Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.
Как вольтметр влияет на измеряемую цепь[1]
Каждый измеритель в некоторой степени влияет на контур, который он измеряет, точно так же, как любой манометр слегка изменяет измеренное давление в шине, поскольку при подключении измерительного прибора немного стравливается воздух. Хотя некоторые потери в любом случае неизбежны, их можно минимизировать за счёт удачной конструкции расходомера.
Схема делителя напряжения
Поскольку вольтметры всегда подключаются параллельно тестируемому компоненту или компонентам, любой ток, проходящий через вольтметр, будет создавать погрешность для значения общей силы тока на тестируемом участке цепи, потенциально влияя на измеряемое напряжение. Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление, в этом случае он вообще не потребляет ток из тестируемой цепи. Однако идеальные вольтметры существуют только на страницах учебников, а не в реальной жизни! Возьмём следующую схему делителя напряжения в качестве крайнего примера того, как реалистичный вольтметр может повлиять на схему, которую он измеряет:
Рис. 1. Схема делителя напряжения.
При отсутствии вольтметра, подключенного к цепи, на каждом резисторе с сопротивлением 250 МОм в последовательной цепи должно быть напряжение ровно 12 Вольт, так как оба резистора равного номинала делят общее напряжение (24 В) точно пополам. Однако, если рассматриваемый вольтметр имеет сопротивление между выводами 10 МОм (это стандартное значение для современного цифрового вольтметра), его сопротивление создаст параллельную подсхему вкупе с нижним резистором при подключении:
Рис. 2. Вольтметр вместе с нижним резистором создаёт параллельную подцепь.
Это имеет заметный эффект: сопротивление нижней части схемы (где находятся нижний резистор и подключённый к нему вольтметр) падает с 250 МОм до 9,615 МОм (250 МОм и 10 МОм параллельны и их общее сопротивление рассчитывается по соответствующей формуле), что резко перераспределит напряжение в цепи. На нижнем резисторе теперь будет намного меньше напряжения, чем было до подключения вольтметра, а на верхнем резисторе - намного больше.
Рис. 3. После подключения вольтметра напряжение на обоих резисторах теперь не по 12 вольт.
Делитель измеряемого напряжения
Делитель напряжения с сопротивлением 250 МОм и 9,615 МОм разделит 24 В на части – 23,1111 В и 0,8889 В соответственно. Поскольку вольтметр является частью этого сопротивления 9,615 МОм, он именно это и покажет: 0,8889 вольт.
Теперь вольтметр может показывать напряжение только того участка, к которому он подключен. Он не «знает», что на нижнем резисторе 250 МОм упал потенциал с 12 вольт до того, как измеритель был подключен к этому участку. Сам факт подключения вольтметра к цепи делает его частью цепи, а собственное сопротивление вольтметра изменяет соотношение сопротивлений цепи делителя напряжения, следовательно, влияет на измеряемое напряжение.
Как работает вольтметр?
Представьте себе использование манометра в шинах, для работы которого требуется настолько большой объём воздуха, что он может спустить воздух из любой шины, к которой он подключен. Количество воздуха, потребляемого манометром во время измерения давления в шине, аналогично току, затрачиваемому движителем вольтметра для того, чтобы переместить стрелку вдоль шкалы. Чем меньше воздуха требуется манометру для работы, тем меньше он будет спускать воздух из тестируемой шины. Чем меньше ток, потребляемый вольтметром для приведения в действие стрелки, тем меньше он нагружает тестируемую цепь.
Этот эффект называется нагрузкой, и он в той или иной степени присутствует в каждом случае использования вольтметра. Показанный здесь сценарий является наихудшим, когда сопротивление вольтметра существенно ниже, чем сопротивление резистора. Некоторая степень нагрузки присутствует всегда, из-за чего счётчик показывает напряжение ниже фактического. Очевидно, что чем выше сопротивление вольтметра, тем меньше нагрузка на тестируемую цепь, и поэтому идеальный вольтметр имеет бесконечное внутреннее сопротивление.
Вольтметрам с электромеханическими механизмами обычно присваиваются значения в диапазоне «Ом на вольт», чтобы обозначить величину нагрузки на цепь, создаваемой током, потребляемым движителем. Поскольку подобные измерители полагаются на разные значения резисторов-умножителей для получения разных диапазонов измерения, их сопротивление между выводами будет изменяться в зависимости от того, на какой диапазон они установлены. Цифровые вольтметры, с другой стороны, часто демонстрируют постоянное сопротивление на измерительных выводах независимо от настройки диапазона (но не всегда!). Поэтому они обычно измеряются просто в омах входного сопротивления, а не чувствительности «Ом на вольт».
