Электроника

Металлы как основные материалы

Металлы играют важную роль в современной технике, их используют во множестве различных отраслей промышленности. Благодаря своей высокой прочности и устойчивости к различным воздействиям, они стали неотъемлемыми компонентами в области строительства, машиностроения и электроники.

Металлы применяются в процессе создания автомобилей, самолетов, паровозов и других транспортных средств. Благодаря своей прочности и легкости, они позволяют ускорять и оптимизировать производство, а также обеспечивают надежность и безопасность эксплуатации транспортных средств.

Металлы являются основными материалами для создания инженерных конструкций, включая здания, мосты и дороги. Они обладают высоким уровнем прочности, что позволяет им выдерживать большие нагрузки и быть устойчивыми к воздействию различных факторов окружающей среды.

В электронике металлы применяются для создания контактов, проводов и различных узлов и деталей. Благодаря своей электропроводимости они обеспечивают стабильную передачу сигналов и энергии, что является основой для работы множества электронных устройств.

Металлы также широко используются в процессе производства оружия и военной техники. Высокие прочностные и пластические характеристики, а также способность выдерживать высокие температуры и механические воздействия делают их незаменимыми для создания брони, огнестрельного оружия и других элементов военного оборудования.

В целом, можно сказать, что металлы играют критическую роль в современной технике, обеспечивая ее прочность, устойчивость и надежность. Они используются практически во всех отраслях промышленности и становятся важным элементом развития и прогресса современного общества.

История электронных компонентов

Вакуумные лампы (Термоэмиссионные клапаны) были одними из самых первых электронных компонентов. Они почти единолично ответственны за революцию в электронике первой половины двадцатого века. Они позволили использовать гораздо более сложные системы и дали нам радио, телевидение, фонографы, радары, междугородную телефонию и многое другое. Они играли ведущую роль в области микроволнового излучения и передачи высокой мощности, а также телевизионных приемников до середины 1980-х годов. С тех пор твердотельные устройства почти полностью взяли на себя управление. Вакуумные лампы все еще используются в некоторых специализированных приложениях, таких как мощные ВЧ усилители, электронно-лучевые трубки, специальное звуковое оборудование, гитарные усилители и некоторые микроволновые печи. устройства.

Первый рабочий точечный транзистор был изобретен Джоном Бардином и Уолтером Хаузером Браттейном в Bell Labs в 1947 году. В апреле 1955 года IBM 608 был первым продуктом IBM, в котором использовались транзисторные схемы без каких-либо электронных ламп, и считается первым полностью транзисторным калькулятором, который производиться для коммерческого рынка. 608 содержал более 3000 германиевых транзисторов. Томас Дж. Уотсон-младший приказал, чтобы во всех будущих продуктах IBM использовались транзисторы. С тех пор транзисторы использовались почти исключительно для компьютерной логики и периферийных устройств. Однако первые соединительные транзисторы были относительно громоздкими устройствами, которые было трудно производить в рамках массового производства, что ограничивало их ряд специализированных приложений.

MOSFET (МОП-транзистор) был изобретен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. MOSFET был первым по-настоящему компактным транзистором, который можно было миниатюризировать. массовое производство для широкого спектра применений. Его преимущества включают высокую масштабируемость, доступность, низкое энергопотребление и высокую плотность. Он произвел революцию в электронной промышленности, став самым широко используемым электронным устройством в мире. MOSFET является основным элементом большинства современного электронного оборудования и сыграл центральную роль в революции в электронике, в микроэлектронике и в цифровой революции. Таким образом, полевой МОП-транзистор считается рождением современной электроники и, возможно, самым важным изобретением в электронике.

ИСТОЧНИКИ ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ

Как было сказано, к первичным источникам относятся устройства, преобразующие различные виды энергии в электроэнергию. Это может быть химическая, механическая энергия, световая, тепловая и энергия атомного распада.

Основные виды первичных источников:

гидроэлектростанции – преобразуют в электроэнергию гравитационную энергию воды;
химические источники (аккумуляторы, топливные и гальванические элементы) – переводят химическую энергию в электрическую;
дизель-генераторы – химическая энергия преобразуется сначала в механическую, потом в электрическую;
солнечные батареи – преобразуют энергию солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта;
ветряные генераторы – преобразуют кинетическую энергию воздушных частиц;
термоэлектрические преобразователи – преобразуют тепловую энергию в электрическую.

Химические источники обычно используются в маломощных устройствах и как резервные источники. Работа топливных элементов основана на электрическом окислении топлива. В термоэлектрических устройствах электрический потенциал создает разница температур.

