Grunderna i elektroteknik för nybörjare. Grunderna i teoretisk elektroteknik för nybörjare. Beskrivning av disciplinen "Theoretical Foundations of Electrical Engineering"

Det är inte en trivial uppgift, ska jag säga dig. :) För att underlätta assimileringen av materialet införde jag ett antal förenklingar. Helt vanföreställningar och antivetenskapliga, men visar mer eller mindre tydligt essensen av processen. Tekniken "avloppselektricitet" har framgångsrikt visat sig i fälttester och kommer därför att användas även här. Jag vill bara påpeka att detta bara är en visuell förenkling, giltig för det allmänna fallet och ett specifikt ögonblick för att förstå essensen och har praktiskt taget ingenting att göra med processens verkliga fysik. Varför är det då? Och för att göra det lättare att komma ihåg vad som är vad och att inte blanda ihop spänning och ström och förstå hur resistans påverkar allt detta, annars har jag hört nog av det här från studenter...

Ström, spänning, resistans.

Om du jämför en elektrisk krets med ett avloppssystem, är strömkällan avloppstanken, det strömmande vattnet är strömmen, vattentrycket är spänningen och skiten som rusar genom rören är nyttolasten. Ju högre cisternen är, desto större är den potentiella energin för vattnet i den, och desto starkare är tryckströmmen som passerar genom rören, vilket innebär att desto mer skitbelastning kan den sköljas bort.
Förutom den flödande skiten, hindras flödet av friktion mot rörens väggar, vilket skapar förluster. Ju tjockare rör, desto mindre förlust (hee hee, nu kommer du ihåg varför audiofiler använder tjockare ledningar för sin kraftfulla akustik ;)).
Så, låt oss sammanfatta. En elektrisk krets innehåller en källa som skapar en potentialskillnad - spänning - mellan dess poler. Under påverkan av denna spänning rusar ström genom lasten till där potentialen är lägre. Strömflödet hindras av motståndet som bildas av nyttolasten och förlusterna. Som ett resultat av detta försvagas spänningstrycket ju starkare desto större motstånd. Nåväl, låt oss nu lägga vårt avloppssystem i en matematisk kanal.

Ohms lag

Låt oss till exempel beräkna den enklaste kretsen som består av tre motstånd och en källa. Jag kommer att rita kretsen inte som är vanligt i läroböcker om TOE, utan närmare det verkliga kretsschemat, där de tar nollpotentialen - kroppen, vanligtvis lika med minus för utbudet, och pluset anses vara en punkt med en potential lika med matningsspänningen. Till att börja med antar vi att vi känner till spänningen och resistansen, vilket betyder att vi måste hitta strömmen. Låt oss lägga ihop alla motstånd (läs sidofältet för reglerna för att lägga till motstånd) för att få den totala belastningen och dividera spänningen med det resulterande resultatet - strömmen har hittats! Låt oss nu se hur spänningen fördelas över varje motstånd. Låt oss vända ut och in på Ohms lag och börja räkna. U=I*R eftersom strömmen i kretsen är densamma för alla serieresistanser kommer den att vara konstant, men resistanserna kommer att vara olika. Resultatet blev det Usource = U1 +U2 +U3. Utifrån denna princip kan du till exempel koppla in 50 glödlampor klassade på 4,5 volt i serie och enkelt driva dem från ett 220 volts uttag - inte en enda glödlampa kommer att brinna ut. Vad händer om du i detta sammanhang, i mitten, sätter in ett rejält motstånd, säg en kiloohm, och tar de andra två mindre - en ohm? Och från beräkningarna kommer det att bli tydligt att nästan all spänning kommer att falla över detta stora motstånd.

Kirchhoffs lag.

Enligt denna lag är summan av strömmarna som kommer in och ut från noden lika med noll, och strömmar som flyter in i noden betecknas vanligtvis med ett plus och strömmar som flyter ut med ett minus. I analogi med vårt avloppssystem sprids vatten från ett kraftfullt rör till ett gäng små. Denna regel låter dig beräkna den ungefärliga strömförbrukningen, vilket ibland helt enkelt är nödvändigt vid beräkning av kretsscheman.

Kraft och förluster
Effekten som förbrukas i en krets uttrycks som produkten av spänning och ström.
P = U * I
Därför, ju större ström eller spänning, desto större effekt. Därför att Motståndet (eller ledningarna) utför ingen användbar belastning, då är kraften som faller ur den en förlust i sin rena form. I detta fall kan makt uttryckas genom Ohms lag enligt följande:
P= R * I 2

Som du kan se orsakar en ökning av motståndet en ökning av effekt som spenderas på förluster, och om strömmen ökar ökar förlusterna kvadratiskt. I motståndet går all kraft till uppvärmning. Av samma anledning, förresten, värms batterier upp under drift - de har också inre motstånd, på vilken en del av energin försvinner.
Det är därför audiofiler använder tjocka koppartrådar med minimalt motstånd för sina kraftiga ljudsystem för att minska strömförlusterna, eftersom det finns betydande strömmar där.

Det finns en lag om total ström i en krets, även om det i praktiken aldrig har varit användbart för mig, men det skadar inte att veta det, så ta en lärobok om TOE (teoretiska grunder för elektroteknik) från nätverket, det är bättre för gymnasieskolor, allt beskrivs där mycket enklare och tydligare - utan att gå in på högre matematik.

Var och en av oss, när vi börjar engagera oss i något nytt, rusar omedelbart in i "passionens avgrund", och försöker slutföra eller genomföra svåra projekt hemlagad. Detta hände mig när jag blev intresserad av elektronik. Men som vanligt, de första misslyckandena minskade passionen. Jag var dock inte van vid att dra mig tillbaka och började systematiskt (bokstavligen från början) förstå elektronikens världs mysterier. Och så föddes "guiden för nybörjartekniker".