«Ом на вольт» означает, что сколько Ом сопротивления между выводами приходится на каждый вольт диапазона, установленного на селекторном переключателе. В качестве примера возьмем наш пример вольтметра из последнего раздела:
Рис. 4. Пример вольтметра, рассмотренного в предыдущем разделе.
По шкале 1000 вольт общее сопротивление составляет 1 МОм (999,5 кОм + 500 Ом), что дает 1000000 Ом на 1000 вольт диапазона или 1000 Ом на 1 вольт (1 кОм/В). Этот рейтинг «чувствительности» в омах на вольт остаётся постоянным для любого диапазона данного измерителя:
Рис. 5. Рейтинг чувствительности Ом на вольт не меняется при переключении на другой рабочий диапазон.
Проницательный читатель заметит, что номинальное сопротивление любого измерителя определяется одним фактором: силой тока для полной шкалы механизма, в данном случае 1 мА. «Ом на вольт» – это математическая величина, обратная «вольту на Ом», которая определяется законом Ома как сила тока (I = E/R). Следовательно, сила тока на полной шкале движителя определяет чувствительность измерителя Ом/вольт, независимо от того, какие диапазоны разработчик предусмотрел с помощью резисторов-умножителей. В этом случае номинальная сила тока для полной шкалы измерительного механизма в 1 мА даёт ему чувствительность вольтметра 1000 Ом/В независимо от того, как мы измеряем его с помощью резисторов-умножителей.
Чтобы свести к минимуму нагрузку вольтметра на любую схему, разработчик должен стремиться минимизировать потребление тока его движителя. Это может быть достигнуто если изменить саму конструкцию для обеспечения максимальной чувствительности (меньше тока требуется для полного отклонения стрелки на шкале), но здесь нужно соблюсти компромисс: ведь более чувствительный механизм и более хрупок.
Другой подход – это усиление тока, именно того, который подаётся на прибор, тогда от самой тестируемой цепи требуется очень небольшой по силе ток. Эта специальная электронная схема известна как усилитель, а построенный таким образом вольтметр является усиленным вольтметром.
Рис. 6. Усиленный вольтметр.
Внутренняя работа усилителя слишком сложна, чтобы обсуждать её здесь и сейчас, но достаточно сказать, что схема позволяет измеренному напряжению контролировать, какая сила тока от батареи направляется на движитель счётчика. Таким образом, потребность механизма в токе в основном обеспечивается внутренней батареей самого вольтметра, а не источником питания проверяемой схемы. Усилитель по-прежнему нагружает тестируемую цепь в некоторой степени, но такая нагрузка обычно в сотни или даже тысячи раз меньше, чем нагрузка от измерительного движителя.
Вольтметры с вакуумной трубкой (ВВТ)
До появления полупроводников, известных как полевые (униполярные) транзисторы, вакуумные трубки использовались в качестве усилительных устройств. Такие вольтметры с вакуумной трубкой (ВВТ) когда-то были очень популярными приборами для электронных испытаний и измерений. Вот фотография очень старого ВВТ с трубкой в открытом виде!
Рис. 7. Старый вольтметр с вакуумной трубкой.
Теперь схемы усилителя на твердотельных транзисторах решают ту же задачу при разработке цифровых измерителей. Хотя этот подход (использование усилителя для увеличения тока измеряемого сигнала) работает хорошо, он значительно усложняет конструкцию измерителя, делая почти невозможным для начинающего студента-электронщика понять его внутреннюю работу.
Последнее и оригинальное решение проблемы нагрузки вольтметра – это потенциометрический или нуль-балансировочный индикатор. Это не требует продвинутых (электронных) схем или чувствительных устройств, таких как транзисторы или электронные лампы, но понадобится больше усилий опытного технического специалиста. В потенциометрическом приборе прецизионно регулируемый источник напряжения сравнивается с измеренным напряжением, а чувствительное устройство, называемое нуль-индикатором, используется для индикации равенства двух напряжений.
В некоторых схемных решениях для обеспечения регулируемого напряжения используется прецизионный потенциометр, такие схемы ещё называют потенциометрическими. Если напряжения равны, из проверяемой цепи будет подаваться нулевой ток, и, следовательно, на измеренное напряжение это не влияет. Легко показать, как это работает, на нашем последнем примере – схеме высоковольтного делителя напряжения:
Рис. 8. Измерение напряжения с помощью потенциометра.
