующих мест у атомов, положительно заряженные ядра которых оказались не скомпенсированными ушедшими электронами, т.е. заряд обедненных электронами ядер атомов). Разные заряды притягиваются так, что даже если отсоединить проводник, то заряд электронов окажется сохраненным, и если проводники концов конденсатора соединить, то потечет ток, уравнивая потенциал ы поверхностей конденсатора. Заряд конденсатора измеряется в кулонах (выше было написано, что 1 кулон - это 6х10 18 электронов).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах. Один фарад – это емкость конденсатора, в котором при напряжении между обкладками в 1 вольт можно залить заряд в 1 кулон (емкость Земного шара - меньше одной фарады: ≈ 7·10 -4 Ф ). В водной аналогии - емкость бака тоже можно заряжать водой в зависимости от верхнего уровня: чем шире бак, тем при одном и том же уровне в заливной трубе можно залить больше воды пока уровни в баке и трубе не сравняются.

Скорость разряда конденсатора зависит от того, сколько электронов в единицу времени будет позволено протекать в цепи: чем меньше, тем на большее время хватит заряда. Если проводники конденсатора замкнуть отверткой, то весь заряд выделится сразу в виде мини-молнии. Если разряд происходит через сопротивление R=1 ом, то емкость в C =1 фараду за время R * C разрядится на 50%. Понятно, что при этом изменяется напряжение на обкладках и поэтому будет изменяться и ток. Так что разряд будет все медленнее, до бесконечности. Поэтому в практических целях удобно пользоваться приближенной формулой T=RC - как некоей "постоянной времени" процесса разряда, - если не учитывать замедление с падением напряжения (и заряда тоже) конденсатора. Более подробно об этом - Зарядка конденсатора . Здесь - полная аналогия с заливкой бака какой-то емкости водой из трубы с сечением, ограничивающим скорость залива: уровень в баке будет подниматься сначала быстро, потом все медленнее, пока не сравняется с верхним уровнем воды в трубе.

Итак, уже понятно, что нужно сделать, чтобы в электро-цепи потек ток, способный совершить работу (нагреть плитку, раскалить до свечения лампочку) это - уровень электромонтера или, по аналогии с водопроводом - сантехника:) Можно зарядить конденсатор и если в электросети пропадет ток, то некоторое время питать им электроустройства, которые могут работать от постоянного тока. Появилась возможность рассчитать мощность в электро-цепи, необходимое напряжение, время работы конденсатора. Если еще усвоить условные обозначения электроэлементов , то можно составлять электрические схемы для последующего монтажа.

Например, соединительные провода обозначаются просто линией,

резисторы обозначают так:

конденсаторы так:

В бытовой сети напряжение не постоянное, а чередуется с противоположно направленным с частотой 50 раз в секунду, плавно нарастая и следуя синусоидальному закону (это - наследие гениального экспериментатора Теслы). Для работы же электронных схем, чаще всего, нужно постоянное напряжение. Поэтому большим классом электронных устройств является источники эл.питания и преобразователи напряжения.

Постоянным током питаются усилители сигналов, генераторы сигналов, преобразователи сигналов, радиоустройства, различные "цифровые" устройства и многое другое, что возможно проектировать и создавать самому с развитием некоторых навыков и с помощью идей, развитых предшественниками, лучшие из которых описаны в книгах вроде "искусства схемотехники" и отдельных статьях в инете. Сегодня доступна прекрасная книга П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники , где, начиная с самых основ, рассказывается о способах создания электронных устройств.

В этой статье не будет пройден такой же путь, как в книге, а акцент делается на понимание сути явлений в электронике и основ схемотехники так, чтобы при прочтении таких книг возникало ясное представление.

