У кого-нибудь есть аналогия из учебника, чтобы объяснить элементы схемы?

8

Мне было интересно, если кто-то может объяснить с помощью аналогий, что делают индукторы, конденсаторы, транзисторы, диоды и операционные усилители?

Я понимаю основную идею; В настоящее время я студент электротехники. Я уже знаю определения из учебника, но мне просто интересно, есть ли у кого-то аналогия, чтобы подвести итог всему, что не является чем-то из учебника. :) Я хотел бы еще больше улучшить мое понимание, но, честно говоря, просто учиться чему-то из уроков и книг тяжело, больно и скучно, потому что, будучи студентом, все еще сложно увидеть БОЛЬШУЮ картину.

Кенни Труонг
источник
3
Ответ Стивена выглядит довольно хорошо для меня, но могу я сказать, что ток проводимости - не единственный ток. Взгляните на «Укрощающий свет» Надера Энгеты на наноуровне: «Важно отметить, что ток смещения не состоит из дрейфующих заряженных частиц, как ток проводимости». Для аналогии, представьте, что вы в каноэ в море, и большая волна идет на вас. Ток смещения подобен восходящему потоку воды, который поднимает вас. Затем идет нисходящий поток. Свет подобен переменному току смещения, следовательно, вакуумному импедансу.
Часто используемый на моих уроках по машиностроению, чтобы помочь студентам-электротехникам: система масса-пружина-демпфер из машиностроения имеет то же самое дифференциальное уравнение, что и система индуктор-конденсатор-резистор из электротехники.
Санчиз
Транзисторы и операционные усилители обычно считаются не по теме на Phys.SE.
Qmechanic
Связанный: electronics.stackexchange.com/questions/123605/…
Адам Хаун
Поймите, что аналогия , не связанная с учебниками, является довольно сложным делом (и я не совсем уверен, какой цели послужит совершенно неслыханный ответ - сайт вопросов и ответов SE хорошо подходит для канонических ответов, а не для того, чтобы конкурс творчества). Практически все сказанное в ответах ниже встречается с большим количеством учебников.
Fizz

Ответы:

10

Аналогия потока воды является классической и довольно хорошим длинным путем в понимание электрической цепи. Подумайте о воде, протекающей по трубопроводу. Это довольно сложно приспособить к зоне переменного тока, сложно, но стоит упомянуть о DC и хорошей отправной точке.

Аналогии для некоторых определений:

  • Обвинять [C] Количество воды [kg]
  • Текущий [C/s] Расход воды [kg/s]
  • потенциал [J/C] давление [Pa]
    • Напряжение или разность потенциалов [J/C] Разница в давлении [Pa]
  • сопротивление [Ω] Узкая часть трубы или мельничное колесо.

(В этом контексте см. Этот другой ответ: /physics/161650/could-someone-intuitively-explain-to-me-ohms-law/161701#161701 )

Аналогии для частей схемы:

  • Конденсатор Полная блокировка трубы с помощью эластичной мембраны (вода никогда не проходит через мембрану, но повышение давления на одной стороне заставляет ее расширяться и «толкать» противоположную сторону с равным давлением, но сила направлена ​​в противоположную сторону)

  • диод Один шаровой клапан (A диод предотвращает заряд в одном направлении , но допускает без сопротивления в другом направлении)

  • аккумулятор Насос, возвращающий воду обратно в исходную точку.

  • Операционный усилитель (операционный усилитель) Насос, повышающий давление (расположен в точке в трубопроводе).

  • транзистор Регулируемый клапан (транзисторы являются «регуляторами», в которых малый сигнал может вносить значительные изменения в ток / напряжение)

  • Индуктор Тяжелый мельничное колесо (сначала не двигается, но через некоторое время он делает и не дает сопротивление потоку больше.)

Steeven
источник
1
Я хотел бы поддержать это колесо мельницы, мы говорили об этом некоторое время назад. Смотрите курс электроники Дэниела Рейнольдса .
1
Возможно, вы захотите уточнить, что это конденсатор последовательно, а конденсатор, привязанный к земле, похож на накопительный резервуар. Я не уверен, как описать индуктор, привязанный к земле.
Карл Виттофт
1
Кроме того, я не знаю, о какой сестре ты говоришь, аналогия с операционным усилителем отключена. Они настолько универсальны, что на самом деле не имеют аналогов, и, говоря, что это насос, звучит так, будто у них есть какой-то внешний источник энергии, в то время как их энергия подается из цепи, частью которой они являются. Если это вообще аналогия для его наиболее распространенной конфигурации, то это «Волшебное устройство, которое делает давление на выходных трубках равным разности давлений между двумя входами».
PlasmaHH
1
Я не вижу, как это аналогия не из учебника .
2
Я взял термин « не учебник» в значении «расскажи мне об этом в терминах непрофессионала», а не «объясни это, используя совершенно новую аналогию, которая никогда ранее не встречалась ни в одном учебнике».
Оскар Браво
5

Я пойду ... Это все из головы и должно быть проверено после прочтения учебника.