Нуль-индикатор
«Нуль-индикатор» – это чувствительное устройство, способное указывать на наличие очень малых напряжений. Если в качестве нуль-индикатора используется электромеханический датчик, он будет иметь пружинно-центрированную стрелку, которая может отклоняться в любом направлении, чтобы быть полезной для индикации напряжения любой полярности. Поскольку цель нуль-индикатора – точно указать состояние нулевого напряжения (т.е. отсутствие напряжения), а не указывать какую-либо конкретную (ненулевую) величину, как это делал бы обычный вольтметр, – то шкала используемого прибора не имеет значения. Нуль-индикаторы обычно разрабатываются так, чтобы быть максимально чувствительными, дабы более точно указывать на «нулевое» или «равновесное» (т.е. имеющее нулевое напряжение) состояние.
Чрезвычайно простой тип нуль-индикатора – это аудионаушники, динамики которых выступают в роли своего рода измерительного движителя. Когда к динамику изначально подаётся постоянное напряжение, возникающий через него ток будет перемещать диффузор динамика и производить слышимый щелчок. При отключении источника постоянного тока будет слышен ещё один щелчок. Основываясь на этом принципе, чувствительный нуль-индикатор может быть сделан просто из наушников и переключателя мгновенного действия:
Рис. 9. Нуль-индикатор, состоящий из наушников и переключателя мгновенного действия.
Если для этой цели используются 8-омные наушники, их чувствительность можно значительно повысить, подключив к трансформатору. В трансформаторе используются принципы электромагнетизма для преобразования (трансформации) уровней напряжения и силы тока в импульсы электрической энергии. В этом случае тип используемого прибора – понижающий трансформатор. Он преобразует слаботочные импульсы (создаваемые путем замыкания и размыкания кнопочного переключателя при подключении к небольшому источнику напряжения) в более сильные импульсы, чтобы более эффективно управлять диффузорами динамиков внутри наушников.
Трансформатор «аудиовыхода» с коэффициентом импеданса (т.е. полного сопротивления) 1000:8 идеально подходит для этой цели. Трансформатор также увеличивает чувствительность индикатора, накапливая энергию слаботочного сигнала в магнитном поле для внезапного выброса в динамики наушников при размыкании переключателя. Таким образом, он будет производить более громкие «щелчки» для обнаружения более слабых сигналов:
Рис. 10. Если использовать наушники вместе с трансформатором аудиовыхода, то получится ещё более чувствительный нуль-индикатор.
Подключенное к потенциометрической схеме устройство переключатель/трансформатор/наушники используется в качестве нуль-индикатора:
Рис. 11. Переключатель, трансформатор, наушники – составляющие нуль-индикатора на данной схеме.
Назначение любого нуль-индикатора – действовать как лабораторные весы, показывая, когда два напряжения равны (т.е. если наблюдается отсутствие напряжения между точками 1 и 2) и ничего более. Балансир лабораторных весов фактически ничего не весит; скорее, это просто указывает на равенство между неизвестной массой и набором стандартных (калиброванных) масс (или попросту - гирек).
Рис. 12. Балансир для лабораторных весов
Аналогично и нуль-индикатор просто указывает, когда напряжения между точками 1 и 2 равно, что (согласно правилу Кирхгофа о напряжении) будет происходить, когда регулируемый источник напряжения (на схемах обозначается символом источника питания с диагональной стрелкой, проходящей через него) точно равен перепаду напряжения для резистора R2.
При работе с этим прибором техник вручную регулирует выход прецизионного источника напряжения до тех пор, пока нуль-индикатор не показывает точно ноль (при использовании аудионаушников в качестве нуль-индикатора, техник несколько раз щёлкает кнопочный переключатель, прислушиваясь к тишине, чтобы определить, является ли схема «сбалансированной»). Затем отмечается напряжение источника, показываемое вольтметром, подключенным к прецизионному источнику напряжения. Это показание и является напряжением на нижнем резисторе 250 МОм:
Рис. 13. Определение напряжения на нижнем резисторе с помощью нуль-индикатора.
Вольтметр, используемый для прямого измерения прецизионного источника, не обязательно должен иметь чрезвычайно высокую чувствительность Ом/вольт, поскольку источник питания генерирует весь ток, необходимый для работы. Пока на нуль-индикаторе имеется нулевое напряжение, между точками 1 и 2 будет нулевой ток, что означает отсутствие нагрузки на тестируемую схему делителя.
