Электроника

Сообщение

: Электроника - краткая теория; Screenshot_1.jpg (146.21 КБ) 2635 просмотров

Содержание
Мост Уитстона
Тензометрический датчик
Диод
Диоды и их использование
Диод Зенера / проверка диодов
Транзистор
Полевой МОП-транзистор (MOSFET)
Тиристор
Светодиод
ЖКИ
Термистор
Пьезоэффект
Эффект Холла
Электромагнитная совместимость
Смешанное напряжение и конденсатор
Различные типы помех
Согласующий / нагрузочный резистор
Принцип работы осциллографа

Сообщение

Мост Уитстона

: Мост Уитстона; Screenshot_2.jpg (136.55 КБ) 2634 просмотра

Мост Уитстона представляет собой электрическую схему для прецизионного сравнения сопротивлений. Он используется во многих приборах для измерения изменяющихся/ неизвестных параметров. Мост Уитстона состоит из источника питания и из измерительного прибора, соединяющего два параллельных плеча, содержащих четыре резистора. В одном плече содержится один резистор с известным сопротивлением и один резистор с неизвестным сопротивлением (RХ в приведенном примере); во втором плече включены 2 резистора с известным сопротивлением. Чтобы определить сопротивление неизвестного резистора, сопротивления остальных резисторов регулируются и уравновешиваются до тех пор, пока ток через вольтметр (напряжение моста) не упадет до нуля. Если напряжение на обоих плечах одинаково, напряжение моста равно нулю. В этом случае говорят, что мост сбалансирован. В этом состоянии сопротивление RХ можно определить по формуле: RХ = RN × R3/R4. Мост Уитстона также хорошо подходит для измерения небольших изменений сопротивления, и поэтому его применяют для измерения изменения сопротивления в тензометрических датчиках. Известно, что тензометрический датчик преобразует приложенное к нему натяжение в пропорциональное изменение сопротивления.

Сообщение

Тензометрический датчик

: Тензометрический датчик; Screenshot_3.jpg (173.59 КБ) 2634 просмотра

Тензометрический датчик используется уже много лет и является основным чувствительным элементом для многих типов датчиков, включая датчики давления, датчики нагрузки, датчики крутящего момента, датчики положения и т. д. Принцип работы заключается в следующем: при натягивании полоски проводящего металла она становится тоньше и длиннее, в результате чего сопротивление между ее концами увеличивается. И наоборот, если на полоску действует сила сжатия, она становится шире и короче, при этом ее сопротивление уменьшается. Если действующие нагрузки не превышают предела упругости металлической полоски, ее можно использовать в качестве чувствительного элемента для измерения отклонения и/или силы, при этом величину приложенной силы можно вычислить, измерив сопротивление полоски. В большинстве тензометрических датчиков используется фольга из металла с высоким удельным сопротивлением, наклеенная на подложку. Тензодатчик включается в мост Уитстона как четыре активных датчика (мостовая схема), два датчика (полу мостовая схема) и реже как один датчик (четверть мостовая схема). В случае полу мостовой и четверть мостовой схем мост дополняется прецизионными резисторами. К мостовой схеме подключаются стабилизированный источник постоянного тока и дополнительная электроника, которую можно обнулить в точке измерения. Как только к тензодатчику прикладывается нагрузка, сопротивление изменяется, что приводит к разбалансировке моста Уитстона. В результате на выходе образуется сигнал, величина которого зависит от приложенной нагрузки. Если сопротивления всех четырех резисторов (R1-R4) и напряжение источника питания (V) известны, напряжение на мосте (V моста) можно найти, вычислив напряжение на каждом из делителей напряжения и вычтя одно из другого.

Сообщение

Диод

: Диод теория; Screenshot_4.jpg (286.82 КБ) 2631 просмотр

Помимо проводников и изоляторов существует еще и третья группа — полупроводники. Полупроводники проводят электрический ток не постоянно, а только при определенных условиях. Из-за этого они занимают место между проводниками и изоляторами. Цифровые сигналы, формируемые датчиками, и системы управления, используемые в современных автомобилях, в большинстве случаев используют полупроводниковую технологию. Поэтому рассмотрим полупроводники подробнее. Способность полупроводников проводить электрический ток сильно зависит от таких параметров, как давление, температура, освещенность и т. д. Наиболее сильно влияющий фактор определяется конструкцией полупроводникового прибора. Существуют как собственные (чистые), так и легированные полупроводники. В случае собственных полупроводников в электронных устройствах может применяться чистый необработанный материал. Для большинства материалов требуется специальная обработка, так называемое легирование. Легирование означает ввод постороннего материала для придания полупроводниковых свойств. При легировании количество свободных электронов уменьшается или увеличивается. Если количество электронов увеличивается, это N-легирование, а если уменьшается, т. е. образуются так называемые дырки, это Р-легирование. В технике применяется сочетание N- и P легированных материалов. Прибор, в котором имеется лишь одна P легированная и одна N легированная зоны, называется диодом. Так как на PN переходе проводимость сильно уменьшается, избыточные электроны из N зоны заполняют дырки в P зоне. При этом создается нейтральная зона, которая увеличивается при подаче напряжения обратной полярности (минус к P зоне, а плюс к N зоне). Поэтому ток в этом случае не протекает. Это продолжается, пока напряжение не увеличится до определенного предела. Если напряжение слишком высокое, наступает пробой и через диод внезапно начинает протекать ток большой силы. Диод в этом случае повреждается. Однако если напряжение приложено в прямом направлении, полупроводник (диод) обретает свойство проводимости и через него начинает проходить электрический ток, не повреждая диод.