Steg 1: Spänning, ström, resistans

Dessa begrepp är grundläggande och utan att vara förtrogen med dem skulle det vara meningslöst att fortsätta lära ut grunderna. Låt oss bara komma ihåg att varje material består av atomer, och varje atom har i sin tur tre typer av partiklar. En elektron är en av dessa partiklar som har en negativ laddning. Protoner har en positiv laddning. Ledande material (silver, koppar, guld, aluminium, etc.) har många fria elektroner som rör sig slumpmässigt. Spänning är den kraft som får elektroner att röra sig i en viss riktning. Ett flöde av elektroner som rör sig i en riktning kallas en ström. När elektroner rör sig genom en ledare möter de någon form av friktion. Denna friktion kallas motstånd. Resistansen "klämmer" den fria rörelsen av elektroner, vilket minskar mängden ström.

En mer vetenskaplig definition av ström är förändringshastigheten i antalet elektroner i en viss riktning. Strömenheten är Ampere (I). I elektroniska kretsar är strömmen i milliampereintervallet (1 ampere = 1000 milliampere). Till exempel är den typiska strömmen för en lysdiod 20mA.

Måttenheten för spänning är Volt (V). Batteriet är en spänningskälla. Spänningar på 3V, 3,3V, 3,7V och 5V är de vanligaste i elektroniska kretsar och enheter.

Spänning är orsaken och ström är resultatet.

Motståndsenheten är Ohm (Ω).

Steg 2: Strömförsörjning

Batteriet är en spänningskälla eller "rätt" elkälla. Batteriet producerar elektricitet genom en intern kemisk reaktion. Den har två terminaler på utsidan. En av dem är den positiva terminalen (+ V), och den andra är den negativa terminalen (-V), eller "jord". Vanligtvis finns det två typer av nätaggregat.

• Batterier;
• Batterier.

Batterier används en gång och kasseras sedan. Batterier kan användas flera gånger. Batterier finns i många former och storlekar, från miniatyrer som används för att driva hörapparater och armbandsur till rumsstora batterier som ger reservkraft till telefonväxlar och datorcentraler. Beroende på den interna sammansättningen kan nätaggregat vara av olika typer. Några av de vanligaste typerna som används i robotik och ingenjörsprojekt är:

Batterier 1,5 V

Batterier med denna spänning kan komma i olika storlekar. De vanligaste storlekarna är AA och AAA. Kapacitetsintervall från 500 till 3000 mAh.

3V litiummynt

Alla dessa litiumceller är klassade till 3V nominellt (vid belastning) och med en öppen kretsspänning på cirka 3,6V. Kapaciteten kan nå från 30 till 500 mAh. Används ofta i handhållna enheter på grund av deras lilla storlek.

Nickelmetallhydrid (NiMH)

Dessa batterier har hög energitäthet och kan laddas nästan omedelbart. En annan viktig egenskap är priset. Sådana batterier är billiga (jämfört med deras storlek och kapacitet). Denna typ av batteri används ofta inom robotteknik hemgjorda produkter.

3,7V litiumjon- och litiumpolymerbatterier

De har bra urladdningskapacitet, hög energitäthet, utmärkt prestanda och liten storlek. Litiumpolymerbatteri används ofta inom robotteknik.

9 volts batteri

Den vanligaste formen är ett rektangulärt prisma med rundade kanter och terminaler placerade på toppen. Kapaciteten är cirka 600 mAh.

Bly-syra

Blybatterier är hela elektronikindustrins arbetshäst. De är otroligt billiga, uppladdningsbara och lätta att köpa. Blybatterier används inom mekanik, UPS (uninterruptible power supplies), robotik och andra system där det behövs en stor tillförsel av energi och vikten inte är så viktig. De vanligaste spänningarna är 2V, 6V, 12V och 24V.

Serie-parallellkoppling av batterier

Strömförsörjningen kan anslutas i serie eller parallellt. Vid seriekoppling ökar spänningen och parallellkopplad ökar strömvärdet.

Det finns två viktiga punkter angående batterier:

Kapacitet är ett mått (vanligtvis i Amp-timmar) på laddning som lagras i ett batteri och bestäms av massan av aktivt material som finns i det. Kapacitet representerar den maximala mängd energi som kan utvinnas under vissa specificerade förhållanden. Den faktiska energilagringskapaciteten för ett batteri kan dock variera avsevärt från det nominella angivna värdet, och batterikapaciteten är starkt beroende av ålder och temperatur, laddnings- eller urladdningsförhållanden.

Batterikapaciteten mäts i wattimmar (Wh), kilowattimmar (kWh), amperetimmar (Ah) eller milliampetimmar (mAh). En wattimme är spänningen (V) multiplicerad med strömmen (I) (vi får effekt - måttenheten är Watt (W)) som ett batteri kan producera under en viss tid (vanligtvis 1 timme). Eftersom spänningen är fast och beror på typ av batteri (alkaliskt, litium, blysyra, etc.) är ofta bara Ah eller mAh märkta på det yttre skalet (1000 mAh = 1Ah). För längre drift av en elektronisk enhet är det nödvändigt att ta batterier med låg läckström. För att bestämma batteritiden, dividera kapaciteten med den faktiska belastningsströmmen. En krets som drar 10 mA och drivs av ett 9-volts batteri kommer att fungera i cirka 50 timmar: 500 mAh / 10 mA = 50 timmar.

Med många typer av batterier kan man inte "tömma" energin helt (med andra ord kan batteriet inte laddas ur helt) utan att orsaka allvarliga, och ofta irreparable, skador på de kemiska beståndsdelarna. Urladdningsdjupet (DOD) för ett batteri bestämmer den del av ström som kan dras. Till exempel, om DOD definieras av tillverkaren som 25 %, kan endast 25 % av batterikapaciteten användas.

Laddnings-/urladdningshastigheter påverkar den nominella batterikapaciteten. Om strömförsörjningen laddas ur mycket snabbt (dvs. urladdningsströmmen är hög) minskar mängden energi som kan utvinnas från batteriet och kapaciteten blir lägre. Å andra sidan, om batteriet laddas ur mycket långsamt (låg ström används), då blir kapaciteten högre.