Стоит ещё раз подчеркнуть тот факт, что данный метод при правильном выполнении практически не нагружает измеряемую цепь. В идеале он абсолютно не нагружает тестируемую схему, но для того, чтобы этого достичь, на нуль-индикаторе должен быть абсолютно нулевое напряжение, что потребует бесконечной чувствительности самого нуль-индикатора и идеального баланса напряжения от регулируемого источника напряжения. Однако, несмотря на практическую невозможность достижения абсолютно нулевой нагрузки, потенциометрическая схема по-прежнему является отличным методом измерения напряжения в цепях с высоким сопротивлением. И в отличие от электронного усилителя, который решает проблему с помощью передовых технологий, потенциометрический метод обеспечивает гипотетически идеальное решение, используя фундаментальный закон электричества (правило Киргхофа).
Итог:
• Идеальный вольтметр имеет бесконечное сопротивление.
• Слишком низкое внутреннее сопротивление вольтметра отрицательно сказывается на измеряемой цепи.
• Вольтметры с вакуумной трубкой (ВВТ), транзисторные вольтметры и потенциометрические схемы - всё это средства минимизации нагрузки на измеряемую цепь. Из данных методов потенциометрический («нуль-балансировочный») метод - единственный, способный обеспечить нулевую нагрузку на цепь.
• Нуль-индикатор представляет собой устройство, подстроенное для максимальной чувствительности к малому напряжению или току. Он используется в цепи потенциометрического вольтметра для индикации отсутствия напряжения между двумя точками, которое указывает на состояние баланса между регулируемым источником напряжения и измеряемым напряжением.
См.также
Партнерские ресурсы |
---|
Криптовалюты |
|
---|
Магазины |
|
---|
Хостинг |
|
---|
Разное |
- Викиум - Онлайн-тренажер для мозга
- Like Центр - Центр поддержки и развития предпринимательства.
- Gamersbay - лучший магазин по бустингу для World of Warcraft.
- Ноотропы OmniMind N°1 - Усиливает мозговую активность. Повышает мотивацию. Улучшает память.
- Санкт-Петербургская школа телевидения - это федеральная сеть образовательных центров, которая имеет филиалы в 37 городах России.
- Lingualeo.com — интерактивный онлайн-сервис для изучения и практики английского языка в увлекательной игровой форме.
- Junyschool (Джунискул) – международная школа программирования и дизайна для детей и подростков от 5 до 17 лет, где ученики осваивают компьютерную грамотность, развивают алгоритмическое и креативное мышление, изучают основы программирования и компьютерной графики, создают собственные проекты: игры, сайты, программы, приложения, анимации, 3D-модели, монтируют видео.
- Умназия - Интерактивные онлайн-курсы и тренажеры для развития мышления детей 6-13 лет
- SkillBox - это один из лидеров российского рынка онлайн-образования. Среди партнеров Skillbox ведущий разработчик сервисного дизайна AIC, медиа-компания Yoola, первое и самое крупное русскоязычное аналитическое агентство Tagline, онлайн-школа дизайна и иллюстрации Bang! Bang! Education, оператор PR-рынка PACO, студия рисования Draw&Go, агентство performance-маркетинга Ingate, scrum-студия Sibirix, имидж-лаборатория Персона.
- «Нетология» — это университет по подготовке и дополнительному обучению специалистов в области интернет-маркетинга, управления проектами и продуктами, дизайна, Data Science и разработки. В рамках Нетологии студенты получают ценные теоретические знания от лучших экспертов Рунета, выполняют практические задания на отработку полученных навыков, общаются с экспертами и единомышленниками. Познакомиться со всеми продуктами подробнее можно на сайте https://netology.ru, линейка курсов и профессий постоянно обновляется.
- StudyBay Brazil – это онлайн биржа для португалоговорящих студентов и авторов! Студент получает уникальную работу любого уровня сложности и больше свободного времени, в то время как у автора появляется дополнительный заработок и бесценный опыт.
- Автор24 — самая большая в России площадка по написанию учебных работ: контрольные и курсовые работы, дипломы, рефераты, решение задач, отчеты по практике, а так же любой другой вид работы. Сервис сотрудничает с более 70 000 авторов. Более 1 000 000 работ уже выполнено.