Сообщение

Диоды и их использование

: Диоды и их использование; Screenshot_5.jpg (140.5 КБ) 2631 просмотр

Как можно понять из предыдущего объяснения, диод можно рассматривать как однохо-довой клапан для электрического тока. Поэтому диод находит множество применений в электронных схемах и устройствах. На рисунке слева показана типовая электрическая схема управления приводом. Питание подается через контакты реле, которым управляет транзистор. В реле встроен диод, предназначенный для подавления самоиндукции, приводящей к образованию пиков напряжения (так называемое импульсное напряжение) в обмотке реле в момент выключения питания. Необходимо защитить устройство-потребитель, особенно если это электронная схема или прибор. При выключении реле за счет самоиндукции в цепи увеличивается напряжение, однако за счет диода оно направляется обратно в обмотку, где энергия преобразуется в тепло. Такое возможно из за того, что сопротивление потребителя выше сопротивления обмотки реле. Но это не единственный способ применения диода и не единственный из имеющихся типов диодов. В разных схемах диоды могут иметь различное назначение. Другой типовой задачей является развязка цепей, например в цепи управления противотуманными фарами. Свойства полупроводников таковы, что для протекания тока в прямом направлении необходимо напряжение не менее 0,7 В. Как мы узнали раньше, в обратном направлении ток не протекает до тех пор, пока напряжение не станет очень высоким и не разрушит диод, после чего ток будет проходить в обоих направлениях. Благодаря своей особенности диоды также используются для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление тока). (Подробнее это будет рассмотрено в разделе «Электрооборудование двигателя».) На рисунке справа изображен внешний вид диода и его обозначение на электрической схеме.

Сообщение

Диод Зенера / проверка диодов

: Диод Зенера / проверка диодов; Screenshot_6.jpg (128.8 КБ) 2629 просмотров

Диоды Зенера представляют собой специальные диоды, предназначенные для включения в обратном направлении и работающие в области пробоя или в области Зенера. Ток начинает проходить только при достижении определенного напряжения. Это обратное напряжение пробоя называют напряжением Зенера. Оно может находиться в диапазоне от 2,4 до 200 В. В отличие от обычных диодов, диоды Зенера не повреждаются при напряжении пробоя, они рассчитаны на такой режим работы. На электрических схемах диоды Зенера или, по другому, стабилитроны, обозначаются другим символом. Благодаря своим свойствам диоды Зенера используются для стабилизации напряжения, для защиты электрических цепей и для поддержки номинального напряжения в цепи. На верхней схеме диод Зенера используется в качестве регулятора, обеспечивающего подачу определенного напряжения нагрузки. На нижней схеме он используется для стабилизации напряжения питания. Если подаваемое напряжение выше напряжения пробоя, оно не поступает в нагрузку, так как диод Зенера в этом случае не создает препятствия для прохождения тока. Обычно диоды можно проверить мультиметром, как показано на рисунках. Если диод исправен, то в прямом направлении сопротивление отсутствует, а в обратном направлении сопротивление стремится к бесконечности.

Как проверить диод цифровым мультиметром

1. Установите переключатель цифрового мультиметра в положение измерения сопротивления или в положение проверки диодов.

2. В исправном диоде сопротивление мало, если красный провод подсоединен к аноду диода (+), а черный провод подсоединен к катоду (–).

3. Очень хорошо, если при включении в обратном направлении сопротивление будет существенно выше.

– Короткое замыкание: сопротивление близко к 0 при измерении как в прямом, так и в обратном направлении.

– Обрыв: сопротивление близко к бесконечности при измерении, как в прямом, так и в обратном направлении.

: Как проверить диод цифровым мультиметром; Screenshot_7.jpg (145.62 КБ) 2629 просмотров

Как проверить диод аналоговым мультиметром

1. Установить переключатель аналогового мультиметра в положение измерения сопротивления в диапазоне × 100.