Слайд 19По напряжению на нагрузке:ИИП низкого (до 100 В) напряжения;ИИП среднего (от

100 до 1000 В) напряжения;ИИП высокого (свыше 1000 В) напряжения.По мощности нагрузки:ИИП малой мощности (до 100 Вт);ИИП средней мощности (от100 до 1000 Вт);ИИП большой мощности (свыше 1000 Вт).По роду тока нагрузки:ИИП с выходом на переменном токе;ИИП с выходом на постоянном токе;ИИП с выходом на переменном и постоянном токе.По числу выходов:одноканальные ИИП, имеющие один выход постоянного или переменного тока;многоканальные ИИП, имеющие два или более выходных напряжений.По стабильности напряжения на нагрузке:стабилизированные ИИП;нестабилизированные ИИП.

Основные параметры и характеристики импульсных источников питания

Преимущества и недостатки аналогового оборудования

Преимущества:

Качество звука: Один из основных преимуществ аналогового оборудования — это возможность достичь высокого качества звука. Аналоговые устройства обрабатывают звук без потери информации, сохраняя его естественность и динамику.
Мягкие и насыщенные звучание: Аналоговое оборудование имеет свойство добавлять определенную «теплоту» и насыщенность звучанию, что делает его более приятным для слушателя.
Широкий диапазон: Аналоговое оборудование обладает широким диапазоном настроек и возможностей, что позволяет музыкантам и звукорежиссерам достичь желаемого звукового эффекта или настроить устройство под конкретные условия.
Аналоговые эффекты: Многие эффекты и примочки в аналоговом оборудовании имеют свою уникальную «живую» и осязаемую характеристику, которую сложно достичь при использовании цифровых моделей.
Легкость эксплуатации: Аналоговые устройства зачастую проще в использовании и настройке по сравнению с цифровым оборудованием, что позволяет более быстро и эффективно работать над звуком.

Недостатки:

Ограниченная функциональность: Аналоговое оборудование имеет свои ограничения в функциональности и возможностях, поэтому не всегда может полностью удовлетворить требования современных звукорежиссеров и музыкантов.
Высокая стоимость: Зачастую аналоговое оборудование стоит дороже своих цифровых аналогов из-за его уникальности и высокого качества звука.
Размер и масса: Аналоговые устройства обычно громоздкие и тяжелые, что может затруднить их транспортировку и использование в мобильных условиях.
Восприимчивость к внешним воздействиям: Аналоговые устройства более подвержены влиянию внешних факторов, таких как температура, влажность и электромагнитные помехи, что может отразиться на качестве звука и работоспособности оборудования.
Сложности ремонта и обслуживания: В случае поломки или неисправности аналогового оборудования может быть сложно найти запчасти и специалиста, способного выполнить ремонт или обслуживание.

Электронные устройства и компоненты

AudionТехник по электроникеUSS Abraham Lincoln (CVN-72)

Электронный компонент — это любой физический объект в электронной системе, используемый для воздействия на электроны или связанные с ними поля способом, совместимым с предполагаемой функцией электронной системы. Компоненты, как правило, предназначены для соединения друг с другом, обычно путем пайки печатной платой (PCB), чтобы создать электронную схему с определенной функцией (например, усилитель, радиоприемник или генератор ). Компоненты могут быть упакованы по отдельности или в более сложные группы в виде интегральных схем. Некоторые общие электронные компоненты: конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы, диоды, транзисторы и т. Д. делятся на активные (например, транзисторы и тиристоры ) или пассивные (например, резисторы, диоды, катушки индуктивности и конденсаторы).

Слайд 17Основные параметры и характеристики импульсных источников питанияКлассификация импульсных источников питания (ИИП)

производится по нескольким основным критериям:По виду входного и выходного напряжения;По типологии;По форме выходного напряжения;По типу питающей цепи;По напряжению на нагрузке;По мощности нагрузки;По роду тока нагрузки;По числу выходов;По стабильности напряжения на нагрузке.

По типологии ИИП классифицируются следующим образом:обратноходовые импульсные преобразователи (flybackconverter);прямоходовые импульсные преобразователи (forwardconverter);преобразователи с двухтактным выходом (push-pull);преобразователи с полумостовым выходом (halfbridgeconverter);преобразователи с мостовым выходом (fullfbridgeconverter).

По форме выходного напряжения ИИП классифицируются так:. C модифицированной синусоидой. C синусоидой правильной формы.

