Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.
Расчёт напряжения и силы тока[1]
Есть верный способ рассчитать любое из значений в реактивной цепи постоянного тока в любой момент времени.
Расчёт значений в реактивной цепи постоянного тока
Сначала нужно определить начальное и конечное значения для той электрической характеристики, изменению которой препятствует конденсатор или катушка индуктивности , какова бы ни была реактивная составляющая устройства. Для конденсаторов это напряжение ; для индуктивных элементов – сила тока. Когда переключатель в цепи замыкается (или размыкается), реактивный элемент пытаться поддерживать количество «своей» характеристики на том же уровне, что и до переключения, так что данное значение можно использоваться в качестве «начального».
Конечное значение – это то, каким оно будет для электрической характеристики спустя неопределённо долгое время. Это можно определить путём анализа ёмкостной цепи , в которой конденсатор размыкает цепь, или катушка индуктивности создаёт короткое замыкание , ибо именно так эти компоненты повели бы себя, если бы достигли состояния абсолютно «полной зарядки» через неопределённо большое количество времени.
Следующим делом нужно вычислить постоянную времени схемы: под этим понятием подразумевается время, необходимое для изменения значений напряжения или силы тока примерно на 63% от начального значения до конечного в переходной ситуации.
В последовательной RC-цепи постоянная времени равна полному сопротивлению в омах, умноженному на общую ёмкость в фарадах (т.е. = R×C). Для последовательной L/R-цепи – это общая индуктивность в генри, делённая на общее сопротивление в омах (т.е. = L/R). В любом случае постоянная времени выражается в секундах и обозначается греческой буквой «тау» (τ):
Рис. 1. Постоянная времени в формулах для RC- и L/R-цепей.
Повышение или понижение таких характеристик цепи, как общее напряжение и общая сила тока, как реакция на переходный процесс , как упоминалось ранее, являются асимптотическими . При этом значения начинают быстро меняться вскоре после запуска переходного процесса и со временем стабилизируются. Если эти приближения к своим конечным значениям для напряжения и тока отобразить на графике, то они будут в виде экспоненциальных кривых .
Как уже упоминалось, постоянная времени – это то количество времени, которое требуется, чтобы любое из этих значений (напряжение или сила тока ) изменилось примерно на 63 процента, начиная от начального значения до конечного. Причём постоянная времени может вычисляться не единожды, после того как изменилась характеристика за прошедшие 63% времени, фиксируется новое начальное значение и с учётом следующих 63% времени от нового начального значения до конечного можно снова рассчитывать следующий скачок в изменении характеристики. Математическая формула для определения точного процента довольно проста:
Рис. 2. Уравнение для определения точных процентов изменения по прошествии времени.
Буква e обозначает число Эйлера , которое приблизительно равно 2,7182818. Такой результат получен с помощью методов исчисления в результате математического анализа асимптотического изменения значений для электрических характеристик схемы. По прошествии времени, равного одной постоянной времени , процент изменения от начального значения до конечного значения составляет:
Рис. 3. Уравнение для определения точных процентов по прошествии одной постоянной времени.
По прошествии двух постоянных времени процент изменения от начального значения до конечного значения составляет:
Рис. 4. Уравнение для определения точных процентов по прошествии двух постоянных времени.
По истечении, к примеру, десяти постоянных времени процентное соотношение составляет:
Рис. 5. Уравнение для определения точных процентов по прошествии десяти постоянных времени.
Чем больше времени проходит с самого первого момента подачи кратковременного напряжения от батареи, тем больше значение знаменателя дроби, что даёт меньшее значение для всей дроби, в результате чего общая сумма (1 минус дробь со степенью числа e) приближается к 1, или, если перевести в проценты, к 100%.
Универсальная формула постоянной времени
Из этого уравнения можно вывести более универсальную формулу для определения значений напряжения и силы тока в переходных цепях, умножив эту величину на разницу между конечным и начальным значениями цепи:
Рис. 6. Универсальная формула с использованием постоянной времени для расчёта изменения напряжения или силы тока спустя определённое время.
Давайте проанализируем рост напряжения в цепи с последовательным соединением «резистор -конденсатор », показанной в начале главы.
Рис. 7. Снова схема, рассмотренная в разделе «2. Переходные процессы в цепях с конденсатором».
Обратите внимание, мы будем анализировать напряжение, потому что значение электроёмкости , как правило, остаётся постоянным. Хотя формула довольно хорошо работает для силы тока, начальные и конечные значения силы тока фактически выводятся из значений для напряжения конденсатора , поэтому расчёт напряжения является первичным. Сопротивление составляет 10 кОм, а ёмкость 100 мкФ (микрофарад). Поскольку постоянная времени (τ) для RC-цепи является произведением сопротивления и ёмкости , мы получаем значение для «тау», равное 1 секунде:
Рис. 8. Уравнение для нахождения постоянной времени для данной конкретной цепи.
Если конденсатор запускается в полностью разряженном состоянии (0 вольт), то мы можем использовать это значение напряжения в качестве «начального» значения. Конечным значением, конечно же, будет полное напряжение аккумулятора (15 вольт). Наша универсальная формула для напряжения конденсатора в этой схеме выглядит так:
Рис. 9. Формула для вычисления напряжения конденсатора спустя время после замыкания цепи.