Batteritemperaturen påverkar också kapaciteten. Vid högre temperaturer är batterikapaciteten i allmänhet högre än vid lägre temperaturer. Att avsiktligt öka temperaturen är dock inte ett effektivt sätt att öka batterikapaciteten, eftersom det också minskar livslängden på själva strömförsörjningen.

C-kapacitet: Laddnings- och urladdningsströmmarna för ett batteri mäts i förhållande till dess kapacitet. De flesta batterier, med undantag för blysyra, är klassade till 1C. Till exempel producerar ett batteri med en kapacitet på 1000mAh 1000mA under en timme om nivån är 1C. Samma batteri, vid 0,5C, producerar 500mA i två timmar. Med en 2C-nivå producerar samma batteri 2000mA i 30 minuter. 1C kallas ofta för en timmes urladdning; 0,5C – som en tvåtimmarsklocka och 0,1C – som en 10-timmarsklocka.

Batterikapaciteten mäts vanligtvis med en analysator. Aktuella analysatorer visar information i procent baserat på det nominella kapacitetsvärdet. Ett nytt batteri producerar ibland mer än 100 % ström. I det här fallet är batteriet helt enkelt konservativt klassat och kan hålla längre än vad tillverkaren anger.

Laddaren kan väljas i termer av batterikapacitet eller C-värde. Till exempel kommer en laddare med klassificeringen C/10 att ladda batteriet helt på 10 timmar, en laddare med klassificeringen 4C skulle ladda batteriet på 15 minuter. Mycket snabba laddningshastigheter (1 timme eller mindre) kräver vanligtvis att laddaren noggrant övervakar batteriparametrar, såsom spänningsgränser och temperatur, för att förhindra överladdning och skador på batteriet.

Spänningen i en galvanisk cell bestäms av de kemiska reaktioner som äger rum inuti den. Till exempel är alkaliska celler 1,5 V, alla blysyraceller är 2 V och litiumceller är 3 V. Batterier kan bestå av flera celler, så du kommer sällan att se ett 2 V blybatteri. De är vanligtvis kopplade internt för att ge 6V, 12V eller 24V. Tänk på att den nominella spänningen för ett "1,5V" AA-batteri faktiskt börjar på 1,6V, sjunker sedan snabbt till 1,5 och går sedan långsamt ner till 1,0 V, då anses batteriet vara "urladdat".

Hur man väljer det bästa batteriet för hantverk?

Som du redan förstår finns det många typer av batterier med olika kemiska sammansättningar tillgängliga i allmänhetens ägo, så det är inte lätt att välja vilken effekt som är bäst för just ditt projekt. Om projektet är mycket energiberoende (stora ljudsystem och motoriserade hemgjorda produkter) bör välja ett blybatteri. Om du vill bygga en bärbar under trädet, som kommer att förbruka lite ström, då bör du välja ett litiumbatteri. För alla bärbara projekt (lätt vikt och måttlig strömförsörjning), välj ett litiumjonbatteri. Du kan välja ett billigare nickelmetallhydrid (NIMH) batteri, även om de är tyngre, men inte är sämre än litiumjon i andra egenskaper. Om du skulle vilja göra ett energikrävande projekt skulle ett litiumjonbatteri (LiPo) vara det bästa alternativet eftersom det är litet i storleken, lätt jämfört med andra typer av batterier, laddas mycket snabbt och levererar hög ström.

Vill du att dina batterier ska hålla länge? Använd en laddare av hög kvalitet som har sensorer för att bibehålla korrekta laddningsnivåer och låg strömladdning. En billig laddare dödar dina batterier.

Steg 3: Motstånd

Ett motstånd är ett mycket enkelt och vanligaste element i kretsar. Den används för att styra eller begränsa strömmen i en elektrisk krets.

Resistorer är passiva komponenter som bara förbrukar energi (och inte kan producera den). Resistorer läggs vanligtvis till en krets där de kompletterar aktiva komponenter som op-förstärkare, mikrokontroller och andra integrerade kretsar. De används vanligtvis för att begränsa strömmen, separata spänningar och separata I/O-linjer.

Resistansen hos ett motstånd mäts i ohm. Större värden kan associeras med kilo-, mega- eller giga-prefixet för att göra värdena lätta att läsa. Du kan ofta se motstånd märkta med kOhm och MOhm-intervall (mOhm-motstånd är mycket mindre vanliga). Till exempel är ett 4 700 Ω motstånd ekvivalent med ett 4,7 kΩ motstånd och ett 5 600 000 Ω motstånd kan skrivas som 5 600 kΩ eller (vanligare) 5,6 MΩ.

Det finns tusentals olika typer av motstånd och många företag som tillverkar dem. Om vi ​​tar en grov gradering finns det två typer av motstånd:

• med tydligt definierade egenskaper;
• allmänt ändamål, vars egenskaper kan "gå" (tillverkaren själv indikerar den möjliga avvikelsen).

Exempel på allmänna egenskaper:

• Temperatur koefficient;
• Spänningsfaktor;
• Frekvensomfång;
• Kraft;
• Fysisk storlek.

Beroende på deras egenskaper kan motstånd klassificeras som:

Linjärt motstånd- en typ av motstånd vars resistans förblir konstant med ökande potentialskillnad (spänning) som appliceras på den (resistansen och strömmen som passerar genom motståndet ändras inte med den pålagda spänningen). Egenskaper för strömspänningskarakteristiken för ett sådant motstånd är en rak linje.

Icke linjärt motståndär ett motstånd vars resistans ändras beroende på värdet på den pålagda spänningen eller strömmen som flyter genom den. Denna typ har en icke-linjär ström-spänningskarakteristik och följer inte strikt Ohms lag.

Det finns flera typer av olinjära motstånd:

• NTC-motstånd (Negative Temperature Coefficient) - deras motstånd minskar med ökande temperatur.
• PEC-motstånd (Positive Temperature Coefficient) - deras motstånd ökar med ökande temperatur.
• LZR-motstånd (Ljusberoende motstånd) - deras motstånd förändras med förändringar i ljusflödets intensitet.
• VDR-motstånd (Voltage Dependent Resistors) - deras motstånd minskar kritiskt när spänningsvärdet överstiger ett visst värde.