По типу питающей цепи:ИИП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного тока;ИИП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока;ИИП, использующие электрическую энергию автономного источника постоянного тока

Реверс фазы

Проблема в вышеописанных условиях при постоянном токе возникает, когда оба напряжения, VCO и VEO, находятся дальше от земли, чем VCM. Если VCM превышает напряжение питания, может возникнуть ещё одна проблема. Чтобы избежать проблем в этом случае обычно достаточно добавить резистор для ограничения тока в цепи насыщенного входа. Однако некоторые операционные усилители подвержены проблеме реверса фазы, когда напряжение на их входе приближается к напряжению на одной из шин питания. Когда это происходит, выходное напряжение операционного усилителя перескакивает к напряжению на противоположной шине питания и остаётся там до тех пор, пока входной каскад не восстановится после насыщения. В схеме со следящим питанием шины питания операционного усилителя гуляют вместе с его выходом, оставляя вход далеко за пределами напряжений шин питания. В результате эта ситуация может привести к выходу операционного усилителя из строя.

Если выбран операционный усилитель, который подвержен реверсу фазы, следует обязательно ограничить амплитуду входного сигнала, чтобы входное напряжение VCM никогда не превышало диапазон допустимого синфазного входного напряжения операционного усилителя. Эта ситуация выглядит идентично вышеупомянутой проблеме в условиях постоянного тока, но проблема с усилением по постоянному току возникает, когда VCM ближе к земле, чем любая шина питания. Реверс фазы является проблемой, когда VCM находится дальше от земли, чем любая шина питания.

Основные характеристики источника напряжения

Основными характеристиками источника напряжения являются:

Регулировка напряжения: возможность изменения выходного напряжения источника в заданных пределах. Некоторые источники имеют фиксированное выходное напряжение, а другие позволяют регулировку с помощью специальных регулирующих элементов.
Защитные функции: некоторые источники напряжения могут иметь встроенные защитные функции, такие как защита от перегрузки, короткого замыкания, перегрева и прочих неисправностей.

Знание основных характеристик источника напряжения позволяет выбрать подходящий источник для конкретных задач и обеспечить стабильную работу электроустановки.

Источник тока: определение и принцип работы

Принцип работы источника тока

Источник тока работает на основе принципа поддержания постоянного тока в цепи. Он обеспечивает определенное напряжение, которое не меняется, даже при изменении сопротивления цепи.

Основным компонентом источника тока является источник энергии, который может быть как химическим элементом (например, батареей), так и электронным устройством (например, транзистором). Источник энергии связан с цепью, через которую протекает ток, и обеспечивает постоянную энергию, необходимую для поддержания постоянного тока.

Преимущества источника тока перед источником напряжения

Источник тока имеет ряд преимуществ по сравнению с источником напряжения:

Преимущество	Описание
Стабильность	Источник тока обеспечивает постоянный ток в цепи, что позволяет стабильно питать электронные устройства.
Устойчивость к изменению сопротивления	Источник тока не зависит от изменений в сопротивлении цепи, поэтому ток остается постоянным, даже при изменении нагрузки.
Регулируемость	Некоторые источники тока имеют возможность регулировать выходное напряжение, что позволяет адаптировать их под различные условия работы.

Источник тока является важным компонентом во многих электронных устройствах, таких как компьютеры, мобильные телефоны, автомобильные системы и другие. Он обеспечивает надежное и стабильное питание, необходимое для работы этих устройств.

Применение источника тока

Источники тока широко применяются в различных областях науки и техники. Они играют важную роль в электронике, электротехнике, медицинской технике и других сферах.

Одним из основных применений источников тока является их использование в электрических схемах и устройствах. Источники тока обеспечивают постоянный ток, не зависящий от изменений сопротивления нагрузки

Это особенно важно в электронике, где даже небольшие изменения в токе могут привести к ошибкам или неправильной работе устройства

Источники тока также используются в медицинской технике для питания различных медицинских приборов. Например, они могут быть использованы для питания электростимуляторов сердца или искусственных почек

В таких случаях, источники тока обеспечивают стабильное и безопасное питание для устройств, что критически важно для здоровья пациентов

Источники тока также находят применение в следующих областях:

Телекоммуникации и связь;
Автоматизация и контроль процессов;
Солнечная энергетика;
Исследования в области физики и химии;
Производство и испытания электронных компонентов.

Источники тока имеют широкий спектр применения и играют важную роль в различных технологиях и научных исследованиях. Без них многие современные устройства и технологии были бы невозможны.

Что такое источник постоянного тока кратко?

Источник постоянного тока – это устройство, которое может создавать постоянный электрический ток. Он обеспечивает постоянную электрическую силу (напряжение) на выходе независимо от изменений входного сигнала или нагрузки.

Источники постоянного тока часто применяются в электронике и электротехнике, например, для питания электронных устройств, зарядки аккумуляторов и других приложений, где требуется стабильное и постоянное напряжение или ток.