Первое, на что следует обратить внимание, - это то, что большинство этих компонентов имеют смысл только с помощью колебательного электрического сигнала, то есть переменного тока. Они не очень полезны в цепи постоянного тока [ хотя, держу пари, кто-то может придумать один ... см. Комментарии ]

  • Индуктор : в основном катушка провода. Когда ток начинает течь, магнитное поле начинает расти. Это требует работы, когда вы «заряжаете» магнитное поле, чтобы оно сопротивлялось изменению тока . Это делает резкий всплеск сигнала, превращающийся в тупой горб. Таким образом, он сглаживает сигнал (полезно в схеме выпрямителя).

  • Конденсатор : устройство накопления заряда. Первоначально он позволяет току течь быстро, но, заряжаясь, он сопротивляется потоку и создает постоянно увеличивающееся сопротивление потоку, пока его потенциал не станет таким же, как потенциал возбуждения. Восходящий заряд на ведомой стороне индуцирует аналогичный заряд на другой стороне, и поэтому он передает изменяющийся ток (даже если он является разомкнутым для постоянного тока). Последовательно может быть использован в качестве фильтра - он будет иметь очень низкий импеданс для сигналов на своей резонансной частоте. Параллельно он сглаживает дифференциалы между двумя рельсами (опять же выпрямители)

  • Диод : односторонние ворота: ток может течь только в одну сторону.

  • Транзистор : Название означает « Передаточный резистор», который ничего вам не говорит! По сути, вы подключаете коллектор к верхней шине (например, + 5 В), эмиттер - к заземлению через резистор, а база является вашим входным сигналом. Если к базе ничего не подключено, излучатель будет плавать до определенного напряжения, заданного простым делением омического напряжения (скажем, + 2В). Когда вы вводите ток в базу, это уменьшает эффективное сопротивление соединения коллектор-эмиттер, и эмиттер будет расти в напряжении. Уменьшите базовый ток, и эмиттер снова упадет. Таким образом, выход (Emitter) будет просто следовать тому, что делает вход (Base). Умная часть заключается в том, что ток на выходе исходит от коллектора, поэтому может быть сильным, как вам нравится - вы усилили базовый сигнал! (kerannng!)

  • Операционный усилитель : усилитель напряжения: это «сложная» интегральная схема, состоящая из множества вышеперечисленных. В принципе; небольшая разница напряжений на входных клеммах = большие $ V_ {diff} $ на выходах. Понять все вышесказанное, прежде чем беспокоиться о том, как ?

Удачи в учебе!

Оскар Браво
источник
Из этого «объяснения», как работает транзистор (конфигурация с общим коллектором), я понял, что напряжение на эмиттере соответствует базовому ТОКУ. Для меня несколько «сомнительное» объяснение. И - с открытым базовым узлом - эмиттер будет "плавать до определенного напряжения, заданного простым омическим делением напряжения" ???
LvW
@LvW Если вы хотите написать «лучшее» объяснение, на уровне, «требуемом» ОП, идите прямо «вперед»!
Оскар Браво
Большое спасибо! Это для переменного тока в основном? Это то, что я изучаю прямо сейчас ..
Кенни Труонг
@ Оуэн-Бойль, правильное и логичное описание функции BJT состоит в том, что ток коллектора Ic определяется / контролируется напряжением базового эмиттера Ic = f (Vbe). Следовательно, усиливающие свойства транзистора характеризуются его коэффициентом пропускания gm.
LvW
@LvW Первое, что я делаю, отвечая / комментируя сообщение, - это нажимаю на пользователя, чтобы понять, кто стоит за вопросом. ОП - ребенок, только начинающий (без обид, КТ!). Я пытаюсь представить свой ответ на то, что, по моему мнению, может быть подходящим для читателя, без ущерба для точности. Я принимаю, что мой ответ немного странный и волнистый. Ваш комментарий добавляет строгость и некоторую полезную терминологию. Я надеюсь, что ОП может извлечь выгоду из объединения двух!
Оскар Браво
3

учить вещи из уроков и книг тяжело, больно и скучно

Добро пожаловать в инжиниринг. :-)

Аналогии могут быть полезны в самом начале, но в конечном итоге ничто не заменит непосредственное понимание предмета, особенно когда вы переходите к более сложным темам, таким как операционные усилители. Понимание общей картины требует времени и обширной базы знаний. Будьте уверены , что ваша жесткую и болезненную работу будет окупаться. Обратите особое внимание на основы - анализ цепей, электронику, поля E & M, анализ сигналов. Когда вы будете учиться и (что более важно) делать домашнее задание, вы получите представление о поведении электронных схем, а также о более глубоких математических моделях, стоящих за ними.

При этом аналогия с потоком воды не страшна. Если у вас сильный математический опыт, механическая аналогия (напряжение / ток / сопротивление = сила / скорость / трение) может помочь. Конечно, они хороши только для вашего понимания гидравлики и механики.

Что может помочь больше, так это чтение многих объяснений на одну и ту же тему. Иногда школы выбирают ужасные учебники, поэтому ищите других в своей библиотеке. Есть также много начальных объяснений этих понятий онлайн. (У Уильяма Бити есть кое-что хорошее.)

Адам Хаун
источник