Icke-linjära motstånd används i olika projekt. LZR används som sensor i olika robotprojekt.

Dessutom kommer motstånd med ett konstant och variabelt värde:

Fasta motstånd- typer av motstånd vars värde redan är inställt under produktion och inte kan ändras under användning.

Variabelt motstånd eller potentiometer – en typ av motstånd vars värde kan ändras under användning. Denna typ har vanligtvis en axel som vrids eller flyttas manuellt för att ändra motståndsvärdet över ett fast område, t.ex. 0 kOhm till 100 kOhm.

Resistance Store:

Denna typ av motstånd består av ett "paket" som innehåller två eller flera motstånd. Den har flera terminaler genom vilka resistansvärdet kan väljas.

Sammansättningen av motstånd är:

Kol:

Kärnan i sådana motstånd är gjuten av kol och ett bindemedel, vilket skapar det nödvändiga motståndet. Kärnan har skålformade kontakter som håller motståndsstaven på varje sida. Hela kärnan är fylld med ett material (som bakelit) i ett isolerat hölje. Huset har en porös struktur, så kolkompositmotstånd är känsliga för relativ luftfuktighet.

Dessa typer av motstånd producerar vanligtvis brus i kretsen på grund av att elektronerna passerar genom kolpartiklarna, så dessa motstånd används inte i "viktiga" kretsar, även om de är billigare.

Kolavlagring:

Ett motstånd som tillverkas genom att ett tunt lager kol placeras runt en keramisk stav kallas ett kolavsatt motstånd. Det görs genom att värma upp keramiska stavar inuti en kolv med metan och avsätta kol runt dem. Värdet på motståndet bestäms av mängden kol som avsatts runt den keramiska staven.

Filmmotstånd:

Motståndet är tillverkat genom att spruta metall i vakuum på en keramisk stavbas. Dessa typer av motstånd är mycket pålitliga, har hög stabilitet och har även en hög temperaturkoefficient. Även om de är dyra jämfört med andra används de i grundläggande system.

Trådlindat motstånd:

Ett trådlindat motstånd görs genom att linda metalltråd runt en keramisk kärna. Metalltråden är en legering av olika metaller valda enligt de angivna egenskaperna och resistansen hos det önskade motståndet. Denna typ av motstånd har hög stabilitet och klarar även hög effekt, men de är i allmänhet skrymmande än andra typer av motstånd.

Metallkeramik:

Dessa motstånd är gjorda genom att baka några metaller blandade med keramik på ett keramiskt underlag. Andelen av blandningen i ett blandat metall-keramiskt motstånd bestämmer resistansvärdet. Denna typ är mycket stabil och har även exakt uppmätt motstånd. De används främst för ytmontering på kretskort.

Precisionsmotstånd:

Motstånd vars resistansvärde ligger inom en tolerans, så de är mycket exakta (det nominella värdet ligger inom ett smalt område).

Alla motstånd har en tolerans, som anges i procent. Toleransen talar om för oss hur nära det nominella värdet motståndet kan variera. Till exempel kan ett 500Ω-motstånd som har ett toleransvärde på 10% ha ett motstånd mellan 550Ω eller 450Ω. Om motståndet har 1 % tolerans kommer motståndet bara att ändras med 1 %. Så ett 500Ω motstånd kan variera från 495Ω till 505Ω.

Ett precisionsmotstånd är ett motstånd som har en toleransnivå på endast 0,005 %.

Smältmotstånd:

Det trådlindade motståndet är utformat för att lätt brinna ut när märkeffekten överskrider gränsvärdet. Det smältbara motståndet har alltså två funktioner. När matningen inte överskrids fungerar den som en strömbegränsare. När märkeffekten överskrids fungerar oa-enheten som en säkring, när den väl har gått blir kretsen öppen, vilket skyddar komponenterna från kortslutningar.

Termistorer:

Ett värmekänsligt motstånd vars resistansvärde ändras med driftstemperaturen.

Termistorer visar antingen positiv temperaturkoefficient (PTC) eller negativ temperaturkoefficient (NTC).

Hur mycket resistans som ändras med förändringar i driftstemperatur beror på termistorns storlek och design. Det är alltid bättre att kontrollera referensdata för att känna till alla termistorernas specifikationer.

Fotomotstånd:

Motstånd vars motstånd ändras beroende på ljusflödet som faller på dess yta. I en mörk miljö är fotoresistorns resistans mycket hög, flera M Ω. När intensivt ljus träffar ytan sjunker fotoresistorns resistans avsevärt.

Således är fotoresistorer variabla motstånd, vars resistans beror på mängden ljus som faller på dess yta.

Blyhaltiga och blyfria typer av motstånd:

Terminalmotstånd: Denna typ av motstånd användes i de tidigaste elektroniska kretsarna. Komponenterna kopplades till utgångsterminalerna. Med tiden började tryckta kretskort användas, i monteringshålen vars ledningar av radioelement löddes.

Ytmonterade motstånd:

Denna typ av motstånd har blivit allt mer använd sedan introduktionen av ytmonteringsteknik. Vanligtvis skapas denna typ av motstånd med hjälp av tunnfilmsteknik.

Steg 4: Standard eller gemensamma motståndsvärden

Beteckningssystemet har ursprung som går tillbaka till början av förra seklet, då de flesta motstånd var kol med relativt dåliga tillverkningstoleranser. Förklaringen är ganska enkel - med en tolerans på 10 % kan du minska antalet producerade motstånd. Det skulle vara ineffektivt att producera 105 ohm motstånd, eftersom 105 är inom 10 % toleransintervallet för ett 100 ohm motstånd. Nästa marknadskategori är 120 ohm eftersom ett 100 ohm motstånd med 10 % tolerans kommer att ha ett intervall mellan 90 och 110 ohm. Ett 120 ohm motstånd har ett intervall mellan 110 och 130 ohm. Med denna logik är det att föredra att producera motstånd med en 10 % tolerans på 100, 120, 150, 180, 220, 270, 330 och så vidare (avrundat i enlighet därmed). Detta är E12-serien som visas nedan.

