Основные элементы электроники

Примеры электротехники на выставке

Именно для этого ЦВК «Экспоцентр», выставочная компания с именем известным на весь мир, ежегодно устраивает крупный отраслевой проект, имеющий отдельный сегмент под названием электротехника.

Экспозиция дает возможность найти новые технологические решения для представителей этой индустрии для повышения коммерческой эффективности.

Международная выставка «Электро» откроет инновационное оборудование из таких стран, как Китай, Германия, Словакия, Чехия и многих других, с помощью которого возможно значительно повысить качество организации и выйти на новый уровень развития.

ЭлектрооборудованиеКомпрессорыЭлектроинструменты

Полупроводниковые приборы

Они благодаря своему разнообразию и свойствам стали самостоятельной областью электроники. Основы этого были заложены ещё очень давно, когда начали применяться кристаллические детекторы. Они являлись полупроводниковыми выпрямителями, рассчитанными на работу токов высокой частоты. Первоначально использовались приспособления на основе окиси меди или селена. Правда, как оказалось, они значительно менее пригодны для работы, нежели те приборы, которые сделаны на основе кремния.

Первыми успешными наработками в данной области смог похвастаться О. В. Лосев – сотрудник Нижегородской радиолаборатории, который ещё в 1922 году создал устройство, где благодаря генерации собственных колебаний значительно улучшались принимаемые сигналы. Но эти наработки, увы, не получили должного развития. И сейчас в мире используются полупроводниковые триоды (они же транзисторы), которые сообща разработали Браттейн, Шокли и Бардин, а на них сейчас строится современная электроника. Основы работы с ними хотя и сложны, но необходимы для любого, кто хочет изучать и практиковаться в этой области.

Примеры разновидностей и устройств электротехники

Можно выделить следующие устройства электротехники:

  1. Выключатели автоматические, датчики, электродвигатели, счетчики, измерители, преобразователи, реле и т.п. Подобные электротехнические устройства занимаются управлением, защитой, распределением, переключением, сохранением энергии. Они относятся к данной категории приборов и могут быть участниками более сложных приспособлений.
  2. Существует класс электроустановочной электротехники. Из названия подвида можно сделать вывод, что сюда входят устройства требующие монтажа. Здесь: розетки, выключатели, блоки управления, индикаторы, автоматы.
  3. Следующий класс относится к сложным агрегатам и это бытовая и электрическая электротехника. В эту категорию можно выделить все те устройства, которые ежедневно используются людьми, значительно облегчая и делая комфортабельной жизнь в целом.
  4. Подразделение электроинструментов. К данному классу относятся приборы которые широко используются во всех строительных, ремонтных, наладочных, установочных и других процессах, являющиеся для человека сложными с конструктивной точки зрения.
  5. Электротехника, имеющая специальное предназначение. Эта подгруппа включает в себя все обилие агрегатов, которое используется в промышленных и научных областях. Эти устройства также выполняют свои определенные функции, но в повседневной жизни затрагивают людей со специфическими профессиями, направленные на производство чего-либо.

Тот человек, который достаточно тесно связан с техникой и электричеством должен иметь представление, как о принципах работы и ремонте выше перечисленного оборудования в данной категории, так и о различных улучшениях того или иного технического продукта.

Характеристики электрических машин

Электрическими машинами называются электромеханические преобразователи энергии. К электрическим машинам можно отнести все виды электрических генераторов, электродвигатели и трансформаторы. Если электрическая энергия преобразуется в механическую работу и тепло, тогда электрическая машина является электродвигателем; когда неэлектрические виды энергии преобразуются в электрическую энергию и тепло, тогда электрическая машина представляет собой электрический генератор; когда электрическая энергия одного вида трансформируется в электрическую энергию другого вида, тогда электрическая машина является электромеханическим преобразователем (трансформатор). Электрические машины обладают принципом обратимости: одна и та же машина может работать как в режиме электродвигателя, так и в режиме генератора.

Электрическая машина состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора.

Фотоприемник

Классификация оптоэлектронных приборов также производится и по типу этой части конструкции. В качестве принимающего элемента могут использоваться разные типы изделий.

  • Фото- тиристоры, транзисторы и диоды. Все они относятся к универсальным устройствам, способным работать с переходом открытого типа. Чаще всего в основе конструкции лежит кремний и из-за этого изделия получают достаточно широкий спектр чувствительности.
  • Фоторезисторы. Это единственный альтернативный вариант, главным преимуществом которого является изменение свойств очень сложным образом. Это помогает реализовывать всевозможные математические модели. К сожалению, именно фоторезисторы инерционны, что значительно сужает сферу их применения.