Основные типы источников постоянного тока:

Двухполярные источники постоянного тока: обеспечивают постоянное напряжение и ток, как положительного, так и отрицательного значения.
Однополярные источники постоянного тока: предоставляют только положительное или только отрицательное напряжение и ток.

Принцип работы источников постоянного тока:

Источники постоянного тока могут использовать различные методы для поддержания постоянного напряжения и тока на выходе. Одним из наиболее распространенных методов является использование регулятора напряжения, который контролирует выходное напряжение и подстраивает его в соответствии с изменениями нагрузки или входного сигнала.

Пример работы источника постоянного тока:

Представим, что у нас есть источник постоянного тока, который питает электронную схему. Когда электронная схема подключается к источнику, он обеспечивает постоянное напряжение и ток, несмотря на изменения сопротивления или потребности схемы.

Важно отметить: Источник постоянного тока может иметь различные характеристики, такие как максимальное выходное напряжение, ток, стабильность и эффективность. Выбор источника постоянного тока зависит от конкретных требований и задач, которые необходимо решить

Аналоговые устройства в цифровом мире

В цифровой электронике большое внимание уделяется использованию цифровых схем и компонентов. Однако, аналоговые устройства также играют важную роль в цифровом мире, обеспечивая необходимые взаимодействия и функциональность

Аналоговые устройства позволяют осуществлять передачу и обработку аналоговых сигналов, которые представляют непрерывные значения. В цифровой электронике аналоговые устройства необходимы, например, для преобразования аналоговых сигналов в цифровой формат, датчиков и аналоговых коммуникаций.

Одним из важных аналоговых устройств является аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует непрерывные аналоговые сигналы в цифровой формат, позволяя дальнейшую обработку и анализ данных компьютерами и микроконтроллерами.

Важным аспектом работы с аналоговыми устройствами является учет аналоговых эффектов, таких как шумы и искажения. Аналоговые устройства требуют более тщательного проектирования и учета окружающей среды, так как могут быть чувствительными к электромагнитным помехам и температурным изменениям.

Для работы с аналоговыми устройствами могут использоваться различные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и операционные усилители. Операционные усилители позволяют усиливать и обрабатывать аналоговые сигналы, создавать фильтры и другие аналоговые схемы.

В заключение, аналоговые устройства играют важную роль в цифровом мире, обеспечивая возможности для работы с аналоговыми сигналами и обработки данных. Понимание аналоговой электроники является неотъемлемой частью знаний цифрового разработчика и способствует созданию более эффективных и функциональных цифровых систем.

Делитель напряжения

Иногда нужно точно регулировать выходную амплитуду сигнала при заданной входной. Обычно для этого применяется регулируемый делитель напряжения. Для точной регулировки есть его варианты:

У варианта (A3) есть такой недостаток: при точной подстройке меняется входное сопротивление делителя. Этот измененеие невелико, так как обычно сопротивление резистора R2 выбирается в районе 3% от сопротивления резистора R1

В большинстве случаев это неважно, но если все же такое изменение нежелательно, то можно применять схему (A4). В ней используется сдвоенный резистор (R2 — R3), установленный так, чтобы уменьшение сопротивления R2 компенсировалось увеличением сопротивления R3 и наоборот

Переходные процессы

После выбора такого усиления, чтобы VCM оставался в пределах диапазона синфазного входного напряжения операционного усилителя в условиях постоянного тока, необходимо учесть переходные процессы. Выход операционного усилителя имеет конечную скорость нарастания выходного напряжения, а его напряжения питания зависят от напряжения на его выходе. Таким образом, ступенчатое входное напряжение на входе операционного усилителя может легко превысить диапазон питания усилителя. Не следует подавать прямоугольный сигнал на операционный усилитель напрямую, поскольку он бы превышал напряжения питания устройства, когда операционный усилитель только начинал изменять выходное напряжение. Чтобы избежать условий защёлкивания, которые могли бы возникнуть в этой ситуации, установите ограничение скорости нарастания для сигнала, подаваемого на усилитель, чтобы ограничить переходные процессы скоростью, не превышающей скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя (Рисунок 4).

Рисунок 4. Ограничивая скорость нарастания напряжения на входе усилителя можно избежать защёлкивания, вызванного переходными процессами.

Чтобы гарантировать адекватное ограничение с помощью простого RC фильтра, выберите следующую постоянную времени RC:

VSTEP

RIN CIN ≥ ———— (12)

где SR — скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя, а VSTEP — максимальная величина напряжения, которое может создать источник сигнала.