Tolerans 20 % E6,

Tolerans 10 % E12,

Tolerans 5 % E24 (och vanligtvis 2 % tolerans)

Tolerans 2% E48,

E96 1% tolerans,

E192 0,5, 0,25, 0,1% och högre toleranser.

Standardvärden för motstånd:

E6-serien: (20 % tolerans) 10, 15, 22, 33, 47, 68

E12-serien: (10 % tolerans) 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82

E24-serien: (5 % tolerans) 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91

E48-serien: (2 % tolerans) 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 215, 215, 215, 215, 215, 3 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590. , 909, 953

E96-serien: (1% tolerans) 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 501, 147, 147, 147, 147 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255. , 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453. , 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 959, 976

E192-serien: (0,5, 0,25, 0,1 och 0,05 % tolerans) 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 171, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 10 5, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205. 3, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267. 1, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379. 7, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5 9, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673. 1, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 920, 9231, 9, 5, 9, 6, 9, 6

Vid design av hårdvara är det bäst att hålla sig till den lägsta delen, d.v.s. Det är bättre att använda E6 istället för E12. På ett sådant sätt att antalet olika grupper i valfri utrustning minimeras.

Fortsättning följer

Det finns många begrepp som inte kan ses med egna ögon eller beröras med händerna. Det mest slående exemplet är elektroteknik, som består av komplexa kretsar och oklar terminologi. Därför drar sig många människor helt enkelt tillbaka inför svårigheterna med den kommande studien av denna vetenskapliga och tekniska disciplin.

Grunderna i elektroteknik för nybörjare, presenterade på ett tillgängligt språk, hjälper dig att få kunskap inom detta område. Med stöd av historiska fakta och tydliga exempel blir de fascinerande och begripliga även för den som för första gången stöter på okända begrepp. Gradvis från enkel till komplex är det fullt möjligt att studera de presenterade materialen och använda dem i praktiska aktiviteter.

Begrepp och egenskaper för elektrisk ström

Elektriska lagar och formler krävs inte bara för att utföra några beräkningar. De behövs också av dem som praktiskt taget utför operationer relaterade till el. Genom att känna till grunderna för elteknik kan du logiskt bestämma orsaken till felet och eliminera det mycket snabbt.

Kärnan i elektrisk ström är rörelsen av laddade partiklar som överför elektrisk laddning från en punkt till en annan. Men med den slumpmässiga termiska rörelsen av laddade partiklar, efter exemplet med fria elektroner i metaller, sker ingen laddningsöverföring. Rörelsen av elektrisk laddning genom tvärsnittet av en ledare sker endast om joner eller elektroner deltar i ordnad rörelse.

Elektrisk ström flyter alltid i en viss riktning. Dess närvaro indikeras av specifika tecken:

• Uppvärmning av en ledare genom vilken ström flyter.
• Förändring i den kemiska sammansättningen av en ledare under påverkan av ström.
• Utövar kraft på närliggande strömmar, magnetiserade kroppar och närliggande strömmar.

Elektrisk ström kan vara likström eller växelström. I det första fallet förblir alla dess parametrar oförändrade, och i det andra ändras polariteten periodiskt från positiv till negativ. I varje halvcykel ändras riktningen för elektronflödet. Hastigheten för sådana periodiska förändringar är frekvensen, mätt i hertz

Basaktuella kvantiteter

När en elektrisk ström uppstår i en krets sker en konstant laddningsöverföring genom ledarens tvärsnitt. Mängden laddning som överförs under en viss tidsenhet kallas, mätt i ampere.

För att skapa och upprätthålla rörelsen av laddade partiklar är det nödvändigt att ha en kraft applicerad på dem i en viss riktning. Om denna åtgärd upphör, stoppas också flödet av elektrisk ström. Denna kraft kallas det elektriska fältet, även känd som. Det är detta som orsakar potentialskillnaden eller Spänning vid ändarna av ledaren och ger impulser till rörelsen av laddade partiklar. För att mäta detta värde används en speciell enhet - volt. Det finns ett visst samband mellan grundstorheterna, vilket återspeglas i Ohms lag, som kommer att diskuteras i detalj.

Den viktigaste egenskapen hos en ledare som är direkt relaterad till elektrisk ström är motstånd, mätt i Omaha. Detta värde är ett slags motstånd hos ledaren mot flödet av elektrisk ström i den. Som ett resultat av motståndets inverkan värms ledaren upp. När ledarens längd ökar och dess tvärsnitt minskar, ökar resistansvärdet. Ett värde på 1 ohm uppstår när potentialskillnaden i ledaren är 1 V och strömmen är 1 A.

Ohms lag

Denna lag hänför sig till de grundläggande bestämmelserna och begreppen inom elektroteknik. Det återspeglar mest exakt förhållandet mellan storheter som ström, spänning, resistans, etc. Definitionerna av dessa kvantiteter har redan övervägts, nu är det nödvändigt att fastställa graden av deras interaktion och påverkan på varandra.

För att beräkna det här eller det värdet måste du använda följande formler:

1. Strömstyrka: I = U/R (ampere).
2. Spänning: U = I x R (volt).
3. Motstånd: R = U/I (ohm).

Beroendet av dessa storheter, för en bättre förståelse av processernas väsen, jämförs ofta med hydrauliska egenskaper. Till exempel, i botten av en tank fylld med vatten, installeras en ventil med ett rör intill den. När ventilen öppnar börjar vattnet rinna eftersom det är skillnad mellan högtrycket i början av röret och lågtrycket i slutet. Exakt samma situation uppstår vid ledarens ändar i form av en potentialskillnad - spänning, under påverkan av vilken elektroner rör sig längs ledaren. Således, analogt, är spänning ett slags elektriskt tryck.

