Електротехніка та електроніка: вивчення основ

Люди починають цікавитися електронікою в будь-якому віці і з різних причин. Кому-то наука необхідна для роботи або навчання, а у кого-то вона просто викликає інтерес. Щоб отримати повне уявлення про цю тему і розібратися в основних її термінах, потрібно вивчити основи електроніки і електротехніки.

Основні поняття

У шкільні роки всім доводилося вивчати ази електроніки на уроках фізики. Але через складні термінів, достатку формул і різних одиниць вимірювання засвоїти інформацію змогли далеко не всі. У житті трапляються різні ситуації, коли людині необхідні ці знання. Сьогодні існує безліч посібників, видань та журналів, в яких описуються основи електроніки. Для початківців така допомога є добрими помічниками, Оскільки всі основні поняття і процеси в них викладаються доступною мовою.

Найчастішими термінами з галузі електроніки, які люди чують в звичайному житті, є слова струм, напруга і опір. Щоб зрозуміти їх суть, потрібно згадати, що будь-яка речовина являє собою сукупність позитивно і негативно заряджених частинок (протонів і електронів).

Направлено рухомий потік електронів утворює струм. Силу, що переміщує їх в одному напрямку, називають напругою. Рух негативних частинок не відбувається безперешкодно, йому заважає тертя, зване у фізиці опором. Ці величини мають взаємний зв'язок, тому знаючи дві з них, можна легко розрахувати третю, скориставшись відповідною формулою.

Кожна величина в електроніці має власне позначення і вимірюється в конкретних одиницях. Струм А – в амперах, опір R – в Омасі, напруга U – в вольтах.

застосування електрики

Так звана електроніка для «чайників» не тільки роз'яснює новачкам природу виникнення електричного струму, але і наводить приклади його застосування. Асортимент джерел напруги дуже широкий. Всі вони мають різні розміри і технічні характеристики:

1. Літієва батарея. Розрахована на номінальне навантаження 3 В. Завдяки маленькому розміру добре підходить для використання в кишенькових пристроях (годиннику, ліхтариках). Може мати ємність 30-500 мАг.
2. Нікель-металогідридний елемент. Характеризується високою щільністю енергії і швидкої здатність накопичувати заряд. Часто використовується для електроживлення різної робототехніки.

Свинцево-кислотний акумулятор також є різновидом живильної батареї і займає окреме місце в ряду відомих джерел живлення. Його конструкція складається з наступних елементів:

• позитивного і негативного контакту;
• набору електродів з різними зарядами;
• запобіжного та розподільчого клапана.

Всі деталі укладені в міцний корпус. Такий акумулятор є основним джерелом напруги для більшості радіоелектронних пристроїв. Легко і швидко перезаряджається, добре підходить для систем, в яких головну роль грає не вага приладу, а його енергозапас.

Технічні характеристики

На ефективність роботи батареї впливає спосіб її підключення. Послідовна схема з'єднання веде до збільшення напруги, паралельна – до збільшення поточного струму.

Основною характеристикою енергоджерела в електроніці вважається ємність. Ця величина служить мірою зберігається в ньому заряду і безпосередньо залежить від маси активної речовини. Вказуючи номінальну ємність, виробники мають на увазі максимальну кількість електроенергії, яке може бути вилучено при конкретних умовах. Але оскільки умови використання батарей далекі від ідеальних, на практиці рівень ємності виявляється нижче заявленого.Основні фактори, що впливають на її зниження – тривалість експлуатації, температурний режим, кількість зарядок і розрядів.

В якості одиниці вимірювання цього параметра прийнято використовувати ват-години (Вт * год), кіловат-години (кВт * год), ампер-години (А * год) або міліампер-годинник (мА * ч). Ват-година визначається як добуток сили струму і напруги, виданого пристроєм за одну годину. Рівень напруги є величиною постійною і залежить від того, до якого типу належить енергоджерело (літієві, лужному, свинцево-кислотного).

У разі повної розрядки більшість джерел напруги виходить з ладу. Щоб не допустити поломки, виробники визначають частку струму, яка може бути залучена з нього. Її називають глибиною розрядки і вимірюють у відсотках від максимальної ємності.

Обмежувачі електричного струму

У деяких електронних пристроях потрібно обмеження електричного струму. Щоб цього домогтися, в ланцюг вбудовують спеціальний обмежує прилад – резистор. Будучи споживачем, а не виробником струму, він ефективно справляється з функцією розподілу напруги і ліній входу (виходу). Застосовується як доповнення активних елементів інтегральних схем.

Різновидів резисторів дуже багато. Залежно від конструкції, технічних показників і складу вони бувають:

1. Лінійними. Опір залишається постійним незалежно від різниці потенціалів, яких докладають до таких резисторам. Характеризуються прямий вольт-амперної лінією.
2. Нелінійними. Опір залежить від різниці прикладається напруги або проходить струму. Резистори такого типу працюють в нестрогому відповідно до закону Ома, мають нелінійну характеристику. Використовуються в робототехнічних проектах в ролі датчиків.
3. Змінними. Оснащуються спеціальним валом, що дозволяє змінювати параметри опору в процесі експлуатації.
4. Постійними. Задані в них показники змінити не можна.
5. Вуглецевими. Сердечники всередині таких резисторів виготовляються з вуглецю, мають чашоподібні контакти. Через пористого корпусу чутливі до вологості навколишнього середовища.
6. Плівковими. Виробляються шляхом осадження розпорошеного металу на керамічну основу. Відрізняються високою надійністю, тому успішно застосовуються в основних електронних системах.
7. Дротяними. Їх конструкція складається з керамічного сердечника і дротяної обмотки, виготовленої з різних металевих сплавів. Склад сплавів залежить від потрібного опору. Показують стабільну роботу при великій потужності.
8. Металокерамічними. Для їх виготовлення використовується суміш кераміки та обпалених металів. Процентне співвідношення тих чи інших компонентів визначає рівень опору.
9. Плавкими. У нормальному режимі роботи вони виконують роль обмежувачів. При зростанні номінальної потужності функціонують як запобіжники, захищаючи електричний ланцюг від короткого замикання.
10. Теплочутливі. Можуть видавати як позитивний, так і негативний коефіцієнт в залежності від коливань температури.
11. Світлочутливими. Головним фактором, що впливає на їх роботу, є інтенсивність падаючого світлового потоку. Чим яскравіше світло, тим менше опір резистора.

Відносно резисторів, змінюють опір в процесі роботи, використовується такий термін, як допуск, Вимірюваний у відсотках. Він показує, наскільки змінюються показники близькі до номінальних значень. Наприклад, пристрій з номінальним електричним опором 500Ω і допуском 10% на практиці може видавати значення в діапазоні від 550 до 450Ω.