Основу всех устройств, использующих постоянный ток, является управление сопротивлением в цепи так, чтобы обеспечивать нужное изменение тока. В самом простом виде это - цепь из одного постоянного сопротивления:

На картинке - сигнал, имеющий период повторения (равный продолжительности нарастания и спада), который можно характеризовать и как имеющий определенную частоту - сколько периодов нарастания-спада возникает в секунду. Период измеряется в единицах времени, частота в герцах: 1 герц это один период в одну секунду. Всегда можно переводить период в частоту или наоборот: F=1/ T - частота F - величина, обратная периоду T.

Если вместо ключа поставить переменный (регулируемый вручную) резистор, то станет возможным изменять напряжение на выходе от максимального R1/R2 до нуля (когда значение R2 становится нулевым), формируя любую форму изменения напряжения на выходе за счет того, что входное напряжение распределяется по резисторам пропорционально их величине (такое устройство так и называется: "делитель напряжения"):

Вместо ручного управления в устройствах обычно используется автоматическое (хотя ручное применяется во многих регулировках с помощью ручек переменных резисторов, выводимых на переднюю панель).

Эти представления очень важны потому, что буквально всегда и везде они должны учитываться разработчиком. Кроме того, вообще понимание явления формирования фронтов и форм сигнала позволяет ясно понимать способы воздействия в таких устройствах как фильтры, сумматоры, модуляторы, усилители с обратной связью и других.

Как возникает фронт сигнала (имеющего полезное назначение движения электронов)? Вот, было подано напряжение - потенциал , который заставил электроны двигаться, согласно своему заряду. Но в первый момент двигаться начинают только ближайшие электроны, увлекая последующие со скоростью передачи взаимодействия. В самый первый момент увлекается только первый слой электронов вместе с изменением потенциал а. Поэтому в этот момент возникает фронт самой высокочастотной части сигнала. Преодолевается инерция, присущая любым инерциальным телам (а электроны имеют массу), а так же упругость их текущих связей со средой, что делает первоначальное движение не мгновенным, а подчиненным плавному закону упругого воздействия. Эта упругость всегда имеет колебательные свойства, описываемые синусоидальным законом, обычно - затухающим как колебания шарика на пружинных подвесках. Затем вовлекаются последующие слои электронов, уже более медленным нарастанием воздействия, а следующие - еще более медленным. Таким образом видимый нами довольно резкий фронт на самом деле состоит из суммы затухающих колебаний - от самых высокочастотных до, в конечном счете, того, период которых определяется периодом сигнала всего процесса.

Это означает, что сигнал любой формы на самом деле состоит из суммы строго синусоидальных затухающих сигналов и основного синусоидального сигнала, определяющего период (или, что любой сигнал можно разложить на ряд составляющих гармонических сигналов - ряд Фурье). Каждая следующая гармоника отличается от предыдущей в 2 раза по периоду колебаний. Таким образом любой сигнал не синусоидальной формы имеет свой спектр гармонических составляющих, который можно увидеть с помощью устройств (или программ) - анализаторов спектра.

На рисунке показано, как из все большего числа гармоник (синусоидальных сигналов) появляется все более идеально-прямоугольная форма суммарного сигнала. Сверху слева цифра - число гармоник в спектре сигнала. Если сигнал прямоугольной формы (меандр) пропускать через фильтр, обрезающий высокие частоты, то будем получать тем более сглаженный результат, приближающийся к частоте основной гармоники, определяющий период, чем все более низкие частоты будет обрезать.

С помощью программы можно самому поисследовать гармонический состав различных сигналов. В случаях же реальных электросхем, сигнал наблюдают с помощью прибора - осциллографа, который показывает на своем экране как меняется во времени сигнал в точке, с которой соприкасается щуп осциллографа.