Strömstyrkan kan jämföras med vattenflödet, det vill säga mängden vatten som strömmar genom rörets tvärsnitt under en bestämd tidsperiod. När rördiametern minskar kommer även vattenflödet att minska på grund av ökat motstånd. Detta begränsade flöde kan jämföras med det elektriska motståndet hos en ledare, som håller flödet av elektroner inom vissa gränser. Samspelet mellan ström, spänning och motstånd liknar hydrauliska egenskaper: med en förändring av en parameter ändras alla andra.

Energi och kraft inom elektroteknik

Inom elektroteknik finns även sådana begrepp som energi Och kraft relaterad till Ohms lag. Själva energin finns i mekaniska, termiska, nukleära och elektriska former. Enligt lagen om bevarande av energi kan den inte förstöras eller skapas. Det kan bara omvandlas från en form till en annan. Till exempel omvandlar ljudsystem elektrisk energi till ljud och värme.

Varje elektrisk apparat förbrukar en viss mängd energi under en viss tidsperiod. Detta värde är individuellt för varje enhet och representerar ström, det vill säga mängden energi som en viss enhet kan förbruka. Denna parameter beräknas med formeln P = I x U, måttenheten är . Det betyder att flytta en volt genom ett motstånd på en ohm.

Således kommer grunderna i elektroteknik för nybörjare att hjälpa dig att först förstå de grundläggande begreppen och termerna. Efter detta blir det mycket lättare att använda den inhämtade kunskapen i praktiken.

El för dummies: elektronik grunderna

Vi erbjuder ett litet material om ämnet: "El för nybörjare." Det kommer att ge en första förståelse av termer och fenomen som är förknippade med elektronernas rörelse i metaller.

Funktioner av termen

Elektricitet är energin från små laddade partiklar som rör sig i ledare i en viss riktning.

Med konstant ström är det ingen förändring i dess storlek, liksom i rörelseriktningen under en viss tidsperiod. Om en galvanisk cell (batteri) väljs som strömkälla, så rör sig laddningen på ett ordnat sätt: från den negativa polen till den positiva änden. Processen fortsätter tills den helt försvinner.

Växelström ändrar periodvis storlek och rörelseriktning.

AC transmissionskrets

Låt oss försöka förstå vad en fas är i ett ord som alla har hört, men inte alla förstår dess sanna innebörd. Vi går inte in på detaljer och detaljer, vi väljer bara det material som hemhantverkaren behöver. Ett trefasnät är en metod för att överföra elektrisk ström, där ström flyter genom tre olika ledningar, och en returnerar den. Till exempel finns det två ledningar i en elektrisk krets.

Ström flyter genom den första tråden till konsumenten, till exempel till en vattenkokare. Den andra tråden används för att returnera den. När en sådan krets öppnas kommer det inte att finnas någon elektrisk laddning inuti ledaren. Detta diagram beskriver en enfaskrets. i el? En fas anses vara en tråd genom vilken elektrisk ström flyter. Noll är tråden genom vilken returen utförs. I en trefaskrets finns tre fasledningar samtidigt.

En eltavla i lägenheten är nödvändig för ström i alla rum. anses ekonomiskt genomförbara, eftersom de inte kräver två. När man närmar sig konsumenten delas strömmen in i tre faser, var och en med en nolla. Jordelektroden, som används i ett enfasnätverk, bär ingen arbetsbelastning. Han är en säkring.

Till exempel, om en kortslutning uppstår, finns det risk för elektrisk stöt eller brand. För att förhindra en sådan situation bör det aktuella värdet inte överstiga en säker nivå, överskottet går ner i marken.

Manualen "Skola för elektriker" kommer att hjälpa nybörjare att hantera vissa haverier av hushållsapparater. Till exempel, om det finns problem med funktionen av tvättmaskinens elektriska motor, kommer ström att flyta till det yttre metallhöljet.

Om det inte finns någon jordning kommer laddningen att fördelas över hela maskinen. När du rör den med händerna kommer en person att fungera som en jordledare och få en elektrisk stöt. Om det finns en jordledning kommer denna situation inte att uppstå.

Egenskaper av elektroteknik

Läroboken "Electricity for Dummies" är populär bland dem som är långt ifrån fysik, men planerar att använda denna vetenskap för praktiska ändamål.

Datumet för uppkomsten av elektroteknik anses vara början av artonhundratalet. Det var vid denna tidpunkt som den första aktuella källan skapades. De upptäckter som gjordes inom området magnetism och elektricitet lyckades berika vetenskapen med nya begrepp och fakta av viktig praktisk betydelse.

Handboken "Skola för elektriker" förutsätter förtrogenhet med de grundläggande termerna relaterade till el.

Många fysikböcker innehåller komplexa elektriska diagram och en mängd förvirrande termer. För att nybörjare ska förstå alla krångligheterna i denna sektion av fysik utvecklades en speciell manual "Electricity for Dummies". En utflykt in i elektronens värld måste börja med en övervägande av teoretiska lagar och begrepp. Illustrativa exempel och historiska fakta som används i boken "Electricity for Dummies" kommer att hjälpa nybörjare elektriker att skaffa sig kunskap. För att kontrollera dina framsteg kan du använda uppgifter, tester och övningar relaterade till el.

Om du förstår att du inte har tillräckligt med teoretiska kunskaper för att självständigt klara av att ansluta elektriska ledningar, se referensböcker för "dummies".

Säkerhet och övning

Först måste du noggrant studera avsnittet om säkerhetsåtgärder. I det här fallet, under arbete relaterat till el, kommer det inte att finnas några nödsituationer som är farliga för hälsan.

För att omsätta de teoretiska kunskaperna som du fått efter att du själv studerat grunderna i elteknik i praktiken kan du börja med gamla hushållsapparater. Innan du påbörjar reparationer, se till att läsa instruktionerna som medföljer enheten. Glöm inte att du inte ska skoja med el.

Elektrisk ström är förknippad med rörelsen av elektroner i ledare. Om ett ämne inte kan leda ström kallas det en dielektrikum (isolator).

För att fria elektroner ska röra sig från en pol till en annan måste det finnas en viss potentialskillnad mellan dem.