Прием луча – это один из самых базовых элементов любого подобного устройства. Только после того как он сможет быть получен, начинается дальнейшая обработка, и она будет невозможна при недостаточно высоком качестве связи

Как следствие, конструкции фотоприемника уделяется огромное внимание

Оптический канал

Особенности конструкции изделий может неплохо показать используемая система обозначений фотоэлектронных и оптоэлектронных приборов. В том числе это касается и канала передачи данных. Выделяют три основных их варианта:

  • Удлиненный канал. Фотоприемник в такой модели отдален на достаточно серьезное расстояние от оптического канала, образуя специальный световод. Именно такой вариант конструкции активно применяется в компьютерных сетях для активной передачи данных.
  • Закрытый канал. Такой тип конструкции использует специальную защиту. Она превосходно предохраняет канал от внешнего воздействия. Применяются модели для системы гальванической развязки. Это достаточно новая и перспективная технология, сейчас непрерывно совершенствующаяся и постепенно заменяющая собой электромагнитные реле.
  • Открытый канал. Такая конструкция подразумевает наличие воздушного зазора между фотоприемником и излучателем. Используются модели в системах диагностики или разнообразных датчиках.

Основные определения и классификация электрических аппаратов

В зависимости от основной выполняемой функции электрические аппараты разделяются на шесть групп:

  1. Коммутационные электрические аппараты предназначены для коммутации электрических цепей (их включения и отключения) при нормальных режимах работы. К этой группе относятся рубильники, переключатели, пакетные выключатели, выключатели нагрузки, силовые выключатели, выключатели высокого напряжения, короткозамыкатели, разъединители, отделители, автоматические выключатели, предохранители. Выключатели и переключатели на первый взгляд ничем не отличаются, но все же разница присутствует: выключатель имеет два контакта и просто прерывает цепь, переключатель же обладает тремя контактами и механизмом переключения между ними.
  2. Ограничивающие аппараты служат для ограничения токов короткого замыкания (реакторы, плавкие предохранители) и перенапряжений (разрядники).
  3. Пускорегулирующие аппараты предназначены для пуска и управления электроприводами, а также для управления потребителями энергии. К этой группе относятся магнитные пускатели, контакторы, реостаты, контроллеры, дроссели электрические и пр.
  4. Регулирующие аппараты используются для регулирования по заданному закону или поддержания на заданном уровне значений определённых параметров (например, электрические стабилизаторы).
  5. Измерительные электрические аппараты предназначены для измерения больших значений токов и напряжений с использованием стандартных измерительных приборов. К таким аппаратам относятся, к примеру, трансформаторы напряжения и трансформаторы тока.
  6. Контрольные электрические аппараты применяются для измерения и контроля заданных параметров (ток, напряжение, давление, температура). К этой группе относятся реле и датчики. Реле – это устройство, которое переключает электрические цепи при изменении определённых входных величин. По тиру контролируемой величины выделяют реле тока, реле напряжения, реле мощности, реле контроля изоляции, реле температуры, реле времени, реле давления.

Очень важным и востребованным электротехническим устройством является электрический соединитель (разъем, коннектор). Он предназначен для механического соединения и разъединения электрических цепей в обесточенном состоянии. Наиболее широко распространенные электрические соединители – это цилиндрические, прямоугольные, комбинированные, вращающиеся, силовые электрические соединители, штепсели и гнезда.

Излучатель

Оптоэлектронные приборы и устройства оснащаются системами передачи сигнала. Их называют излучателями и в зависимости от типа, изделия разделяются следующим образом:

  • Лазерные и светодиоды. Такие элементы относятся к самым универсальными. Для них характерны высокие показатели коэффициента полезного действия, весьма узкий спектр луча (этот параметр также известен как квазихроматичность), достаточно широкий диапазон работы, поддержание четкого направления излучения и очень высокая скорость работы. Устройства с подобными излучателями работают очень долго и крайне надежно, отличаются небольшими размерами и отлично показывают себя в сфере микроэлектронных моделей.
  • Электролюминесцентные ячейки. Такой элемент конструкции показывает не особо высокий параметр качества преобразования и работает не слишком долго. При этом, устройствами весьма тяжело управлять. Однако именно они лучше всего подходят для фоторезисторов и могут использоваться для создания многоэлементных, многофункциональных структур. Тем не менее в силу своих недостатков, сейчас излучатели такого типа используются достаточно редко, только тогда, когда без них действительно нельзя обойтись.
  • Неоновые лампы. Отдача света этих моделей сравнительно невысока, а также они плохо выдерживают повреждения и работают недолго. Отличаются большими размерами. Используются крайне редко, в отдельных видах приборов.
  • Ламы накаливания. Такие излучатели применяются только в резисторном оборудовании и больше нигде.

Как следствие, светодиодные и лазерные модели оптимально подходят практически для всех сфер деятельности и лишь в некоторых областях, где по-другому нельзя, применяются другие варианты.