Из-за фундаментальности (общей причины) взаимодействий не только в электронике сигналы, а вообще любые динамические явления складываются из более элементарных гармонических оставляющих: звук в любых средах, соударения предметов и даже удар ладонью по плечу:)

В качестве элементов с управляемым сопротивлением придуманы разного типа транзисторы. Простейшие для понимания из них - "полевые" работают по тому же принципу, каким управляется поток электронов в вакуумных трубках: с помощью прикладываемого сбоку от потока поля. Если электроны двигаются от отрицательного электрода ("истока") к положительному ("стоку"), притягиваясь положительным потенциал ом, а сбоку начать увеличивать интенсивность отрицательного потенциал а "управляющего" электрода ("затвором"), то поток электронов будет соответственно уменьшаться пока вообще не будет отсечен. Т.е. полевой транзистор имеет три электрода:

Заметьте, что форма выходного сигнала зеркально отражена по вертикали по отношению ко входному, "инвертирована". Понятно, что более положительный сигнал на входе уменьшает запирающий потенциал на затворе, что приводит к уменьшению отклика сигнала на выходе (в некоторых типах полевых транзисторах для запирания прикладывают потенциал , значительно более отрицательный, чем на истоке). Кроме того, выходной сигнал больше по величине, "усилен" по отношению ко входному, т.е. потенциал на затворе сильно влияет на сопротивление канала транзистора, чего добиваются нужной конфигурацией и расположением электродов.

Подробнее про полевые транзисторы можно посмотреть в статье Полевой транзистор . Полевые транзисторы все больше вытесняют применяющиеся ранее "биполярные транзисторы " из-за своих многих более идеальных свойств, но все еще далеко не всегда могут их заменить полноценно.

Из огромного множества устройств здесь рассмотрим усилитель, сумматор сигналов и модулятор (перемножитель сигналов) - как наиболее показательное приложение элементов с управляемым сопротивлением и их свойств. И то и другое имеет одну схему (в случае использования одного транзистора) и различаются только способами подачи входного сигнала.

Диапазон возможных значений амплитуды сигнала равен полностью открытому и полностью закрытому состоянию транзистора, т.е. от значения питающего напряжения до R1/R2 его части. Изменение потенциал а на входе транзистора вызывает точно такие же изменения его на верхнем конце резистора R2 с некоторым сдвигом по напряжению, определяемым характеристикой транзистора потому, что стоит транзистору приоткрыться как напряжение на этом конце соответственно возрастет: здесь сигнал передается без усиления и без инвертирования. Изменение напряжения на резисторе R2 вызывает, по закону ома, изменение тока в цепи через транзистор и резистор R1 (ясно, что ток электронов, если он есть, то он - один и тот же во всей цепи, как ток воды в трубе и зависит от общего сопротивления). Это изменение тока вызывает, тоже по закону Ома, изменение напряжения на резисторе R1. Если уравнять два этих значения по одинаковому току (приравнять Iu1/R1 = U 2/ R 2), то получится, что коэффициент усиления сигнала на R 1 (U1/U2) будет равно соотношению резисторов: чем больше резистор R 1 чем R 2, тем больше усиление сигнала таким устройством.

В этой схеме можно подать еще один сигнал следующим образом:

Если не будет подаваться сигнал 1, то на выходе мы получим отклик только от воздействия сигнала 2. Увеличение потенциал а в верхней точке резистора R2 вызовет относительное уменьшение потенциал а на затворе и транзистор призакроется, а на выходе будет увеличение сигнала (т.е. сопротивление транзистора увеличилось). Т.е. сигнал 2 передается без инвертирования. Его усиление будет определяться соотношением резисторов R2/R3 (т.к. они делят входной сигнал 2). При подаче еще и сигнала 1 он будет не суммироваться с сигналом 2, а перемножаться с ним, меняя свою амплитуду в зависимости от амплитуды модулирующего его сигнала. При суммировании сигналов их амплитуды остаются неизменными:

В данном случае коэффициент усиления сигнала равен отношению значения резистора R5 и значения резистора сигнала (точнее - полному выходному сопротивлению цепи сигнала). R5 называется резистором отрицательной обратной связи потому, что часть сигнала с выхода подается обратно на инвертирующий (вот почему связь "отрицательная") вход. К точке соединения резисторов можно подсоединить еще и другие такие же цепи для суммирования их сигналов (например, сигналы нескольких микрофонов).