2. В исправном диоде сопротивление мало, если черный провод подсоединен к аноду диода (+), а красный провод подсоединен к катоду (–).

3. Очень хорошо, если при включении в обратном направлении сопротивление будет существенно выше.

– Короткое замыкание: сопротивление близко к 0 при измерении как в прямом, так и в обратном направлении

– Обрыв: сопротивление близко к бесконечности при измерении как в прямом, так и в обратном направлении.

Сообщение

Транзистор

: Транзистор теория; Screenshot_8.jpg (178.98 КБ) 2629 просмотров

Еще одним важным полупроводниковым прибором является транзистор. Транзистор состоит из трех легированных областей, поэтому существует два основных типа: NPN или PNP. Слева изображен принцип работы транзистора, напоминающий гидротехническую задвижку. Если вода не течет через малый канал, вода не течет также и по большому каналу, так как задвижка закрыта. Если вода начинает поступать в малый канал, заслонка приоткрывается и вода начинает течь по большому каналу. Таким образом, небольшой поток воды в малом канале может управлять существенно большим потоком воды (усиление сигнала). Ту же функцию выполняет и транзистор, только в роли воды в этом случае выступают электроны. У транзистора имеется три вывода: эмиттер, база и коллектор. Эмиттер обеспечивает подачу носителей заряда, база управляет потоком носителей заряда, а коллектор их собирает. В качестве примера рассмотрим NPN транзистор. В этом транзисторе имеется два PN перехода, обладающих свойством запирания, известным по диоду. Если подать напряжение между эмиттером и коллектором, ток проходить не будет, так как из-за движения электронов к положительному полюсу увеличится ширина запрещенной зоны. Но если подать напряжение около 0,7 В (или больше) на базу, электроны будут двигаться в область базы, при этом дырки в области базы будут заняты. Поэтому будет проходить небольшой ток базы, в результате которого уменьшится количество дырок. Из-за уменьшения количества дырок блокирование будет исключено, и между коллектором и эмиттером сможет проходить большое количество электронов. Сила тока между эмиттером и коллектором зависит от силы тока базы. Благодаря такой особенности транзистор можно использовать не только в качестве ключа, но и в качестве усилителя, так как большим током можно управлять с помощью маленького тока.

Ключевой режим

В ключевом режиме транзистор используется в качестве электронного ключа. Транзистор может включать и выключать электрический ток. Разница между транзистором и механи-ческим выключателем заключается в том, что в транзисторе отсутствуют движущиеся детали, и поэтому он обладает большей долговечностью. Кроме того, транзистор управляется электрическим током, а не механической силой, такой, как нажатие пальцем. Благодаря этому транзистор переключается между включенным и выключенным состоянием намного быстрее, чем механический переключатель.

Режим усиления

В режиме усиления транзистор используется для усиления сигнала. Одним из примеров сигнала может быть звук. Звук, поступающий в микрофон, преобразуется в электрический сигнал, который усиливается транзистором. После этого усиленный сигнал проходит по схеме, пока не достигнет громкоговорителя. Громкоговоритель преобразует электрический звуковой сигнал обратно в звук. Звук, выходящий из громкоговорителя, соответствует тому, который попал в микрофон, но он усилен.

Сообщение

Полевой МОП-транзистор (MOSFET)

: Полевой МОП-транзистор (MOSFET); Screenshot_9.jpg (234.82 КБ) 2627 просмотров

Транзистор MOSFET (металл-оксидный полевой транзистор) имеет совершенно другую конструкцию по сравнению с традиционными транзисторами, но его основное назначение то же самое. MOSFET состоит из слоев кремния с разными типами легирования. Выводы транзистора такого типа называются истоком, стоком и затвором. Ток, протекающий от истока к стоку, регулируется зарядом на затворе, который изготовлен из материала с высокой проводимостью. Для обеспечения работоспособности затвор должен быть изолирован от остальной части транзистора. Изоляция представляет собой оксид кремния, окружающий затвор. В качестве примера приведен n-канальный транзистор MOSFET. Если изменить тип легирования истока и стока с n на p, а подложку p типа на подложку n типа, получится p канальный транзистор. Его принцип работы сохраняется, изменяется только полярность. При изменении напряжения (заряда) на затворе, из подложки p типа притягивается больше или меньше электронов. (Хотя в подложке p-типа содержится большое количество дырок, в ней присутствует и некоторое количество электронов.) Если определенное количество электронов собирается в области затвора, транзистор переходит в проводящее состояние. Чем больше ток затвора, тем выше проводимость. Подавая входной сигнал на затвор, можно увеличивать силу тока от истока к стоку (выходной сигнал) или уменьшать ее. В качестве типового применения MOSFET можно указать, например, регулирование скорости вентилятора.