Електрическа и електронна верига — определение, компоненти и видове
Разберете какво представляват електрическите и електронните вериги — дефиниции, ключови компоненти (резистор, кондензатор, диод, транзистор), видове AC/DC и практични примери.
Веригата е затворен път, състоящ се от различни компоненти, по който протича електрически ток. По-прецизно, това е път, по който могат да протичат електрони под действие на източник на напрежение или ток. В зависимост от използваните компоненти разграничаваме два основни типа:
- Електрическа верига — съдържа предимно пасивни електрически компоненти като резистори, кондензатори, индуктивности и т.н.;
- Електронна верига — включва активни и полупроводникови елементи като диод, транзистор и други интегрални схеми. Електронните вериги често комбинират както електрически, така и електронни компоненти.
Източник, връщане и посока на тока
Верига винаги има източник, който създава разлика в потенциалите (напрежение) и кара заредените частици да текат. Точката, от която „излиза“ тока към веригата, обикновено се нарича източник, а противоположната — връщане или обща точка/заземяване. В практиката често се различава конвенционален ток (от плюс към минус) и реален електронен поток (електроните се движат от по-нисък към по-висок потенциал). И двете понятия се използват при анализ и проектиране на вериги.
Товар на веригата
Частта от веригата между положителния и отрицателния полюс на източника, през която протича токът, се нарича товар. Той може да бъде много прост (напр. уред в дома) или много сложен (например генераторен комплекс). Примери:
- Прости битови приложения като домакински уреди — хладилници, телевизори и лампи;
- Големи индустриални или енергийни товари като изходът на водноелектрическа централа.
Компоненти на веригата
- Пасивни компоненти: резистори, кондензатори, индуктивности, трансформатори.
- Активни/полупроводникови компоненти: диоди, транзистори, интегрални схеми.
- Източници: батерии, акумулатори, генератори и захранвания.
- Защитни елементи: предпазители, прекъсвачи, защити от пренапрежение.
Видове по енергия и приложение
Електрическите вериги работят с две основни форми на електрическа енергия: променлив ток (AC) и постоянен ток (DC).
- Променлив ток (AC) — широко използван в разпределението на електроенергия и в големи двигатели; обикновено се генерира от електроцентрали.
- Постоянен ток (DC) — захранва устройства и системи, работещи с батерии и електроника; използва се в комуникационна техника, електрически превозни средства и др. Например превозни средства, работещи с батерии, и различни електронни уреди и системи като част от съвременните приложения.
За свързване между AC и DC се използват преобразуватели: правители (rectifiers) за преобразуване AC→DC и инвертори за DC→AC. При пренос на постоянен ток на големи разстояния често се използват специални високоволтови системи и преобразуватели.
Други видове вериги и конфигурации
- Серийни и паралелни вериги — в серия компонентите са една след друга; в паралел те са свързани към еднакви възли (напрежения). От това зависи как се разделя токът и напрежението.
- Аналогови и цифрови вериги — аналоговите обработват непрекъснати сигнали, а цифровите работят с дискретни логически нива.
- Линейни и нелинейни — при линейните компоненти отговорът е пропорционален на входа (например резистор), при нелинейните — не (напр. диод, транзистор в ключов режим).
Основни закони и анализ
- Омов закон: U = I · R (свързва напрежение, ток и съпротивление).
- Закони на Кирхоф: сумата на токовете в възел = 0 (KCL); сумата на напреженията по замкнат контур = 0 (KVL).
За анализ на сложни вериги се използват методи като мрежов анализ, нодален и мезенов анализ, преобразувания на източници и честотен анализ (за AC). Често се прилагат симулации с помощта на софтуер (SPICE и др.).
Инструменти и безопасност
Често използвани инструменти при работа с вериги: мултиметър, осцилоскоп, източници на захранване, генератори на сигнали. При работа с електрически вериги е важно да се спазват правилата за безопасност: изключване на захранването при монтаж, използване на защитни устройства, спазване на изолация и подходящи лични предпазни средства. При високи напрежения и големи токове консултацията с квалифицирани специалисти е задължителна.
Приложения
Електрическите и електронните вериги са в основата на почти всички съвременни технологии — от осветление и домакински уреди до телекомуникации, компютри, автомобилна електроника и енергийни системи.
Тази статия дава общ преглед на понятията и основните категории вериги. За по-задълбочено изучаване се препоръчват учебници по електротехника и електроника, практическа работа в лаборатория и симулации.
Електронна схема
В електронните схеми обикновено се използват източници на постоянен ток. Зареждането на една електронна верига може да бъде толкова просто, колкото няколко резистора, кондензатора и лампа, свързани заедно, за да създадат светкавицата във фотоапарата. Или пък електронната верига може да бъде сложна, като свързва хиляди резистори, кондензатори и транзистори. Тя може да е интегрална схема, като например микропроцесорът в компютъра.