Все рассмотренные устройства использовали разные способы управления сопротивлением элемента для получения заданного эффекта использования источника постоянного тока. Но это только - часть электроники и электротехники. Другая часть использует переменные электромагнитные поля, порождаемые движением электронов или постоянные электрические - от зарядов электронов (в полевом транзисторе - они использовались:).

Уже говорилось, что любое движение электронов вызывает не только изменение в распространении электрического поля (поляризации среды зарядом, см. Вакуум, кванты, вещество), но и его тень: изменяющееся магнитное поле. Все это называют электромагнитным полем (ЭМП) - индуцированной (вынужденной чем-то) динамической поляризацией окружающей среды, эквивалентной наличию и взаимодействиям квантов ЭМП - фотонов. Движение электрона вызывает индуцированное появление квантов этого поля с частотой, соответствующей периоду движения электрона.

Это означает, что если в проводнике движется ток электронов взад-вперед с некоторой частотой, то вокруг с той же частотой излучаются электромагнитные волны. Если специально сделать проводник достаточно длинным (соизмеримым с расстоянием, которое успевают пролететь свет за период переменного сигнала в проводнике), то такая антенна будет эффективно излучать ЭМП в эфир.

Раскаленная нить накаливания так же излучает фотоны в эфир, а роль антенн выполняют отдельные электроны (излучаемая частота напрямую зависит от температуры, а так как всегда есть разброс тепловой энерги и атомов и электронов, то возникает и разброс в частотах: излучается целый спектр частот). Еще излучают электроны при их накачке энерги ей других электронов - электрического тока в кристаллах некоторых веществ (что используется для изготовления люминофоров или излучающих изделий - светодиодов и лазеров). Другие же вещества обладают способностью быть приемными антеннами фотонов, что позволяет изготавливать такие изделия как фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и т.п. - превращая фотоны в заряд электронов.

Любой проводник с движущимися электронами излучает ЭМ волны, а другие, рядом расположенные проводники принимают их, т.к. внешнее поля всегда воздействует на электроны. Излучает электро-проводка в квартире и офисе так, что загорается неоновая лампочка на карандаше-индикаторе электрика, излучают провода электропередач переменного тока, излучают провода работающего компьютера и даже нервы нашего организма, в том числе проводящие волокна мозга (что пытаются использовать для создания интерфейса управления компьютером "мыслью").

Все это позволяет с нужной частотой поляризовать окружающее пространство в виде ЭМП, которые распространяются со скоростью света и могут заставить двигаться электроны в далеком проводнике с той же частотой. Это движение усиливается, фильтруется от всего, кроме этой полезной частоты, несущий сигнал, который модулирует несущую частоту и передает информацию.

Кроме того, эффект индуцированной динамической поляризации среды с порождением ЭМП позволяет непосредственно передавать мощность на расстояние без проводов. Это используется в электромоторах переменного тока, трансформаторах, питании аппаратуры окружающим полем (например, гаджетов в wi - fi поле когда рядом нет розетки для подзарядки).

Рассмотрение сути эффектов ЭМ-полей намного менее зримо-понятно, не имеет обыденных аналогий. Чаще всего это заставляет даже их исследователей не покушаться на понимание их сути, а довольствоваться результатами чисто опытных (читай алхимических) находок и их систематизированных обобщений. Хотя эта область очень хорошо изучена именно в эмпирическ ом плане и очень хорошо формализ овано описана.

Наиболее просто представима передача энерги и путем индуцированной динамической поляризации - работа конденсатора в цепи переменного тока. Напомню, конденсатор это - две металлические поверхности, изолированные слоем диэлектрика или просто вакуумом.