- StudyBay – это онлайн биржа для англоязычных студентов и авторов! Студент получает уникальную работу любого уровня сложности и больше свободного времени, в то время как у автора появляется дополнительный заработок и бесценный опыт.
|
---|
Внешние ссылки
Теория по электронике |
---|
Постоянный ток |
---|
Основные концепты электричества |
• Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов |
---|
Закон Ома |
• Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей |
---|
Правила электробезопасности |
• Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека |
---|
Экспоненциальная запись и метрические приставки |
• Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE |
---|
Последовательные и параллельные электрические цепи |
• Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи |
---|
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа |
• Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ) |
---|
Комбинированные последовательно-параллельные схемы |
• Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей |
---|
Измерения в электрических цепях постоянного тока |
• Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор |
---|
Сигналы электрического оборудования |
• Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики |
---|
Анализ сети постоянного тока |
• Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования |
---|
Батареи и системы питания |
• Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей |
---|
Физика проводников и диэлектриков |
• Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика |
---|
Конденсаторы |
• Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы |
---|
Магнетизм и электромагнетизм |
• Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция |
---|
Катушки индуктивности |
• Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности |
---|
Постоянные времени в RC и L/R цепях |
• Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени |
---|
Переменный ток |
---|
Основы теории переменного тока |
• Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио |
---|
Комплексные числа |
• Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока |
---|
Реактанс и импеданс – Индуктивность |
• Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»? |
---|
Реактанс и импеданс – Ёмкость |
• Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов |
---|
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи |
• Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге? |
---|
Резонанс |
• Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи |
---|
Сигналы переменного тока смешанной частоты |
• Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях |
---|
Фильтры |
• Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам |
---|
Трансформаторы |
• Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы |
---|
Многофазные цепи переменного тока |
• Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности |
---|
Коэффициент мощности |
• Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности |
---|
Измерение цепей переменного тока |
• Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока |
---|
Двигатели переменного тока |
• Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока |
---|
Линии передачи |
• Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы |
---|
Полупроводники |
---|
Усилители и активные устройства |
• От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы |
---|
Теория твердотельных приборов |
• Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE |
---|
Диоды и выпрямители |
• Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE |
---|
Биполярные транзисторы |
• Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП) |
---|
Полевые транзисторы |
• Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET) |
---|
Полевые транзисторы с изолированным затвором |
• Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором |
---|
Тиристоры |
• Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением |
---|
Операционные усилители |
• Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей |
---|
Практические аналоговые полупроводниковые схемы |
• Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы |
---|
Приводы двигателей постоянного тока |
• Широтно-импульсная модуляция |
---|
Электронные лампы |
• Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники |
---|
Цифровая электроника |
---|
Системы счисления |
• Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления |
---|
Двоичная арифметика |
• Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов |
---|
Логические вентили |
• Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы |
---|
Переключатели |
• Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов |
---|
Электромеханические реле |
• Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле |
---|
Релейная логика |
• «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК) |
---|
Булева алгебра |
• Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения |
---|
Карты Карно |
• Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными |
---|
Функции комбинационной логики |
• Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем |
---|
Мультивибраторы |
• Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы |
---|
Схемы последовательностей |
• Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы |
---|
Сдвиговые регистры |
• Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики |
---|
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования |
• Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП |
---|
Цифровая связь |
• Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи |
---|
Цифровое хранилище (память) |
• Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы» |
---|
Принципы цифровых вычислений |
• Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование |
---|
Справочные материалы |
---|
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта |
• Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения |
---|
Цветовая маркировка |
• Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки |
---|
Таблицы проводников и диэлектриков |
• Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов |
---|
Справочник по алгебре |
• Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения |
---|
Справочник по тригонометрии |
• Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции |
---|
Справочник по исчислению |
• Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения |
---|
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем |
• Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей |
---|
Устранение неполадок – теория и практика |
• Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки |
---|
Схематические обозначения элементов цепи |
• Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы |
---|
Периодическая таблица химических элементов |
• Таблица Менделеева |
---|
Эксперименты |
---|
Введение |
• Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию |
---|
Основные концепции и испытательное оборудование |
• Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией |
---|
Электрические цепи постоянного тока |
• Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения |
---|
Электрические цепи переменного тока |
• Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь |
---|
Дискретные полупроводниковые схемы |
• Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель |
---|
Аналоговые интегральные схемы |
• Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B |
---|
Цифровые интегральные схемы |
• Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей |
---|
Таймерные схемы 555 |
• Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах |
---|