Strömstyrkan som passerar genom en ledare är relaterad till antalet elektroner som passerar genom ledarens tvärsnitt.

Strömflödets hastighet påverkas av ledarens material, längd och tvärsnittsarea. När längden på tråden ökar, ökar dess motstånd.

Slutsats

Elektricitet är en viktig och komplex gren av fysiken. Manualen "Electricity for Dummies" undersöker de huvudsakliga kvantiteterna som kännetecknar effektiviteten hos elmotorer. Spänningsenheterna är volt, strömmen mäts i ampere.

Alla har en viss makt. Det hänvisar till mängden el som genereras av en enhet under en viss tidsperiod. Energikonsumenter (kylskåp, tvättmaskiner, vattenkokare, strykjärn) har också ström och förbrukar el under drift. Om du vill kan du utföra matematiska beräkningar och bestämma det ungefärliga priset för varje hushållsapparat.

Elektroteknik är som ett främmande språk. Vissa har redan behärskat det perfekt under lång tid, andra har precis börjat bekanta sig med det, och för andra är det fortfarande ett ouppnåeligt, men lockande mål. Varför vill många utforska denna mystiska värld av elektricitet? Människor har varit bekanta med det i bara cirka 250 år, men idag är det svårt att föreställa sig ett liv utan elektricitet. För att bekanta dig med denna värld finns det teoretiska grunder för elektroteknik (TOE) för dummies.

Första bekantskapen med el

I slutet av 1700-talet började den franske vetenskapsmannen Charles Coulomb aktivt studera ämnens elektriska och magnetiska fenomen. Det var han som upptäckte lagen om elektrisk laddning, som fick sitt namn efter honom - coulomb.

Idag är det känt att vilket ämne som helst består av atomer och elektroner som roterar runt dem i en omloppsbana. Men i vissa ämnen hålls elektroner väldigt hårt av atomer, medan i andra är denna bindning svag, vilket gör att elektroner fritt kan bryta sig loss från vissa atomer och fästa vid andra.

För att förstå vad det är kan du föreställa dig en stor stad med ett stort antal bilar som rör sig utan några regler. Dessa maskiner rör sig kaotiskt och kan inte göra användbart arbete. Som tur är går inte elektronerna isär, utan studsar av varandra som bollar. Att dra nytta av dessa små arbetare tre villkor måste vara uppfyllda:

1. Atomer av ett ämne måste fritt ge upp sina elektroner.
2. En kraft måste appliceras på detta ämne, vilket kommer att tvinga elektronerna att röra sig i en riktning.
3. Kretsen längs vilken laddade partiklar rör sig måste vara sluten.

Det är iakttagandet av dessa tre villkor som ligger till grund för elektroteknik för nybörjare.

Alla grundämnen är uppbyggda av atomer. Atomer kan jämföras med solsystemet, bara varje system har sitt eget antal banor, och varje bana kan innehålla flera planeter (elektroner). Ju längre omloppsbanan är från kärnan, desto mindre attraktion har elektronerna i denna omloppsbana.

Attraktion beror inte på massan av kärnan, men från olika polariteter hos kärnan och elektronerna. Om kärnan har en laddning på +10 enheter måste elektronerna också ha totalt 10 enheter men negativ laddning. Om en elektron flyger bort från den yttre omloppsbanan kommer den totala energin hos elektronerna redan att vara -9 enheter. Ett enkelt exempel för addition +10 + (-9) = +1. Det visar sig att atomen har en positiv laddning.

Det händer också tvärtom: kärnan har en stark attraktion och fångar en "främmande" elektron. Sedan dyker en "extra", 11:e elektron upp i dess yttre omloppsbana. Samma exempel +10 + (-11) = -1. I detta fall kommer atomen att vara negativt laddad.

Om två material med motsatt laddning placeras i en elektrolyt och kopplas till dem genom en ledare, till exempel en glödlampa, kommer ström att flyta i en sluten krets och glödlampan tänds. Om kretsen bryts, till exempel genom en strömbrytare, slocknar glödlampan.

Elektrisk ström erhålls enligt följande. När ett av materialen (elektrod) utsätts för en elektrolyt, uppstår ett överskott av elektroner i det, och det blir negativt laddat. Den andra elektroden, tvärtom, ger upp elektroner när den utsätts för elektrolyten och blir positivt laddad. Varje elektrod betecknas "+" (överskott av elektroner) respektive "-" (brist på elektroner).

Även om elektroner har en negativ laddning är elektroden märkt med "+". Denna förvirring inträffade i början av elektrotekniken. Vid den tiden trodde man att laddningsöverföring sker av positiva partiklar. Sedan dess har många kretsar skapats, och för att inte göra om dem lämnade de allt som det är.

I galvaniska celler genereras elektrisk ström som ett resultat av en kemisk reaktion. Kombinationen av flera element kallas ett batteri; en sådan regel kan hittas i elektroteknik för dummies. Om den omvända processen är möjlig, när kemisk energi ackumuleras i elementet under påverkan av elektrisk ström, kallas ett sådant element ett batteri.

Den galvaniska cellen uppfanns av Alessandro Volta år 1800. Han använde koppar- och zinkplattor doppade i en saltlösning. Detta blev prototypen på moderna batterier och batterier.

Typer och egenskaper hos ström

Efter att ha fått den första elektriciteten uppstod idén att överföra denna energi över ett visst avstånd, och här uppstod svårigheter. Det visar sig att elektroner som passerar genom en ledare förlorar en del av sin energi, och ju längre ledaren är, desto större är dessa förluster. 1826 fastställde Georg Ohm en lag som spårar sambandet mellan spänning, ström och resistans. Den lyder som följer: U=RI. Med ord visar det sig: spänningen är lika med strömmen multiplicerat med ledarens resistans.

Från ekvationen kan man se att ju längre ledaren, vilket ökar motståndet, desto mindre ström och spänning kommer att vara, därför kommer effekten att minska. Det är omöjligt att eliminera motstånd; för att göra detta måste du sänka ledarens temperatur till absolut noll, vilket endast är möjligt under laboratorieförhållanden. Ström är nödvändig för ström, så du kan inte röra den heller, allt som återstår är att öka spänningen.