Если конденсатор подключен к источнику постоянного тока электронов, то через сопротивление цепи одна его обкладка заряжается (заполняется) электронами потому, что к другой приложен положительный потенциал , притягивающий эти электроны. Конденсатор будет заряжаться, пока избыток электронов своим отрицательным зарядом скомпенсирует положительный потенциал другой обкладки и новые электроны перестанут притягиваться. Изолятор мешает электронам уйти в обедненную электронами часть цепи. Но слой диэлектрика - намного толще прямого влияния отдельного электрона и "чувствовать" обедненность на другой стороне они непосредственно не могут. Но недостаток электронов на обкладке непосредственно оттягивает на себя хорошо закрепленные с атомами (и потому не свободные) электроны изолятора. Они поворачиваются как можно ближе к положительной обкладке, разворачивая молекулу диэлектрика так, что положительный конец ее оказывается смотрящим в сторону отрицательной обкладки. Теперь этот слой молекул диэлектрика воздействует на последующий в точности как положительная обкладка. Говорят, что материал диэлектрика поляризуется до тех пор, пока электроны на отрицательной обкладке на "почувствуют" непосредственно такое влияние.

А если обкладки изолированы не диэлектриком (веществом, имеющим молекулы заряженные положительно и отрицательно с двух сторон), а вакуумом? Он так же поляризуется. Вакуум - в среднем - пустота, но с постоянно возникающими и пропадающими частицами всех возможных видов, в том числе электронов (подробно см. Флуктуации вакуума и Природа флуктуаций вакуума). Ближайшие к обкладкам виртуальные частицы вакуума чувствуют влияние как заряда электронов на обкладке, так и их недостаток на другой. Т.е. вакуум так же поляризуется (говорят о "диэлектрической проницаемости вакуума"), и это явление называется электрическим полем в вакууме.

Если конденсатор подключен в цепи переменного тока, то возникает динамическая (в движении) переполяризация с каждым изменением полярности тока в цепи. Теперь не только электроны движутся взад-вперед в такт изменениям тока электронов в цепи, но в конденсаторе диполи изолятора или виртуальные поляризованные частицы вакуума (создающие эффект распространения квантов ЭМ поля) двигаются так же согласовано. Разрыва в цепи больше нет потому, что зарядки-разрядки не успевают дойти до предельного накопления-разряда зарядов на обкладках, который и разрывал цепь из-за скомпенсированности потенциал ов. Если при подключении конденсатора к постоянному току в цепи происходило движение электронов только на время заряда обкладок, а потом прекращалось, то в цепи переменного тока движение уже не прекращается: конденсатор проводит переменный ток.

Если емкость конденсатора настолько мала, что он успевает зарядится за период изменения направления тока в цепи, то он перестает проводить, если нет, то он проводит не хуже металлического проводника. Значит, для каждой частоты тока в цепи можно подсчитать такую емкость С конденсатора, которая при его зарядке через сопротивление цепи R, будет на грани проводимости. Это, как уже говорилось раньше - произведение RC, равное T - периоду изменения полярности тока в цепи. Такая цепочка начинает хуже проводить ток данной частоты и может быть использована как фильтр, обрезающий частоту с эффективностью 6 децибел на каждое удвоение частоты (на каждую октаву), т.е. при каждом удвоении частоты проводимость в цепи будет становиться лучше в 4 раза: более низкие частоты (изменения направления тока) будут проводиться хуже, вплоть до почти полной изоляции, а более высокие - лучше.

Как уже говорилось раньше, в одном и том же потоке электронов могут быть сколько угодно более мелких колебаний прямо-назад разной частоты, накладывающихся на общий поток и все вместе определяющие общую картинку потока - форму сигнала. Поэтому RC -цепочка может лучше проводить более высокочастотные колебания и тормозить более низкочастотные, т.е. работать фильтром в течении электронов - фильтром низких частот:

Глушитель в автомобиле работает фильтром высоких частот. Он состоит из трубы (сопротивления) с расширением в виде емкости. Такое же подключение сопротивления и емкости в электро-цепи будет приводить к тем же результатам: подавлению высоких частот:

А вот при рассмотрении трансформаторов и других индуктивных передатчиков эл.энерги и всякие зримые аналогии с трубами-емкостями заканчиваются.