Спустя 7,25 секунды после подачи напряжения (после того, как замкнули переключатель ), напряжение конденсатора увеличится на следующую величину:
Рис. 10. Напряжение на конденсаторе спустя 7,25 секунд после того, как замкнули цепь.
Поскольку изначально напряжение на конденсаторе было равно 0 вольт, это увеличение на 14,989 вольт означает, что у нас через 7,25 секунды напряжение на конденсаторе будет равным 14,989 вольт.
Та же формула используется и для определения силы тока в этой цепи. Поскольку мы знаем, что разряженный конденсатор изначально действует как короткое замыкание , пусковой ток будет максимально возможным: 15 вольт (от батареи) разделенные на 10 кОм (единственное, что сразу противодействует току в цепи):
Рис. 11. Определение начальной силы тока в цепи по формуле Закона Ома.
Мы также знаем, что конечный ток будет равен нулю, поскольку конденсатор в итоге будет вести себя как разомкнутый участок цепи, т.е. электроны в итоге по цепи перемещаться не будут. Теперь, когда известно как начальное, так и конечное значения силы тока, можно использовать нашу универсальную формулу для определения тока спустя 7,25 секунды после замыкания переключателя в этой же RC-цепи:
Рис. 12. Сила тока на конденсаторе спустя 7,25 секунд после того, как замкнули цепь.
Обратите внимание, что полученное значение изменения отрицательное, а не положительное! Это говорит о том, что сила тока со временем уменьшилась, а не увеличилась. Поскольку мы начали с тока 1,5 мА, это уменьшение (-1,4989 мА) означает, что у нас есть 0,001065 мА (1,065 мкА) спустя 7,25 секунды.
Мы также могли бы определить силу тока в цепи в момент времени = 7,25 секунды, вычтя напряжение конденсатора (14,989 В) из напряжения батареи (15 В), чтобы получить падение напряжения на резисторе с сопротивлением 10 кОм, а затем рассчитав силу тока, проходящего через резистор (а так как цепь последовательная, то это будет и общая сила тока) по закону Ома (I = E/R). В любом случае ответ будет тот же:
Рис. 13. Альтернативный расчёт силы тока с тем же результатом.
Использование универсальной формулы постоянной времени для анализа индуктивных цепей
Универсальная формула постоянной времени также хорошо работает для анализа индуктивных цепей. Давайте применим его к нашему примеру L/R-цепи в начале главы:
Рис. 14. Снова схема, рассмотренная в разделе «3. Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности» .
При индуктивности 1 генри и последовательном сопротивлении 1 Ом наша постоянная времени равна 1 секунде:
Рис. 15. Определяем постоянную времени.
Поскольку это индуктивная цепь , и мы знаем, что индуктивные элементы противодействуют изменению силы тока, используем в нашей формуле постоянной времени начальное и конечное значения силы тока. Если в самом начале переключатель находится в разомкнутом положении, сила тока равна нулю, поэтому ноль будет нашим начальным значением для силы тока.
После того, как переключатель оставался замкнутым в течение длительного времени, ток стабилизируется до своего конечного значения, равного напряжению источника, делённому на общее сопротивление цепи (I = E/R), или 15 ампер в случае этой конкретной цепи.
Если бы мы хотели определить значение тока через 3,5 секунды, мы бы применили универсальную формулу постоянной времени в чистом виде:
Рис. 16. С помощью постоянной времени вычисляем изменение силы тока спустя 3,5 секунды.
Учитывая тот факт, что наш пусковой ток был равен нулю, это даёт нам силу тока цепи 14,547 А за время 3,5 секунды спустя после того, как переключатель замкнул цепь.
Для определения напряжения в индуктивной цепи лучше всего сначала рассчитать силу тока в цепи, а затем рассчитать падение напряжения с учётом сопротивления, чтобы определить, чему пока ещё равно напряжение на катушке индуктивности , прежде чем оно упадёт до нуля. С одним резистором в нашей схеме (имеющим сопротивления 1 Ом) это довольно просто:
Рис. 17. Расчёт падений напряжения с учётом сопротивления в цепи.
Если полученное значение вычесть из полного напряжения нашей батареи 15 вольт, то на катушке индуктивности останется 15 В – 14,547 В = 0,453 вольт за время = 3,5 секунды после того, как переключатель замкнул цепь.
Итог
Рис. 18. Универсальная формула с использованием постоянной времени для расчёта изменения напряжений или силы тока спустя определённое время.
Чтобы проанализировать RC- или L/R=-цепь, выполните следующие действия:
(1): Определите постоянную времени для контура (RC или L/R?).
(2): Определите электрическую характеристику, которая должна быть вычислена (которой прямо противодействует реактивная составляющая ). Для конденсаторов это напряжение; для катушек индуктивности это сила тока.
(3): Определите начальное и конечное значения для этой характеристики.
(4): Подставьте все значения (конечное и начальное значения, время, постоянная времени ) в универсальную формулу постоянной времени и найдите изменение количества.
(5): Если начальное значение было нулевым, то фактическое значение в указанное время равно вычисленному с помощью универсальной формулы изменению. Если нет, добавьте изменение к начальному значению, чтобы узнать, чему оно будет равно в итоге.
См.также
Внешние ссылки
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.
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