Принципы работы аналогового оборудования

Аналоговое оборудование основано на принципе передачи и обработки информации в непрерывной форме, где значения данных представлены как непрерывные сигналы. Основные принципы работы аналогового оборудования включают:

Непрерывность: Аналоговое оборудование работает с непрерывными величинами, такими как сигналы, аудио- и видеозаписи. Это позволяет более точно передавать и воспроизводить информацию, в отличие от цифрового оборудования, которое оперирует с дискретными значениями.

Амплитуда и частота: В работе аналогового оборудования часто используются амплитуда и частота сигналов. Амплитуда определяет мощность или интенсивность сигнала, а частота — его частоту колебаний. Эти параметры могут быть измерены и изменены с помощью специальных устройств.

Усиление и фильтрация: Одной из основных функций аналогового оборудования является усиление и фильтрация сигналов. Усилители повышают амплитуду сигнала, а фильтры удаляют нежелательные частоты или помехи из сигнала.

Модуляция и демодуляция: В аналоговом оборудовании используется модуляция и демодуляция сигналов для передачи информации по каналам связи. Модуляция позволяет внести информацию в несущий сигнал, а демодуляция восстановить исходную информацию по принятому сигналу.

Шум и потери: В работе аналогового оборудования возможны шумы и потери качества сигнала из-за недостатков в передаче, обработке или конвертации данных

Поэтому важно применять методы снижения шума и компенсации потерь для достижения желаемого качества сигнала.

Принципы работы аналогового оборудования составляют основу для множества устройств и технологий, которые находят применение в областях, таких как радио- и телевещание, звукозапись, медицина и другие. Понимание и применение этих принципов позволяет эффективно использовать аналоговое оборудование для передачи и обработки информации в реальном времени.

Слайд 11Источники электропитания являются неотъемлемой частью радиотехнических устройств, к которым предъявляется целый

ряд требований; они представляют собой комплекс элементов, приборов и аппаратов, вырабатывающих электрическую энергию и преобразующих ее к виду, необходимому для обеспечения требуемых условий работы радиоустройств.
Источники питания подразделяются на две группы: источники первичного и вторичного питания: Первичные источники — это устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую (электромашинные генераторы, электрохимические источники тока, фотоэлектрические и термоэмиссионные преобразователи и др.).
Вторичные устройства питания — это преобразователи одного вида электрической энергии в другой. К ним относятся: преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямитель); преобразователи величины переменного напряжения (трансформаторы); преобразователи постоянного напряжения в переменное (инверторы).

Заключение

Цифровые технологии питания предлагались на протяжении ряда лет, но успешно конкурировать с аналоговыми решениями до последнего времени они не могли. Благодаря увеличению плотности ИС, упорной работе изготовителей полупроводниковых компонентов, развитию и повышению надежности технологии КМОП, сегодня цифровой обработка данных для приложений преобразования энергии стала весьма привлекательной. Самое главное, что использование цифровых технологий предоставляет возможность расширения функциональности и улучшения технических характеристик как отдельных источников питания, так и системы в целом, что аналоговыми методами реализовать невозможно.

Хотя основной фокус публичных обсуждений сосредоточен на проблемах, связанных с системами управления питанием, наиболее важным вопросом и, в конечном итоге, движущей силой внедрения цифровых методов, будут преимущества, которые они принесут самому источнику питания. И современные технологии делают эти преимущества реальными, измеримыми и доступными:

Более высокий КПД;

Надежность, улучшенная за счет более высокой интеграции схем цифрового управления;
Стоимость системы, сниженная благодаря сокращению количества развязывающих конденсаторов вследствие улучшения переходных характеристик при адаптивном цифровом управлении;
Плотность мощности источника питания, увеличенная за счет меньших размеров цифровых схем управления;
Более жесткие допуски на отклонения выходного напряжения благодаря повышению точности первоначальной настройки;
Сокращение общих эксплуатационных затрат за счет перечисленных выше улучшений.

Паритет затрат между цифровой и аналоговой реализацией управления при использовании современных технологий делает эти преимущества «бесплатными» для конечного пользователя и приносит реальную пользу потребителям.

Использование цифрового интерфейса в источниках питания дает существенные преимущества на этапах разработки и оценки системы. Коммуникационная шина дает возможность полной подстройки под требования пользователя, а конечным результатом является сокращение времени разработки, упрощение управления питанием и, как следствие, ускорение выхода на рынок конечного продукта.

Механизм пользовательских настроек позволяет один и тот же тип источника использовать для нескольких целей, тем самым, уменьшая объемы складских запасов, сокращая номенклатуру покупных изделий и снижая затраты времени на поиск поставщиков источников питания.