Трансформатор - это, в простейшем случае - две катушки, обычно намотанные вокруг магнитоэлектрика или вообще без каркаса. Во "входной" катушке - переменный ток, вызывает отклик такой же частоты - в "выходной" катушке. В этом плане напоминает конденсатор - как средство передачи эл.энерги и вне проводов. Еще он напоминает антенну - как средство излучения эл.энерги и - входная обмотка и средство ее приема - выходной обмоткой.

На схеме - обозначение трансформатора с одной входной и двумя выходными обмотками. В идеальном случае напряжение на выходной обмотке соответствует пропорции числа витков со входной: Uвых=Uвх.*Nвх./ N вых. Это дает возможность как угодно повышать или понижать напряжение на выходе за счет соотношения числа витков. Т.к. ток электронов на входе обеспечивает соответствующую интенсивность поля, то на выходе, естественно, не может быть общей мощности больше. Если на выходе - меньшее напряжение, то при той же мощности возможно получить больший ток и наоборот.

Чтобы сконцентрировать поле в районе выходной катушки (не рассеивая его напрасно) используются сердечники со способностью поддерживать поле за счет магниточувствительных зерен (магнитных доменов) структуры вещества, которые легко способны менять ориентацию под воздействием поля входной катушки (т.е. в магнитоэлектрическом веществе атомы имеют такие прикрепленные к ним электроны, которые своим спином, определяющим направление элементарного магнитного поля, как магнитики, поворачиваются вслед за полем входной катушки без особых усилий и сопротивления в кристаллической решетке.).

Обмотки, запитываемые постоянным током это - "электромагниты", - имеют постоянную ориентацию индуцированного обмоткой поля и, в этом случае, уже позволяют использовать вещество, более неохотно, с заметными потерями мощности эл.тока, изменяющее ориентацию зерен свой структуры так, что даже после снятия тока в обмотке, сердечник продолжает быть намагниченным.

Чаще всего трансформаторы используют в блоках питания для преобразования напряжений. Отдельно обмотки провода, которые называют "катушками индуктивности " используют намного более широко, чаще всего - в качестве элементов фильтров потому, что они, по сравнению с резисторами, не ограничивают ток электронов сопротивлением их движению, и, кроме того, в сочетании с конденсаторами, обеспечивают в два раза более крутую характеристику фильтрации (из-за специфики резонансного взаимодействия, т.е. гармонической колебательной системы, перераспределяющей эл.энерги ю между индуктивностью и конденсатором - как маятник с резонансом на частоте настройки этой системы).

Невообразимое разнообразие использования свойств "индуктивностей" в эл.схемах - не позволяет даже бегло остановиться на этом:)

Еще одним очень важным эффектом, который используется в эл.схемотехнике, являются "полупроводниковые переходы" или переходная зона между двумя видами полупроводников , обогащенных примесями, придающими им нужные свойства. Главная используемая фишка таких переходов в том, что они создают границу (переход) из двух видов материалов: в первом - носителями электротока являются обычные для металлов электроны, которые находятся в избытке, в свободном состоянии (n-материал), а во втором - носителями эл.тока являются области с нехваткой электрона в кристаллической решетке - "дырками", которые, соответственно, относительно положительно заряжены (p-материал).

Это придает ценные свойства их границе раздела: если изделие повернуто к "плюсу" источника питания своей р-половиной, то эл.ток проходит через него, а если наоборот, то - нет. Но в первом случае нужно некоторое избыточное напряжение, чтобы преодолеть препятствие, всегда возникающее на границе перехода: обедненная область, из-за того, что электроны у границе раздела проходят и, занимая место дырок, это место становится не проводящим. Такая граница называется p-n переходом.