För slutet av 1800-talet var detta ett oöverstigligt problem. När allt kommer omkring fanns det på den tiden inga kraftverk som genererade växelström, inga transformatorer. Därför vände ingenjörer och forskare sin uppmärksamhet mot radio, även om det var mycket annorlunda än modern trådlös. Regeringarna i olika länder såg inte fördelarna med denna utveckling och sponsrade inte sådana projekt.

För att kunna transformera spänningen, öka eller minska den krävs växelström. Du kan se hur detta fungerar i följande exempel. Om tråden rullas in i en spole och en magnet snabbt flyttas in i den, kommer en växelström att uppstå i spolen. Detta kan verifieras genom att ansluta en voltmeter med ett nollmärke i mitten till spolens ändar. Pilen på enheten kommer att avvika till vänster och till höger, detta kommer att indikera att elektronerna rör sig i en riktning, sedan i den andra.

Denna metod för att generera elektricitet kallas magnetisk induktion. Den används till exempel i generatorer och transformatorer, för att ta emot och ändra ström. Enligt dess form växelström kan vara:

• sinus;
• impulsiv;
• rätat ut.

Typer av ledare

Det första som påverkar elektrisk ström är materialets ledningsförmåga. Denna ledningsförmåga är olika för olika material. Konventionellt kan alla ämnen delas in i tre typer:

• dirigent;
• halvledare;
• dielektrisk.

En ledare kan vara vilket ämne som helst som fritt passerar elektrisk ström genom sig själv. Dessa inkluderar hårda material som metall eller halvmetall (grafit). Vätska - kvicksilver, smälta metaller, elektrolyter. Detta inkluderar även joniserade gaser.

Baserat på det här, ledare är indelade i två typer av konduktivitet:

• elektronisk;
• jonisk.

Elektronisk ledningsförmåga omfattar alla material och ämnen som använder elektroner för att skapa en elektrisk ström. Dessa element inkluderar metaller och halvmetaller. Kol leder också strömmen bra.

I jonledning spelas denna roll av en partikel som har en positiv eller negativ laddning. En jon är en partikel med en saknad eller extra elektron. Vissa joner är inte motvilliga till att fånga en "extra" elektron, medan andra inte värderar elektroner och därför fritt ger bort dem.

Följaktligen kan sådana partiklar vara negativt laddade eller positivt laddade. Ett exempel är saltvatten. Huvudämnet är destillerat vatten, som är en isolator och inte leder ström. När salt tillsätts blir det en elektrolyt, det vill säga en ledare.

Halvledare i sitt normala tillstånd leder inte ström, men när de utsätts för yttre påverkan (temperatur, tryck, ljus etc.) börjar de leda ström, om än inte lika bra som ledare.

Alla andra material som inte ingår i de två första typerna klassificeras som dielektriska eller isolatorer. Under normala förhållanden leder de praktiskt taget inte elektrisk ström. Detta förklaras av det faktum att i den yttre omloppsbanan hålls elektronerna mycket stadigt på sina ställen, och det finns inget utrymme för andra elektroner.

När du studerar el för dummies måste du komma ihåg att alla tidigare listade typer av material används. Ledare används främst för att ansluta kretselement (även i mikrokretsar). De kan ansluta en strömkälla till en last (till exempel en sladd från ett kylskåp, elektriska ledningar, etc.). De används vid tillverkning av spolar, som i sin tur kan användas oförändrade, till exempel på kretskort eller i transformatorer, generatorer, elmotorer etc.

Konduktörerna är de mest talrika och mångsidiga. Nästan alla radiokomponenter är gjorda av dem. För att erhålla en varistor kan till exempel en enda halvledare (kiselkarbid eller zinkoxid) användas. Det finns delar som innehåller ledare av olika typer av konduktivitet, till exempel dioder, zenerdioder, transistorer.

Bimetaller upptar en speciell nisch. Det är en kombination av två eller flera metaller, som har olika grad av expansion. När en sådan del värms upp deformeras den på grund av olika procentuell expansion. Används vanligtvis i strömskydd, till exempel för att skydda en elmotor från överhettning eller för att stänga av enheten när den når en inställd temperatur, som i ett strykjärn.

Dielektrikum har huvudsakligen en skyddande funktion (till exempel isolerande handtag på elverktyg). De låter dig också isolera delar av en elektrisk krets. Det tryckta kretskortet som radiokomponenterna är monterade på är tillverkat av dielektrikum. Spoltrådarna är belagda med isolerande lack för att förhindra kortslutning mellan varven.

Men ett dielektrikum, när en ledare läggs till, blir en halvledare och kan leda ström. Samma luft blir en ledare under ett åskväder. Torrt trä är en dålig ledare, men om det blir blött är det inte längre säkert.

Elektrisk ström spelar en stor roll i den moderna människans liv, men å andra sidan kan den utgöra en livsfara. Det är mycket svårt att upptäcka det till exempel i en tråd som ligger på marken, det kräver speciell utrustning och kunskap. Därför måste extrem försiktighet iakttas vid användning av elektriska apparater.

Människokroppen består huvudsakligen av vatten, men det är inte destillerat vatten, som är ett dielektrikum. Därför blir kroppen nästan en ledare för elektricitet. Efter att ha fått en elektrisk stöt drar musklerna ihop sig, vilket kan leda till hjärt- och andningsstopp. Med ytterligare verkan av strömmen börjar blodet koka, sedan torkar kroppen ut och slutligen blir vävnaderna förkolnade. Det första du ska göra är att stoppa strömmen, om det behövs, ge första hjälpen och ringa läkare.

Statisk spänning förekommer i naturen, men oftast utgör den inte någon fara för människor, med undantag för blixtar. Men det kan vara farligt för elektroniska kretsar eller delar. Därför, när man arbetar med mikrokretsar och fälteffekttransistorer, används jordade armband.