Резисторите и другите елементи на веригата могат да бъдат свързани последователно или паралелно. Съпротивлението в последователни вериги е сумата от съпротивленията.
Експериментална електронна схема
Схема на свързване и окабеляване
Схемата на електрическата верига е визуално изображение на електрическа верига. Електрическите и електронните вериги могат да бъдат сложни. Изготвянето на чертеж на връзките на всички съставни части в натоварването на веригата улеснява разбирането на начина, по който са свързани компонентите на веригата. Чертежите за електронните вериги се наричат "електрически схеми". Чертежите за електрически вериги се наричат "електрически схеми". Подобно на други схеми, тези схеми обикновено се чертаят от чертожници и след това се отпечатват. Диаграмите могат да се създават и в цифров вид с помощта на специализиран софтуер.
Схемата е схема на електрическа верига. Схемите са графични изображения на основните връзки в една електрическа верига, но те не са реални изображения на веригата. В схемите се използват символи за представяне на компонентите във веригата. В схемата се използват условни знаци, за да се представи начинът, по който протича електричеството. Обичайната конвенция, която използваме, е от положителната към отрицателната клема. Реалистичният начин на протичане на електричеството е от отрицателната към положителната клема.
В схемите на електрическите вериги се използват специални символи. Символите на чертежите показват как компонентите като резистори, кондензатори, изолатори, двигатели, контакти, светлини, ключове и други електрически и електронни компоненти са свързани помежду си. Схемите са от голяма полза, когато работниците се опитват да открият защо дадена верига не работи правилно.
Прекъсвачи
Токът, протичащ в електрическа или електронна верига, може внезапно да се увеличи при повреда на съставна част. Това може да доведе до сериозни повреди на други компоненти във веригата или да създаде опасност от пожар. За да се предпазите от това, във веригата може да се включи предпазител или устройство, наречено "прекъсвач". Прекъсвачът ще отвори, или ще "прекъсне", веригата, когато токът в нея стане твърде висок, или предпазителят ще "изгори". Това осигурява защита.
Устройства за прекъсване на захранването (G.F.I.)
Стандартната обратна връзка за електрическите и електронните вериги е заземяването. Когато електрическо или електронно устройство се повреди, то може да отвори обратната верига към заземяването. Потребителят на устройството може да се превърне в част от електрическата верига на устройството, като осигури обратен път за електроните през тялото на потребителя вместо през заземителя на веригата. Когато тялото ни стане част от електрическа верига, потребителят може да получи сериозен удар или дори да бъде убит от електрически ток.
За да се предотврати опасността от токов удар и възможността за поражение от електрически ток, устройствата за прекъсване на заземяването откриват отворени вериги към заземяването в свързани електрически или електронни устройства. Когато се открие отворена верига към заземяването, устройството за прекъсване на захранването незабавно отваря източника на напрежение към устройството. Устройствата G.F.I. са подобни на прекъсвачите, но са предназначени да защитават хора, а не компоненти на веригата.
Къси съединения
Къси съединения са съединения, които се връщат обратно към източника на захранване неизползвани или със същата мощност, с която са изведени. Използването им обикновено води до изгаряне на предпазител, но понякога не се случва. Извършването на такива действия с акумулаторна батерия може да доведе до електрически пожар.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява електрическата верига?
О: Веригата е затворен път, състоящ се от компоненти на веригата, по който могат да протичат електрони от източник на напрежение или ток.
В: Какви са двата вида вериги?
О: Електрически вериги и електронни вериги. Електрическите вериги се състоят от електрически компоненти като резистори, кондензатори и индуктори, докато електронните вериги се състоят от електронни компоненти като диоди и транзистори.
Въпрос: Как се нарича точката, в която електроните влизат в електрическа верига?
О: Точката, в която електроните влизат в електрическата верига, се нарича "източник" на електрони.
В: Как се нарича точката, в която електроните напускат електрическата верига?
О: Точката, в която електроните напускат електрическата верига, се нарича "връщане" или "заземяване".
В: Коя част от електрическата верига се намира между началната точка и връщането към източника?
О: Частта от електрическата верига, която се намира между началната точка на електроните и точката, в която те се връщат към източника, се нарича "товар" на електрическата верига.
В: Кои са двете форми на електричество, използвани в електрическите вериги?
О: В електрическите вериги се използват две форми на електричество - променлив ток (AC) и постоянен ток (DC). Променливият ток често захранва големи уреди и двигатели, а постоянният ток - превозни средства с батерии и други машини и електроника.
В: Как може да се преобразува променливият ток в постоянен и обратно?
О Преобразуватели могат да променят променливия ток в постоянен и обратно. При пренос на постоянен ток с високо напрежение се използват големи преобразуватели.
обискирам