Чтобы преодолеть обедненные с обеих сторон перехода области, нужно приложить напряжение от 0,3 до 0,6 вольт (в зависимости от используемого вещества полупроводников), достаточное для продвижения электронов через обедненную область, и начинает течь ток, но на границе так и остается разность напряжений, которая зависит от протекающего тока и температуры - "падение напряжения", - как это бывает с любым резистором при протекании тока через него, только это падение намного меньше зависит от протекающего тока, т.е. не подчиняется закону Ома.

Когда к переходу сначала прикладывается напряжение, близкое к нулю, ток обеспечивается только примесями. Сначала он нарастает так же, как через обычный резистор по мере увеличения напряжения, но когда напряжение превышает 0,3-0,6 вольт, начинает расти очень быстро - практически весь ток в цепи начинает проходить через переход.

Понимание такой особенности p - n перехода очень важно для создания схем на полупроводниковых переходах.

Изделия из c двоенного полупроводника с p - n переходом называются диодами. Они часто используется по своему прямому назначению: пропускать ток только в одну сторону, что позволяет из переменного тока получить постоянный (см. "выпрямители ").

Если сделать тройной полупроводник: два n-материала, а между ними - очень тонкий - p-материал (или наоборот), то такое изделие не будет проводить, каким бы концом не подключали его к источнику эл.питания. Понятно: как ни крути, а один из переходов оказывается заперт. Такое изделие называют "биполярным" транзистором.

Если приложить положительное напряжение к центральному слою, который называется "базой" n - p - n транзистора, то нижний переход откроется как диод. Но при этом избыток в базе привнесенных носителей начнет компенсировать обедненность верхнего перехода (ведь база - очень тонкая) так, что приложенного напряжения к верхнему переходу ("коллектору") станет более, чем достаточно для того, чтобы ток потек через весь транзистор да так, что падение напряжения на нем может даже оказаться меньше, чем 0,3-0,6 вольта (режим насыщения носителями). Как и в случае ранее рассмотренного полевого транзистора, становится возможным управлять проводимостью устройства и схемы, которые это демонстрировали, годятся и для случая биполярного транзистора, хотя особенности управления и результаты несколько отличаются (главное - тем, что сопротивление полевого транзистора намного больше напоминает сопротивление резистора, не обладая такой крутизной и еще тем, что для открывания биполярного транзистора нужен некоторый ток в базе).

При коммунизме я пытался сделать мощный преобразователь нестабильного сетевого напряжения без силового сетевого трансформатора - в питания устройств, используя доступные тогда самые высоковольтные и мощные биполярные транзисторы совкового производства. Схема была вылизана тщательно, показывала то, что надо, но время от времени что-то такое случалось, и очередная пара транзисторов становилась горелыми кусками железа. Изредка возникал неуловимо короткий, но летальный переходный процесс с тем самым не омическим, а крутым выбросом тока между транзисторами, которого хватало для их гибели, и не находилось никакого лекарства против этого без значительного ухудшения свойств преобразователя. Наконец, я честно принес шефу глубокую миску от собачьего корма, до верху наполненную красивыми, но безжизненными уже железячками, стоившими очень не мало. Шеф очень меня ценил и даже не подумал изречь дежурную гадость. Он ясно понял, что свершилось неразрешимое селяви советской транзистологии в приложении к мощным преобразователям, а так как наше ОКБ занималось не источниками питания, а ультразвуковыми и доплеровскими измерителями скорости, то потраченный месяц - был итак слишком большой платой.

Теперь в блоках питания компов неслышно жужжат высоковольтные заморские полевые транзисторы, неизмеримо более пригодные на такую роль:) с такими характеристиками, о которых в то смутное время можно было лишь мечтать..

Есть еще изделия из четырехслойных структур:) и еще более экзотические,... Но это - уже детали, которые познаются в меру возникающего интереса и практической необходимости:) Поэтому рассмотрение электроники и схемотехники в наиболее общем, мировоззре нческом плане на этом завершается.