Оптоэлектронные приборы и их применение

С точки зрения использования устройств все они могут разделяться на 4 категории:

  • Интегральные схемы. Применяются в самых разных приборах. Используется принцип между разными элементами конструкции при помощи отдельных частей, которые изолированы друг от друга. Это не дает взаимодействовать компонентам никаким образом, кроме того, который был предусмотрен разработчиком.
  • Изоляция. В этом случае используются специальные оптические резисторные пары, их диодные, тиристорные или транзисторные разновидности и так далее.
  • Преобразование. Это один из самых распространенных вариантов использования. В нем ток трансформируется в свет и применяется именно таким образом. Простой пример – всевозможные лампы.
  • Обратное преобразование. Это уже полностью противоположный вариант, в котором именно свет трансформируется в ток. Используются для создания всевозможных приемников.

Фактически, сложно представить себе практически любое устройство, работающее на электричестве и лишенное какого-то варианта оптоэлектронных компонентов. Они могут быть представлены в небольшом количестве, но все равно будут присутствовать.

Аналоговые устройства

Продолжаем познавать основы электроники и рассмотрим виды устройств уже по принципу их работы. Главная особенность аналоговых устройств – непрерывное изменение получаемого сигнала в соответствии с описываемым физическим процессом. Математически его можно выразить как непрерывную функцию, где есть неограниченное число значений в разные моменты времени. На этот случай можно привести такой пример: меняется температура воздуха, и соответствующим образом трансформируется аналоговый сигнал. Что выражается в виде перепада напряжения (хотя существует и много других способов обозначить это, например изменение маятником его положения). Аналоговые устройства являются простыми, надежными и обладают высоким быстродействием. Это обеспечивает их широкое применение. Правда, сказать, что они могут похвастаться особенной точностью обработки сигнала – нельзя. Также аналоговые устройства не обладают высокой помехоустойчивостью. Они сильно зависят от различных внешних факторов (физическое старение, температура, внешние поля). Также им часто вменяют в вину искажение передачи сигнала и низкую эффективность.

Работа на переменном токе

В качестве примера будет рассмотрен двигатель. Электротехника и основы электроники в данном случае базируются на двух основных частях: неподвижной и выражающейся. Под первой понимают индуктор, а под второй – якорь с барабанной обмоткой. Важным в данном случае является наличие ряда условий. Так, индуктор должен иметь цилиндрическую форму и изготавливаться из ферромагнитного сплава. Также нужны полюса с обмоткой возбуждения, которые закрепляются на станине. Обмоткой же создается основной магнитный поток. Научиться рассчитывать необходимые значения поможет задачник по общей электротехнике с основами электроники. Кроме указанного способа, магнитный поток может быть создан постоянными магнитами, которые крепятся на станине. Под якорем понимаются сердечник, обмотка и коллектор. Первый собирают из изолированных листов электротехнической стали.

Конструкция

По этому показателю оптоэлектронные приборы разделяются на три группы:

  • Специальные. Сюда входят устройства оснащенными несколькими излучателями и фотоприемниками, датчиками присутствия, положения, задымленности и так далее.
  • Интегральные. В таких моделях дополнительно используются специальные логические схемы, компараторы, усилители и другие устройства. Кроме всего прочего, выходы и входы у них гальванически развязаны.
  • Элементарные. Это самый простой вариант изделий, в которых приемник и излучатель присутствуют только в одном экземпляре. Они могут быть как тиристорными, так и транзисторными, диодными, резистивными и вообще, любыми другими.

В приборах могут использоваться все три группы или каждая по отдельности. Конструктивные элементы играют существенную роль и напрямую воздействуют на функциональность изделия. В то же время сложное оборудование может использовать и самые простейшие, элементарные разновидности, если это будет целесообразно. Но верно и обратное.

Микроэлектроника

В своём роде – это квинтэссенция электроники, где информационные свойства достигают максимальных значений. Здесь плотность потоков данных на одну единицу веса кратно превосходит подобное в других частях этой науки. Но задача микроэлектроники – обработка информации. При этом используются только две цифры: логическая единица и нуль. Но практическая работа в этой области является весьма затруднительной – ведь для неё требуется ряд условий, которые сложно (практически невозможно) обеспечить дома. Среди них идеальная чистота, высокая точность работы и применение сложной техники.

Математическое обоснование

Для техники используется алгебра логики. Её изобрел Джордж Буль. Поэтому её ещё иногда называют булевой алгеброй. В практических целях она впервые была применена американским ученым Клодом Шенноном в 1938 году, когда исследовались электрические цепи с контактными выключателями. Когда используется булева алгебра (называемая также логикой), то все рассматриваемые утверждения могут пребывать только в двух значениях: «истина» или «ложь». Поодиночке они не сложны. Но простые утверждения могут образовывать многокомпонентные благодаря объединению с помощью логических операций. Если их ещё и обозначить чем-то (например, буквами), то с использованием законов алгебры логики можно описать любые, даже самые сложные цифровые схемы.

Конечно, чтобы знать основы электроники, в нюансы теории вникать не нужно. Достаточно примитивного понимания этого направления. Так, рассмотрим следующий пример. У нас имеются светодиод, переключатель и источник питания. Когда световой элемент горит – то мы говорим «истина». Светодиод не активен – значит «ложь». Вот из построения большого количества таких решений и состоят компьютеры.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: