Электронные схемы для управления внешними устройствами это: электронные схемы для управления внешними устроствами

79. Электронные схемы для управления внешними устройствами – это …

• Транзисторы
  представляют собой элементарные
  полупроводниковые приборы, которые
  сегодня являются основными элементами
  для построения микросхем логики, памяти,
  процессора и других устройств компьютера.

• Системные
  шины
  – это наборы проводников для передачи
  данных, адресов и сигналов управления
  между устройствами компьютера.

• Контроллеры
  – ПРАВИЛЬНЫЙ
  ОТВЕТ

80. Промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена, называют …

• Внешняя
  память –
  это энергонезависимая память,
  предназначенная для длительного
  хранения программ и данных. К устройствам
  внешней памяти относят накопители
  на жестких, гибких магнитных дисках,
  оптических компакт-дисках, накопители
  на магнитной ленте, флэш-накопители.
  Она существенно медленней внутренней
  оперативной и сверхоперативной
  кэш-памяти.

• кэш-памятью
  – ПРАВИЛЬНЫЙ
  ОТВЕТ

81. В состав интегрированной системы программирования входят …

• текстовый
  редактор – ПРАВИЛЬНЫЙ
  ОТВЕТ

• калькулятор
  

• редактор
  связей – ПРАВИЛЬНЫЙ
  ОТВЕТ

• графический
  редактор

Решение:

Процесс
создания программ включает в себя
следующие этапы:
составление
исходного кода программы на языке
программирования;
этап
трансляции, необходимый для создания
объектного кода программы;
создание
загрузочного модуля, готового к
исполнению.
В
самом общем случае для создания программы
на выбранном языке программирования
нужно иметь следующие компоненты:
1.Текстовый
редактор

2.
Компилятор.
Исходный текст с помощью программы-компилятора
переводится в промежуточный объектный
код.

3.
Редактор
связей,
который выполняет связывание объектных
модулей и машинного кода стандартных
функций, находя их в библиотеках, и
формирует на выходе работоспособное
приложение – исполнимый код.

82. Если размер кластера на жестком диске 512 байт, а размер файла 864 байт, то на диске под него будет отведено (то есть недоступно для других файлов) _______ кластер(а).

Решение:

Каждый
жесткий диск состоит из пакета пластин.
На каждой стороне каждой пластины
имеются концентрические кольца,
называемые дорожками. Каждая дорожка
разбивается на фрагменты, называемые
секторами, причем все дорожки на диске
имеют одинаковое количество секторов.
Сектор
представляет собой минимальную физическую
единицу хранения данных на внешнем
носителе.
Размер сектора всегда представляет
собой одну из степеней числа 2, и почти
всегда равен 512 байт. Группы секторов
условно объединяются в кластеры. Кластер
является наименьшей единицей адресации
к данным.
Когда
файл записывается на диск, файловая
система выделяет соответствующее
количество кластеров для хранения
данных файла. Например, если каждый
кластер равен 512 байт, а размер сохраняемого
файла составляет 800 байт, то для его
хранения будут выделены два кластера.

Допустим,
ваш файл располагается в 10 кластерах
размером по 1024 Кб, причем в последнем –
десятом кластере он занимает всего
десять байт.
Что происходит с оставшимся
почти свободным килобайтом? Ничего. Он
просто пропадает для пользователя.

83.
С помощью цифрового фотоаппарата
получено изображение с разрешением
3456×2592 точек и глубиной цвета 3 байта/пиксель.
Для просмотра используется монитор с
установленными параметрами разрешения
1280×1024 и цветопередачей 16 битов.
Информационный объем изображения при
отображении его на этом мониторе
уменьшится  в _____  раз (получившееся
значение округлить).

Решение:

Для
подсчета необходимо учесть разрешение
и глубину цвета у изображения и монитора,
при этом находим отношение:
Здесь
глубина цвета приводится к единой
величине – битам, которая и используется
для расчета. Так, у изображения будетточек,
а для одной точки выделяется,
тогда размер изображения равенАналогично
для монитора, но здесь при отображении
на экранеточек
на одну точку выделяется 16 битов.

Компьютер.docx

Компьютер

Задание {{ 36 }} ТЗ 15
Тема 1-2-2

Выберите правильный ответ

 Основной характеристикой
микропроцессора является

R 
быстродействие;

£ 
частота развертки;

£ 
компактность;

£ 
разрешающая способность;

Задание {{ 37 }} ТЗ 17
Тема 1-2-2

Выберите правильный ответ

 Количество элементарных
операций, выполняемых микропроцессоров в единицу времени, называется:

£ 
скоростью обработки информации;

£ 
скоростью передачи данных;

R 
тактовой частотой;

£ 
частотой развертки;

Задание {{ 38 }} ТЗ 18
Тема 1-2-2

Выберите правильный ответ

 Микропроцессор размещается

£ 
в виде самостоятельного устройства, находящегося
вне системного блока;

£ 
в виде самостоятельного устройства внутри
системного блока;

£ 
внутри видеодисплея;

R 
на материнской плате;

Задание {{ 39 }} ТЗ 20
Тема 1-2-2

Выберите правильный ответ

Запоминающее устройство,
являющееся энергозависимым (информация в запоминающем устройстве хранится до
тех пор, пока поступает электроэнергия):

£ 
CD

R 
оперативное запоминающее устройство

£ 
гибкий магнитный диск

£ 
постоянное запоминающее устройство

£ 
внешнее запоминающее устройство

Задание {{ 40 }} ТЗ № 252

Отметьте правильный ответ

Электронные схемы для
управления внешними устройствами — это:

£ 
плоттеры;

£ 
драйверы;

R 
контроллеры;

£ 
сканеры;

Задание {{ 41 }} ТЗ № 88

Отметить все верные ответы

К устройствам ввода
информации относятся:

R 
клавиатура

£ 
монитор

£ 
принтер

R 
сканер

Задание {{ 42 }} ТЗ № 153

Отметьте правильный ответ

К устройствам вывода
информации относятся:

R 
принтер

£ 
модем

R 
монитор

£ 
мышь

R 
звуковые колонки

£ 
винчестер

Задание {{ 43 }} ТЗ № 327

Укажите правильный ответ

Основные принципы построения
цифровых вычислительных машин были разработаны…

£ 
российским ученым С.А.Лебедевым

R 
американским ученым Дж. фон Нейманом

£ 
Ч.Беббиджем в Англии

£ 
Адой Лавлейс

Задание {{ 44 }} ТЗ № 334

Укажите, что из
перечисленного является «мозгом» компьютера

R 
Микропроцессор

£ 
Оперативная память

£ 
Клавиатура

£ 
Операционная система

£ 
Жесткий диск

Задание {{ 45 }} ТЗ № 335

Укажите правильный ответ

Оперативная память
предназначена:

£ 
Для длительного хранения информации

£ 
Для хранения неизменяемой информации

R 
Для кратковременного хранения информации

£ 
Для длительного хранения неизменяемой информации

Задание {{ 46}} ТЗ № 337

Укажите, какие устройства
относятся к устройствам хранения информации:

R 
Жесткий магнитный диск

£ 
Модем

£ 
Принтер

£ 
Сканер

Задание {{ 47 }} ТЗ № 339

Укажите правильный ответ

При отключении компьютера
информация…

R 
Исчезает из оперативной памяти

£ 
Исчезает из постоянного запоминающего устройства

£ 
Стирается на «жестком диске».

£ 
Стирается на компакт-диске

Задание {{ 48 }} ТЗ № 331

Укажите, какая система
кодирования используется в вычислительной технике

£ 
Римская

R 
Двоичная

£ 
Десятичная

£ 
Арабская

£ 
Алфавитно-цифровая

Потоки данных. Организация управления внешними устройствами

При рассмотрении работы любого компьютера имеют место два потока информации. Первый поток — это управляющая информация, второй поток — это поток данных, над которыми осуществляется обработка в программе. Если рассматривать эти потоки информации в контексте организации работы ВЗУ, то можно выделить также поток управляющей информации, включающий в себя команды, обеспечивающие управление внешним устройством, а также поток данных, перемещающихся между данным ВЗУ и оперативной памятью. Рассмотрим теперь различные модели организации управления ВЗУ.

Простейшей моделью является непосредственное управление процессоромвнешними устройствами (Рис. 39). Это означает, что центральный процессор фактически «интегрирован» со схемами управления внешними устройствами, имеет специальные команды управления ими, а также путем интерпретации последовательности команд управления осуществляет управление обменом. Т.е. процессор подает команды устройству на перемещение головок обмена, на включение той или иной головки, на ожидание и синхронизации прихода содержательной информации и пр. Помимо указанного потока команд через центральный процессор обрабатывает и поток данных: он считывает информацию, участвующую в обмене, со специальных регистров и переносит ее в оперативную память (либо же производит обратные манипуляции). Таким образом, и поток управления, и поток данных проходит через центральный процессор, что само по себе является трудоемкой задачей, к тому же эта модель подразумевает лишь синхронную реализацию.

Рис. 39. Непосредственное управление центральным процессором внешнего устройства.

Следующая модель предлагает синхронное управлениевнешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств (Рис. 40). Данная модель появилась вслед за появлением внешних устройств, для которых имелись электронные схемы управления этими устройствами — контроллеры, — взявшие на себя часть работ центрального процессора по управлению обменами. В этом случае контроллер взаимодействует с центральным процессором блоками больших размеров, при этом контроллер может самостоятельно выполнять некоторые работы по непосредственному управлению ВЗУ (например, пытаться локализовать и исправить возможные ошибки, которые могут случиться при чтении или записи данных). Но исторически такой тип управления ВЗУ изначально был синхронным: процессор посылает устройству команды на обмен и ожидает, когда этот обмен завершится. Что касается потока данных, то ничего нового в данной модели не представлено: процессор по-прежнему считывает их со специальных регистров внешнего устройства и помещает их в оперативную память.

Рис. 40. Синхронное/асинхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств.

Вслед за предыдущим типом устройств появились устройства, позволяющие осуществлять асинхронное управлениес использованием контроллеров ВЗУ (Рис. 40). В этом случае центральный процессор подает команду на обмен и не дожидается, когда эту команду отработают контроллер и устройство, т.е. он может продолжить обработку каких-то задач. Но для осуществления указанной модели необходимо, чтобы в системе был реализован аппарат прерываний.

Затем исторически появились т.н. контроллеры прямого доступа к памяти (DMA — Direct Memory Access, Рис. 41). Контроллеры данного типа исключили центральный процессор из обработки потока данных, взяв эту функцию на себя. В данной модели предполагается, что центральный процессор занимается лишь обработкой потоком управляющей информации, а данные перемещаются между ВЗУ и ОЗУ уже без его участия.

Рис. 41. Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) или процессора (канала) ввода-вывода при обмене.

И, наконец, последняя модель основана на использовании процессора или канала ввода-вывода (Рис. 41). В этом случае предполагается наличие специализированного компьютера, который имеет свой процессорный элемент, свою оперативную память, который функционирует под управлением своей ОС, и этот компьютер располагается логически между центральным процессором и внешними устройствами. В функции подобных процессоров или каналов входит высокоуровневое управление внешних устройств. В этом случае центральный процессор оперирует с внешними устройствами в форме высокоуровневых заказов на обмен. Соответственно, реализация непосредственного управления конкретным ВЗУ осуществляется в процессоре ввода-вывода (в частности, в нем может происходить многоуровневая фиксация ошибок, он может осуществлять аппаратное кэширование обменов, и пр.).

Иерархия памяти

Рассматривая вычислительную систему, или компьютер, можно выстроить некоторую последовательность устройств, предназначенных для хранения информации в некотором ранжированном порядке, иерархии. Этот порядок можно определять на основе различных критериев: например, по стоимости хранения единицы информации или по скорости доступа к данным, но так или иначе устройства будут располагаться примерно в одном порядке (Рис. 42).

Рис. 42. Иерархия памяти.

Самой дорогостоящей и наиболее высокопроизводительной памятью является память, которая размещается в центральном процессоре (это регистровая память и КЭШ первого уровня (L1)).

Следующим звеном в этой иерархии может являться КЭШ второго уровня (L2). Это устройство логически располагается между процессором и оперативной памятью, оно является более дешевым и менее скоростным, чем КЭШ первого уровня, но более дорогое и более скоростное, чем ОЗУ, которое располагается на следующей ступени иерархии. Одним из основных свойств оперативной памяти являет то, что в ней располагается исполняемая в данный момент центральным процессором программа, т.е. процессор «берет» очередные операнды и команды для исполнения именно из оперативной памяти.

Ниже ОЗУ в приведенной иерархии следуют устройства, предназначенные для оперативного хранения программной информации пользователей и ОС. Сначала естественным образом следуют ВЗУ прямого доступа с внутренней КЭШ-буферизацией. Это дорогостоящие устройства, они предназначены для наиболее оперативного обмена. Так, на этих устройствах операционная система может размещать свои всякого рода информационные таблицы.

Следом за предыдущим типом устройств следуют ВЗУ прямого доступа без КЭШ-буферизации, которые также обеспечивают оперативных доступ, но уже на более низких скоростях. На подобных устройствах может находиться файловая система пользователей, код ОС (поскольку для системного устройства, с которого происходит загрузка ОС, скорость не особенно актуальна в отличие от устройства, хранящего данные работающей ОС).

И в самом низу иерархии располагаются ВЗУ долговременного хранения данных. Это системы резервирования, системы архивирования и т.д. Назначения данного класса устройств могут быть самыми разными, но все они характеризуются низкой скоростью доступа к данным и достаточно низкой стоимостью хранения единицы информации.

Устройство управления внешними — Энциклопедия по машиностроению XXL

Одним из объектов управляемой логики в многопрограммных вычислительных системах является устройство обмена или устройство управления внешними устройствами.  [c.41]

В состав моделей ЕС ЭВМ входят центральный процессор, модули оперативной памяти, каналы ввода-вывода, внешние устройства, подсоединяемые к каналам ввода-вывода (через устройства управления внешними устройствами) с помощью стандартного интерфейса ввода-вывода, средств телеобработки. Модели ЕС ЭВМ отличаются друг от друга набором внешних устройств, составом каналов ввода-вывода, наличием специализированных процессоров.  [c.92]

Для реализации такого совмещения необходимо разделить функции управления центральным процессором и внешними устройствами. При этом устройства управления вводом-выводом получают только общие указания от ЦП и затем организуют работу внешних устройств автономно. Операция обмена информацией выполняется по схеме оперативная память-канал ввода-вывода — контроллер (устройство управления внешними устройствами) — внешние устройства. Передача информации организуется ЦП и управляется с помощью команд ввода-вывода, команд канальной программы, приказов.  [c.98]

Обычно однотипные внешние запоминающие устройства подсоединяются к ЭВМ и управляются с помощью группового устройства управления.  [c.28]

Состав аппаратуры ЭВМ, или ее конфигурация, определяется характером решаемых на ЭВМ задач, и, как правило, в нее входят центральный процессор (ЦП), оперативная память (МОЗУ) емкостью от 4К до 16М, где К = 2 = 1024, М == К , байт, внешние запоминающие устройства (ВЗУ) на магнитных барабанах (МБ), магнитных дисках (МД), магнитных лентах (МЛ), контролируемые специальными устройствами управления через селекторный канал, т. е. устройство, обеспечивающее монопольную работу различных накопителей, а также другие внешние устройства, такие как перфораторы, устройства ввода-вывода. В состав ЭВМ входят также блок управления мультиплексным каналом, предназначенным для параллельной работы алфавитно-цифровых и графических дисплеев, графопостроителей и других периферийных устройств.  [c.206]

Основные области применения тонко-и толстопленочной технологии в приборостроении электроизмерительное, аналитическое приборостроение, системы промышленной автоматики, внешние устройства и устройства управления памятью электронно-вычислительных машин.  [c.412]

Устройство обмена по существу представляет собой сильно специализированную вычислительную машину, предназначенную для приема и обработки информации посредством выполнения очень ограниченного списка команд записи информации во внешние устройства, считывания информации с внешних устройств в прямом и обратном направлениях (последнее относится к ЗУ на магнитных лентах), управления внешними устройствами, проверки каналов связи.  [c.41]

Блок-схему описываемой многопрограммной ЭВМ (рис. 1) можно представить состоящей из центрального процессора оперативного запоминающего устройства, устройства обмена, местных устройств управления и внешних устройств.  [c.44]

Часть кода управляющего слова, указывающая расположение информации на внешнем устройстве и вид операции, передается в местное устройство управления.  [c.49]

Остальная часть КУСа служит для управления работой отдельных регистров данного канала. После того, как указанное в команде устройство ввода — вывода подключено к заданному каналу, через соответствующее местное устройство управления и в канал переданы все сигналы от внешнего устройства, необходимые для начала выполнения команды, операция но обмену начинает выполняться.  [c.49]

Гидроусилитель — гидравлическое устройство управления, в котором производится усиление мощности входного сигнала за счет энергии внешнего источника питания.  [c.13]

При управлении экспериментом от ЭВМ управляющие сигналы проходят через цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и поступают на устройства управления режимами работы машины и задания нагрузок и управляющих воздействий, которые имитируют внешние и внутренние процессы, происходящие в машине (Щ, Н%. .., Н .  [c.359]

Обобщенная структура АСУ содержит три замкнутых контура (рис. 7.11) основной ОК автоматический, внутренний BKI и внешний ВК2. Контур ВК1 обеспечивает оператору возможность контроля и управления основным автоматическим устройством, предназначенным для достижения полностью формализованных целей управления, внешний ВК2—возможность контроля и управления непосредственно обьектом в случае неформализованных целей управления и частичного резервирования функции основного автоматического устройст-  [c.514]

Если на исполнительный механизм насосной секции, изменяющей положение ВРЭ, а следовательно, и механизма регулирования подачи, подается задатчиком ипи регулятором управляющий сигнал в виде указанного произведения, выработанного внешним логическим устройством, то будем иметь однопараметрический агрегат с одноканальным исполнительным механизмом (при ручном управлении исполнительный механизм и задатчик конструктивно объединены, см. рис. 2, а, б, в, г), Если исполнительный механизм (см. рис. 2, д-з) — устройство управления 1 ВРЭ 2 сам производит операцию умножения при подаче на его два входа воздействий РО и РС, то агрегат имеет двухканальный исполнительный механизм.  [c.7]

Обязательный ежедневный профилактический осмотр станка и устройств ЧПУ в начале каждой смены производят оператор, дежурный слесарь, наладчик устройств ЧПУ. Убедившись -в отсутствии у станка и устройств ЧПУ внешних повреждений, препятствующих пуску станка, оператор включает устройство ЧПУ и проверяет его работоспособность на холостом ходу приводов станка наличие напряжений, функционирование органов управления и исправность сигнализации на пульте управления. Каждый раз перед вводом программы оператор проверяет чистоту деталей лентопротяжного механизма, очищает его от пыли (без разборки), а при необходимости промывает спиртом.  [c.185]

ВУ — внешние устройства ввода—вывода информации ОЗУ — оперативные запоминающие устройства ВЗУ — внешние запоминающие устройства УМ — управляющая машина ЦОУ — центральное обрабатывающее устройство ЦУУ — центральное управляющее устройство Л У — арифметическое устройство ЯД — программа-диспетчер, СЛ — система прерывания ЦУВ — центральное устройство времени МПУ — математический пульт управления ИПУ — инженерный пульт управления СВУ — селектор внешних устройств СВП— селектор внешней памяти СОП — селектор оперативной памяти  [c.191]

Наряду с ЯОД в состав языковых средств АБД входят также языки описания подсхем, манипулирования данными (ЯМД) и управления внешними устройствами. Последний предназначен для определения данных на физическом уровне. Язык описания подсхем используют для установления соответствия между структурами данных БД и их структурами в программах. Язык манипулирования данными предназначен для описания процессов передачи данных между БД и программами и обеспечивает доступ пользователей к информации БД.  [c.34]

В настоящее время промышленностью выпускаются ЭВМ третьего и четвертого поколений. Архитектура этих машин построена с учетом требований, выдвигаемых задачами автоматизации как управления, так и проектирования. Машины построены по модульному принципу, т. е. состоят из отдельных логически и физически завершенных устройств, реализующих различные функции. Это следующие основные части процессор, каналы, память, устройство управления и внешние устройства. Число различных модулей, входящих в состав конкретной  [c.41]

Для обеспечения ввода и вывода информации одновременно с выполнением в процессоре арифметических и логических операций периферийные устройства подключают к центральному процессору через конструктивно обособленные устройства обмена, называемые каналами. Эти устройства работают по специальным программам, предварительно введенным в основную память машины. Селекторный канал предназначен для обслуживания быстродействующих внешних устройств, таких, как устройства управления накопителями на магнитной ленте (УУ НМЛ), магнитном барабане (УУ НМБ) и магнитном диске (УУ НМД).  [c.43]

Максимальное число каналов ввода-вьшода в старших моделях ЕС ЭВМ равно 16, причем есть каналы (так называемые байт-мультиплексные), каждый из которых позволяет подключать до 256 внешних устройств (таких каналов не более двух). К одному устройству управления ВУ можно подключить до 16 внешних устройств.  [c.92]

Контроллеры (К). Эти устройства служат для управления внешними устройствами. Каждому ВУ соответствует свой контроллер. Электронные модули-контроллеры реализуются на отдельных печатных платах, вставляемых внутрь системного блока. Такие платы часто называют адаптерами ВУ (от адаптировать — приспосабливать). После получения команды от микропроцессора контроллер функционирует автономно, освобождая микропроцессор от выполнения специфических функций, требуемых для того или другого конкретного ВУ.  [c.113]

На III у р о в н е находятся интерфейс ввода-вывода (устройства сопряжения) и устройства управления внешними (периферийными) устройствами (УУВУ). Связь центрального процессора с внешними устройствами как через селекторный, так и через мультиплексный каналы выполняется по универсальному стандартному принципу, заключающемуся в наличии определенного набора сигналов и одной и той же временной диаграммы взаимодействия для всех внешних устройств независимо от их типа. Благодаря наличию стандартного сопряжения последовательность управляющих сигналов одинакова для всех устройств, связанных с одним каналом.  [c.46]

Групповое устройство управления внешними устройствами конструктивно расположено в отдельной стойке, поэтому необходим малый интерфейс — унифицированная система связей и сигналов между УУВУ и соответствующими внешними запоминающими устройствами. Одиночное УУВУ, которое управляет работой одного устройства ввода-вывода, обычно размещается конструктивно в одной стойке с этим внешним устройством.  [c.47]

УУВУ — устройство управления внешними устройствами  [c.332]

В САЭИ различного назначения и уровня могут быть использованы и используются ЭВМ разных типов и классов — от простейших микропроцессорных устройств, непосредственно встроенных в измерительную аппаратуру, до крупных вычислительных машин и комплексов. Общая же структура большинства ЭВМ остается сходной. В общем случае ЭВМ состоит из процессора, включающего в себя арифметическое устройство и устройство управления, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) периферийного оборудования, содержащего внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), устройства ввода и вывода (рис. 17.3). Арифметическое устройство (АУ) выполняет арифметические и логические операции, предусмотренные программой. Устройство управления (УУ) согласует работу всех составных частей ЭВМ и управляет ходом вычислительного процесса. АУ и УУ в совокупности образуют процессор. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) служит для хранения всей информации и программ, необходимых для организации вычислений. Внешнее запоминающее устройство служит для хранения больших объемов информации, которая не может быть размещена в ОЗУ. Устройства ввода обеспечивают передачу программ и числовой информации в ОЗУ. Устройства вывода, которые представляют полученную в результате расчетов информацию в форме, доступной для непосредственного восприятия исследователем, называют терминалами. К важнейшим характеристикам ЭВМ относятся среднее быстродействие, характеризуемое средним числом операций в 1 с, выполняемых процессором объем ОЗУ, характеризуемый числом машинных слов (обычно килослов), единиц К, где /С=1024 слов, или байт (килобайт) информации, которая может быть размещена в ОЗУ длиной слова (числом двоичных разрядов или бит в одном слове)  [c.339]

Наибольшие возможности для дефектоскопии линейно-протяженных объектов имеют дефектоскоп Дефектомат Ф 2.825 и установка Дефектомат С 2.801—2.819 . Первый предназначен для исследовательских работ и для обучения, а вторая — универсальна. Дефектомат Ф может работать со всеми видами ВТП, выпускаемыми фирмой, имеет диапазон частот от 100 Гц до I МГц, может работать в статическом и динамическом режимах, имеет автоматическую компенсацию начального напряжения, цифровую индикацию квадратурных составляющих сигнала, блок перестраиваемых фильтров. Он может работать в режиме запоминания сигнала на ЭЛТ, записывать и воспроизводить динамические сигналы с помощью магнитофона. Установка Дефектомат С может комплектоваться из универсальных блоков в разных вариантах. Она может работать в многоканальном (одно- и двухчастотном) режиме в диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц, в режиме запоминания сигнала. В комплект входят блоки проверки работоспособности, коррелятор, интегратор, программные устройства, блоки управления внешними механизмами (например, ножницами) и др. Установка предназначена для автоматизации контроля и управления технологическими процессами.  [c.144]

Сопряжение называется стандартным потому, что все внешние устройства, независимо от вида и назначения, подсоединяются к каналам посредством унифицированного разъема с одинаковым числом линий. Все функции, специфичные для каждого из внешних устройств, предусмотрены в устройстве управления данным ВУ. Условимся называть его местным устройством управления. Таким образом, связь канала с внешними устройствами в большинстве случаев осуш ествляется через местные устройства уирав-ления.  [c.42]

Процессор ЦВМ состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), внутренних регистров (Р) и интерфейсных средств (И), обеспечивающих связь этих устройств между собой и с внешними по отношению к ним устройствами (рис. 5.1).  [c.135]

Распределители (устройства управления, предназначенные для изменения направления движения рабочей жидкости) всех типов изображаются в условной символике прямоугольниками (йвадра-тами), причем количество фиксированных позиций подвижного элемента распределителя показывается соответствующим количеством прямоугольных полей, а число ходов — количеством подведенных к нему внешних линий (входов и выходов трубопроводов). .»  [c.652]

Программаторы состоят из микроЭВМ, устройства ввода исходных данных, дисплея, перфоратора и устройства управления. В качестве программно-математического обеспечения для работы применяются различные модификации САП. Программирование ведется на низком или срчеднем уровне автоматизации в пакетном или диалоговом режиме. Носителем внешней памяти являются магнитная лента, магнитные диски, магнитные карты, ЦМД— цилиндрические магяинсые домены ввод-вывод информации осуществляется, как правило, на перфоленте. В процессе тюдготовки УП (один из вариантов подготовки УП) высвечиваются на экране дисплея варианты геометрических определений элементов контура, а после задания требуемого варианта с необходимыми параметрами результат расчета контура появляется на экране в плоском или объемном изображении. Далее программист выбирает требуемый инструмент и на экране дисплея высвечивается его траектория. Визуальный контроль исходных данных и расчетов позволяет оперативно обнаруживать и исправлять ошибки в процессе программирования. На программаторах часто используются модули-программы (например, на кассетах) для конкретных  [c.448]

II — перфокарта 12 — построчно печатающее устройство 13, 15, 17, 19 — цифро-аналоговые преобразователи 14 — , 16 , 18 , 20 осциллографы с электроннолучевой трубкой 21 — многоканш1ьно0 устройство управления выводом 22 устройство декодирования импульсов, адресованных ВМ 23 — внешние выключакзли  [c.43]

Внешние устройства (ВУ) подключаются к процессору (процессор предназначен для управления всеми устройствами, входящими в вычислительный комплекс) через устройства управления (УВУ) и каналы ввода-вывода (мультиплексный и селекторный). Система ввода-вывода ЕСЭВМ снабжена специальным устройством, обеспечивающим подсоединение внешних блоков и каналов ввода-вывода.  [c.466]

Увеличены высота подъема груза и дальность обслуживания складской территории у специальных стреловых полноповоротных передвижных кранов, монтируемых на самоходных порталах или башнях. Портальный кран (рис. 51, а).состоит из самоходной П-образной рамы (портала) 1, передвигающейся по уширенной железнодорожной колее. На верхней горизонтальной площадке портала укреплено рельсовое кольцо. На него катками опирается поворотная платформа 3, которая служит основанием стрелы. Здесь размещены все основные механизмы и устройства управления краном. Стрела 4 шарнирно-сочлененной конструкции, которая позволяет горизонтально перемещать груз без изменения высоты подъема. Поворотная платформа снабжена противовесом 2, автоматически уравновешивающим массу груза при удалении (приближении) стрелы от оси вращения крана (в зависимости от вылета стрелы). Приводом каждого механизма крана служит индивидуальный элек гродвигатель, питающийся от внешней сети. В зависимости от количества введенных в пролет железнодорожных путей различают однопутные или двухпутные порталы.  [c.94]

Особенностя системы. Ядром управляющей системы РАФОС является монитор, создаваемый в процессе генерации системы. Монитор осуществляет работу с таймером организацию ввода-вывода управление внешними устройствами управление файлами связь с оператором диагностику ошибок и др.  [c.199]

Структурная схема МСКУ показана на рис. 12.10. Устройство управления тепловозом (пульт управления) УТ дисплей ДС радиоканал РК, обеспечивающий связь с внешними источниками информации путевой канал ПК, принимающий информацию от датчиков пути бп — оперативная память, в которой хранятся информация о машинисте, дата поездки, участок, масса поезда, предупреждения, расход топлива, профиль участка и оперативная диагностическая информация с УТП. Система высшего уровня УТП (центральная микроЭВМ) предназначена для управления тепловозом в соответствии с командами машиниста и режимом движения поезда (автоматическое ведение по заданной программе или по сигналам). Здесь же формируется оперативная информация для машиниста и обеспечивается асимметричное управление секциями тепловоза (линия межсекционной связи С).  [c.293]

Внешние связи управления обеспечивают согласованную работу нескольких независимых друг от друга участков автоматической линии. Промежуточные связи обеспечивают согласованную ра зту отдельных станков какого-либо участка. Внутренние связи представляют собой цепи управления, обеспечивающие последовательную работу отдельных механизмов станков, входящих в автоматическую линию. Вспомогательные связи управляют последовательностью фаз работы отдельных агрегатов с другими системами управления. Внешние и вспомогательные связи почти всегда бывают электрическими, а промежуточные — комбинированными (эле1 омеханическими, электрогидравлическими или электро-пневматическими). Внутренние связи выполняются различными устройствами механическими, электрическими, пневматическими, гидравлическими или комбинированными.  [c.339]

Цифровой преобразователь является операторским устройством, состоящим из большого гладкого стола (похожего по внешнему виду на чертежную доску) и электронного следящего устройства, которое можно перемещать по его поверхности вдоль вычерченных линий. Это обычное устройство в системах автоматизации проектирования служит для получения координат х и у с чертежа, выполненного на бумаге. Электронное следящее устройство имеет ключ, с помощью которого пользователь может зафиксировать требуемые координаты х и у положения такого устройства. Эти координаты можно ввести в память ЭВМ или запомнить на автономном носителе данных, таком, как магнитная лента. Цифровые преобразователи с высокой разрешающей способностью (обычно с большим столом, например размером 967 х 1524 мм) могут обеспечить разрешение и точность порядка 0,(Ю25 мм. Следует заметить, что планшет с электронным пером, который выше описывался в качестве устройства управления курсором, может рассматриваться как маленький цифровой преобразователь (цифратор) с низкой разрешающей способностью.  [c.112]

Жесткопрограммируемые ПР относят к первому поколению промышленных роботов, программа действий которых содержит полный набор информации, не изменяющийся в процессе работы. ПР с таким устройством управления не обеспечивают корректирование программ при изменении внешних условий. Например, при использовании такого ПР для загрузки заготовки в штамп исходная заготовка должна подаваться на позицию загрузки в строго ориентированном по отношению к захватам ПР положении, при этом сама позиция загрузки и рабочая часть штампа должны быть также строго сориентированы по отношению к расположению манипулятора. Строго ориентированное по отношению к захватам манипулятора ПР положение заготовки обеспечивает гарантированный захват ее манипулятором.  [c.101]

В состав РТК на базе чеканочного пресса 3 (рис. 7.20) входят специальный бункер 7, выбирающий заготовки из навала и поштучно подающий их к ориентирующему устройству / ПР 6, выполняющий загрузку-выгрузку пресса устройство управления 2 магазин 4 для готовых изделий комплекты датчиков внешней информации и сменных захватных устройств. Для ограждения рабочей зоны РТК служат светолокационные стойки 5. Если операция производится над заготовкой в горячем состоянии, то в комплекс РТК вводят нагревательное устройство с механизмом поштучной выдачи  [c.254]

Практические электронные схемы для дома. Как сделать простую систему автоматизации для дома своими руками. В состав интегрированной системы программирования входят …

Данная книга посвящена возможностям персонального IBM-совместимого компьютера по сопряжению с внешними устройствами через параллельный, последовательный и игровой порты, которые имеются практически в любом современном ПК. В качестве внешних устройств выступают ЦАП и ЛЦП, схемы управления электромоторами, трансиверы, модемы, различные индикаторы, датчики и пр.; приводятся тексты программ управления с подробными комментариями.

Книга предназначена для широкого круга читателей, интересующихся информатикой, электроникой и вычислительной техникой. Она будет полезна студентам технических вузов и колледжей в качестве учебного пособия при изучении аппаратной части ПК, а также радиолюбителям, которые стремятся наиболее полно использовать возможности домашнего компьютера. Начинающие программисты найдут здесь большое количество исходных текстов программ, а инженеры-электронщики почерпнут новые идеи для красивой реализации своих профессиональных проектов.

Книга посвящена проблемам сопряжения персонального компьютера с современными электронными устройствами при помощи параллельных, последовательных и игровых портов. В ней приведено много примеров, показывающих, как ПК может собирать информацию из окружающего мира и управлять внешними устройствами. Кроме того, предлагается программное обеспечение, написанное на языках Turbo Pascal и Visual Basic. Это сочетание аппаратной и программной части и раскрывает суть понятия «сопряжение компьютера».

Наиболее известны параллельный, последовательный и игровой порты, которые встроены практически в каждый ПК. Поэтому схемы, рассмотренные в данной книге, можно использовать со всеми типами компьютеров: настольными, портати иными, карманными IBM PC и совместимыми с ними, Macintosh, Amiga, PSTON1 и др.

Книга предназначена для широкого круга читателей, в числе которых: специалисты, использующие, компьютер для взаимодействия с внешним миром; программисты, которые разрабатывают аналогичное ПО; инженеры, мечтающие соединить цифровые электронные устройства с ПК; студенты, желающие на практике усвоить, как компьютер сопрягается с внешними устройствами; все, кто изучает новейшие способы применения компьютеров.

Год выпуска:
2001
Ан П.
Жанр:

Издательство:
М.: ДМК Пресс
Формат:
DjVu
Размер:
3,1 МБ
Качество:
Отсканированные страницы
Количество страниц:
320

Программа для чтения книги: DjVuReader

Предисловие 9
1. Параллельный, последовательный и игровой порты
13
1.1. Параллельный порт 13
1.1.1. Разъемы 14
1.1.2. Внутреннее устройство 15
1.1.3. Программное управление 19
1.2. Последовательный интерфейс RS232 26
1.2.1. Последовательная передача данных 26
1.2.2. Разъем и кабель порта RS232 28
1.2.3. Внутреннее аппаратное устройство 29
1.2.4. Программное управление 35
1.3. Игровой порт 41
1.3.1. Разъем 42
1.3.2. Внутреннее аппаратное устройство 42
1.3.3. Программное управление 44

2. Необходимое оборудование
49
2.1. Источники питания 49
2.1.1. Источник питания постоянного тока 49
2.1.2. Источники питания +5, -5, +12, -12 В 50
2.1.3. Опорные напряжения 54
2.1.4. Преобразователи напряжения 55
2.1.5. Схемы источников питания с гальванической развязкой 56
2.2. Логические пробники 57
2.3. Цифровые и аналоговые генераторы сигналов 57
2.3.1. Цифровые генераторы сигналов 58
2.3.2. Аналоговые генераторы сигналов 60
2.4. Экспериментальные платы параллельного, последовательного и игрового портов 62
2.4.1. Экспериментальная плата параллельного порта 62
2.4.2. Экспериментальная плата последовательного порта 65
2.4.3. Экспериментальная плата игрового порта 67
2.4.4. Устройство экспериментальных плат 69
2.5. Средства разработки плат 71

3. Программы управления экспериментальными платами
75
3.1. Программное обеспечение для экспериментальной платы параллельного порта 76
3.1.1. Описание программы CENTEXP.PAS 76
3.1.2. Описание программы CENTEXP 79
3.2. Программное обеспечение для экспериментальной платы последовательного порта 84
3.2.1. Описание программы RS232EXP.PAS 84
3.2.2. Описание программы RS232EXP 88
3.3. Программное обеспечение для экспериментальной платы игрового порта 93
3.3.1. Описание программы GAMEEXP.PAS 94
3.3.2. Описание программы GAMEEXP 98
3.4. Программные библиотеки ресурсов 100

4. Расширение возможностей параллельного, последовательного и игрового портов
113
4.1. Расширение возможностей параллельного порта 113
4.1.1. Увеличение количества линий ввода/вывода при помощи микросхем с малой степенью интеграции 113
4.1.2. Увеличение количества линий ввода/вывода при помощи микросхемы 8255 116
4.2. Расширение возможностей последовательного порта 123
4.2.1. Преобразователи уровней RS232/TT/1 123
4.2.2. Увеличение количества линий ввода/вывода с помощью UART 124
4.2.3. Микросхема ITC232-A для сопряжения с последовательным портом 130
4.3. Увеличение количества линий игрового порта 132
4.4. Последовательно-параллельные преобразователи 132
4.5. Параллельно-последовательные преобразователи 134
4.6. Шифраторы и дешифраторы данных 135
4.7. Шина l2C 143
4.7.1. Принцип работы 144
4.7.2. Временные диаграммы работы шины l2C 145
4.7.3. Реализация на базе параллельного и последовательного портов… 146
4.7.4. Микросхемы, поддерживающие стандарт!2С 147
4.8. Последовательный периферийный интерфейс 147
4.9. Шина MicroLAN 147
4.10. Сопряжение между схемами ТТЛ и КМОП 148
4.11. Защита цифровых линий ввода/вывода 149

5. Управление внешними устройствами
152
5.1. Мощные устройства коммутации 152
5.1.1. Устройства коммутации на оптопарах 152
5.1.2. Транзисторные устройства коммутации 152
5.1.3. Устройства коммутации на основе схемы Дарлингтона 153
5.1.4. Устройства коммутации на полевых транзисторах 153
5.1.5. Устройства коммутации на МОП транзисторах с защитой 154
5.2. Устройства управления светодиодами 155
5.2.1. Стандартные светодиоды 155
5.2.2. Маломощные светодиоды 156
5.2.3. Многоцветные светодиоды 156
5.2.4. Инфракрасные светодиоды 157
5.3. Устройства управления реле 158
5.3.1. Реле с сухими контактами 158
5.3.2. Транзисторные устройства управления реле 159
5.4. Мощные управляющие интегральные микросхемы 159
5.4.1. Многоканальные управляющие интегральные микросхемы 159
5.4.2. Буферные устройства управления с защелками 160
5.5. Оптоэлектронные полупроводниковые реле на тиристорах 163
5.6. Устройства управления двигателями постоянного тока 164
5.7. Устройства управления шаговыми двигателями 166
5.7.1. Устройства управления четырехфазными шаговыми двигателями…. 166
5.7.2. Устройства управления двухфазными шаговыми двигателями 168
5.8. Управление звуковыми устройствами 169
5.8.1. Устройства управления пьезоэлектрическими динамиками, зуммерами и сиренами 170
5.8.2. Устройства управления громкоговорителями 170
5.9. Устройства управления дисплеями 172
5.9.1. Многоразрядные светодиодные дисплеи со встроенными схемами управления 172
5.9.2. Растровые светодиодные дисплеи со встроенными схемами управления 176
5.9.3. Многоразрядные светодиодные растровые дисплеи со встроенными схемами управления 178
5.9.4. Жидкокристаллические растровые дисплейные модули 181
5.10. Устройства управления мускульными кабелями 186

6. Измерение аналоговых величин
188
6.1. Аналого-цифровые преобразователи 188
6.1.1. АЦП с параллельным интерфейсом ввода/вывода 188
6.1.2. АЦП с последовательным интерфейсом ввода/вывода 205
6.1.3. Аналоговый процессор АЦП TSC500 217
6.2. Преобразователи напряжение-частота 221
6.2.1. Принципы преобразования напряжение-частота 221
6.2.2. Преобразователь напряжение-частота LM331 222
6.3. Цифровые датчики интенсивности света 224
6.3.1. Линейная матрица световых детекторов TSL215 227
6.3.2. Другие цифровые оптоэлектронные датчики 231
6.4. Цифровые датчики температуры 232
6.4.1. Термометр DS1620 233
6.4.2. Цифровой температурный датчик 238
6.4.3. Жидкокристаллические температурные модули 240
6.5. Цифровые датчики влажности 243
6.6. Цифровые датчики расхода жидкости 245
6.7. Цифровые датчики магнитного поля 247
6.7.1. Цифровой датчик FGM-3 индукции магнитного поля 247
6.7.2. Цифровой датчик магнитного поля 248
6.8. Радиосистемы точного времени 248
6.9. Клавиатура 253

7. Сопряжение компьютера с другими цифровыми устройствами
254
7.F 302
8.4.2. Требования к передаваемым последовательным данным 304
8.5. Модем для работы в бытовой электросети LM1893 305
8.6. Интерфейс RS485 306
8.7. Инфракрасные линии передачи данных 307

Список литературы 312
Предметный указатель 313

Автор разработал программу и устройство для управления различными электро и радиоприборами с помощью компьютера. Устройство подключают к одному из СОМ-портов, а управлять приборами можно как с помощью экранных клавиш, так и внешних датчиков.

Схема устройства показана на рис.1.
Его основа — микросхема 74HC595, представляющая собой 8-разрядный сдвиговый регистр с последовательным вводом и последовательным и параллельным выводами информации. Параллельный вывод осуществляется через буферный регистр с выходами, которые имеют три состояния. Информационный сигнал подают на вход SER (вывод 14), сигнал записи — на вход SCK (вывод 11), а сигнал вывода — на вход RSK (вывод 12). На микросхеме DA1 собран стабилизатор напряжения 5 В для питания регистра DD1.

Рисунок 1. Схема устройства

Устройство подключают к одному из СОМ-портов компьютера. Информационные сигналы поступают на контакт 7 розетки XS1, сигналы завиписи информации — на контакт 4, а сигналы вывода информации — на контакт 3. Сигналы СОМ-порта согнласно стандарту RS-232 имеют уровни около -12 В (лог.1) и около +12 В (лог.0). Сопряжение этих уровней с входными уровнями регистра DD1 выполнено с помощью резисторов R2, R3, R5 и стабилитронов VD1-VD3 с напряжением стабилизации 5,1 В.

Сигналы управления внешними приборами формируются на выходах Q0-Q7 регистра DD1. Высокий уровень равен напряжению питания микросхемы (около 5 В), низкий — менее 0,4 В. Эти сигналы являются статическими и обновляются на момент поступления высокого уровня на вход RSK (вывод 12) регистра DD1. Светодиоды HL1-HL8 предназначены для наблюдения за работой устройства.

Управление устройством осуществляется с помощью разработанной автором программы UmiCOM. Внешний вид главного окна программы показан на рис.2.

Рисунок 2. Внешний вид программы UniCOM

Псоле ее запуска следует выбрать свбодный СОМ-порт и скорость переключения выходов. В строки таблицы вводят состояние каждого из выходов устройства (высокий уроень — 1, низкий — 0 или пусто). Программа «перебирая» в рабочем цикле столбцы таблицы, устанавливает на выходах устройства соответствующие логические уровни. Занесенная в таблицу информация автоматически сохраняется при завершении работы программы и загружается вновь при ее следующем запуске. Для наглядности, в левой части окна программы подсвечены номера выходов, на которых установлен высокий уровень.

Управление приборами можно осуществлять и с помощью внешних контактных датчиков, которые подключают к входам 1-3 и линии +5 В. Они должны работать на замыкание или размыкание контактов. Пример схемы подключения датчиков показан на рис.3.

Рисунок 3. Подключение контактных датчиков

При нажатии на экранную клавишу «Настройка входов» открывается окно «Согласование входов и выходов» (рис.4.
), где выбирают входы, которые будут изменять состояние выходов. Имитировать работу входов можно нажимая на экранные клавиши «1», «2», «3» основного окна программы. В тех случаях, когда приборами нельзя управлять с помощью логических уровней, следует применить реле, схема подключения которого показана на рис.5
, или транзисторную оптопару (рис.6.
).

Рисунок 4. Согласование входов и выходов

Рисунок 5. Схема подключения реле

Рисунок 6. Схема подключения транзисторной оптопары

Большинство деталей монтируют на печатной плате из односторонего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм, чертеж которой показан на рис.7.
Резисторы R1-R6 монтируют на выводах розетки XS1.

Рисунок 7. Чертеж печатной платы

В устройстве применены резисторы С2-23. МЛТ, оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, розетка XS1 — DB9F. Помимо указанных на схеме стабилитронов, можно применить BZX55C5V1 или отечественные КС174А, светодиоды — любые. Питают устройство от стабилизированного или нестабилизированного источника питания нпаряжением 12 В и током до 100 мА.

Подборка простых автоматических радиолюбительских конструкций изготовленных своими руками. В ней представлены различные схемы автоматики, такие как сенсорные выключатели, автоматическое управление различными устройствами и объектами, различные таймеры и светоавтоматы, выключатели освещения и автоматические реле.

Радиолюбительские конструкции дистанционного управления на ИК лучах
— Устройство инфракрасного управления состоит из двух блоков — передатчика
и приемника в возможной дальностью действия до семи метров. Схема построена с использованием микроконтроллера PIC12F629

Управление бытовой техникой с помощью радиозвонка
. Сейчас в продаже встречаются самые разнообразные маломощные средства связи, доступные без регистрации, — такие как УКВ-карманные радиостанции, радиоуправляемые игрушки, а недавно появились и радиозвонки. Вообще, радиолюбительская конструкция очень интересная в смысле широты применения. Состоит из двух блоков, — кнопки-пульта и собственно звонка.

Дистанционное управление четырьмя объектами
. Система кодирования позволяет управлять сигнализацией реагируя только на свой пульт-ключ, или же несколькими различными устройствами в одном помещении

Радиолюбительские схемы дистанционного управления нагрузкой
на микроконтроллере PIC12f629 на четыре канала к ней имеется две версии прошивок на стандарт RC-5 или NEC

Силовой коммутатор с удаленным управлением через телефонную сеть
предназначен для работы в телефонной сети общего пользования. Он позволяет дистанционно, используя телефонную линию, включать и выключать сетевые электроприборы малой и средней мощности

При 220 В, ток течет через резистор R1 и выпрямительный диод, заряжает конденсатор, реле срабатывает. Если же напряжение меньше 180 В, подвижный контакт переключается на контакт 127 В

Когда подаем напряжение 220 В, ток течет через резистор R1, выпрямительный диод VD1, заряжает конденсатор С1, и реле срабатывает. При этом его контакты находятся в таком положении, как показано на схеме. Если же напряжение меньше 180 В, тока через катушку реле недостаточно для его срабатывания, и подвижный контакт переключается на контакт 127 В. Настраивают переключатель подбором резистора R1. При этом контакты реле отсоединяют от трансформатора. Автотрансформатором устанавливают напряжение сети около 180 В и подбирают резистор R1 так, чтобы реле отключалось.

Основой радиолюбительского прибора является релаксационный генератор на динисторе, Этот сигнализатор следит не только за ростом сетевого напряжения, но и за его уменьшением

Для изготовления этого устройства необходим проволочный переменный резистор типа СП5-30 либо другой подходящей мощности сопротивлением около 1 кОм.

При нажатии на кнопку на тиристор поступает положительный импульс. Он открывается, и включается магнитный пускатель КМ1, который своими контактам включает нагрузку. При следующем нажатии на кнопку напряжение с заряженного конденсатора подается на тиристор в обратной полярности, он закрывается и отключает магнитный пускатель

Подборка радиолюбительских разработок датчиков влажности, которые предназначены для включения принудительной вентиляции помещения при повышенной влажности воздуха, может быть установлена на кухне, в ванной комнате, погребе, подвале, гараже

Конструкция датчика своими руками, который при намокании начинает издавать предупредительные звуки. Причем, сигнализировать он начинает только через 10 секунд после намокания, имеется два вида сигнализации: звуковая и световая

Рассмотрено устройство сенсорного выключателя, которую можно легко и быстро собрать своими руками. Сенсорный выключатель можно использовать в различных ситуациях, например можно отключать свет светильника через заданный схемотехнически временной интервал

Очень часто в быту и хозяйстве требуется автоматически включать или выключать нагрузку в определенное время, для этого предлагаю рассмотреть две конструкции собранные на основе транзисторной сборки IRF7309, содержащей два полевых переключательных транзистора, один из которых с каналом n-типа, а другой — p-типа.

Эти транзисторы имеют небольшое сопротивление канала в открытом состоянии, малый ток утечки в закрытом состоянии и способны коммутировать ток до 3.. .4 А. Благодаря небольшому корпусу устройство можно сделать малогабаритным

Первый светоавтомат подключается вместо имеющегося выключателя освещения квартиры. С помощью автомата освещение включается сразу, а выключение происходит лишь через десятки секунд после попытки погасить свет. Это дает возможность при. уходе из квартиры не оказаться в темноте для поиска ключей, чтобы вставить ключ в дверной замок. Светоавтомат второй конструкции предназначен для автоматического зажигания и выключения освещения в таких помещениях квартиры, как ванная или туалетная комнаты.

Рассмотренные схемы используются для автоматического включения уличного освещения с наступлением темноты и автоматического выключения с утренним раасветом. Некоторые из них имеют оригинальные схемо-технические решения.

Рассмотренные схемы световых выключателей представляет обычное световое реле, срабатывающее автоматически с увеличением уровня естественного или искусственного освещения.

Часто появляется необходимость поддерживать температурный режим какого-либо помещения. Ранее для этого требовалась достаточно огромная схема, выполненная на аналоговых элементах, одну такую мы рассмотрим для общего развития. Сегодня все намного проще, если возникает необходимо поддерживать температуру в диапазоне от -55 до +125°C, то с поставленной целью может отлично справиться программируема микросхема термометр и термостат DS1821

Основным предназначением датчиков движения является автоматическое включение или отключение нагрузки или устройства в определенном временном интервале при появлении в зоне чувствительности датчика движущихся биологических объектов. Рассмотрим одну из основных областей применения этих датчиков в управление освещением объектов и повышение энергоэффективности.

Что такое емкостное реле? Это самое обычное электронное реле, срабатывающее при изменении емкости между датчиком и общим проводом. Чувствительным элементом многих емкостных реле являются генераторы высокой частоты от сотен килогерц или больше. Если параллельно контуру этого генератора подсоединить дополнительную емкость, то либо поменяется частота генератора, либо его колебания прекращаются совсем.

Это электронный модуль являющийся интерфейсом и позволяющий обеспечить отличную электрическую изоляцию между цепями как низковольтными, так и высоковольтными. Устройство имеет в своем составе мощные силовые ключи на симисторах, тиристорах либо силовых транзисторах. Такие реле отличный вариант для замены классических электромагнитных реле, контакторов и электромагнитных пускателей, так как обеспечивают более надежный и безопасный метод коммутации.

При изготовлении самодельного блока питания возникла необходимость установить вентилятор на радиатор, но постоянный шум от него и энергозатраты заставили подумать и предложить простую схему регулятора без использования микроконтроллеров, а только на аналоговых радиокомпонентах.

Электронный предохранитель является простым и эффективным способом защиты различной бытовой и медицинской техники от перегрузок по току. Электронные предохранители являются экономичными, простыми и надежными и кроме того имеют маленькие габариты и чаще всего их изготавливают на основе полевых транзисторов

Многая устаревшая бытовая техника не имеет заземления. Многие думают, что в нем нет необходимости: корпуса аппаратов хорошо изолированы от сети, да и работают с ними обычно в сухих помещениях. Но если вдруг произойдет пробой или повреждение изоляции — неисправная бытовая техника станет источником серьезной опасности. И предохранители тут не выполнят своей функции: они не перегорят, пока не будет короткого замыкания. Избежать электротравм в квартирах и домах с электропроводкой без УЗО поможет вам автоматическое устройство токовой защиты, которое отключит электротехнику от сети, как только на корпусе появится напряжение.

В связи с постоянным увеличением стоимости электроэнергии, актуальным становятся легальные способы ее экономии. Электрическое освещение в некоторых помещениях требуется редко. А вот выключить свет часто забываем, а лампочка продолжает гореть расходуя драгоценные киловатты.

Предлагаемое устройство контроля напряжения схему которого можно собрать своими руками построено на основе таймера КР1006ВИ1 и оригинального звукового эффекта, который активируется сразу же как контроль напряжения скажет об этом.

Эти конструкции применяются для автоматического включения наружного освещения с наступлением темного времени суток и, наоборот, автоматического выключения освещенияс наступлением рассвета, что особенно актуально, особенно в условиях таких дорогих энергетических ресурсов.

Эти механические преобразователи применяются для поиска вибраций и различных механических деформаций используется довольно давно. Эта конструкция является дешевым вариантом применения твердотельных датчиков общего назначения. В схеме применяется стандартный пьезоэлектрический элемент для поиска механических ударов или вибрации

Это крайне простой для повторения датчик утечки воды, который при возникновении проблемы попадания жидкости между пластинами подсоединит обмотку реле, включающее своими контактами любую нагрузку, например перекрывающий воду электромагнитный кран-клапан.

Иногда требуется узнать, сколько воды или иной токопроводящей жидкости осталось в какой-либо закрытой емкости. Например в металлической бочке закопанной в землю либо поднятой на высоту так, что не возможно определить ее содержимое. Для решения этой проблемы рекомендую собрать схему простого датчик уровня воды. Устройство состоит всего из нескольких радиокомпонентов: резисторов, транзисторов и трех светодиодов.

Часто бывает, когда уходя из дома, вдруг вспоминаете, а затем и бежите проверять, не оставили ли вы какие-либо бытовые приборы включенными. А ведь некоторые из них могут не только ощутимо увеличить счет за электричество, но и создать вероятность пожара. Исключить подобные случаи поможет простая схема индикатора потребляемой мощности.

Очень часто бывает. что абсолютно не на кого оставить домашние цветы. Но для электронщика эта не проблема, он без особых затруднений сварганит схему автоматического полива комнатных растений.

Датчик Холла это магнитоэлектрическое устройство, использующее эффект Холла. Сам принцип был открыт в 1879 году, когда в магнитное поле поместили тонкую пластину золота с пропущенным через нее током и увидили возникновение поперечной разности потенциалов (холловское напряжение).

Вовремя отключенное электронное устройство избавит вас от многих проблем. Поэтому все чаще радиолюбительские конструкции, работающие с большими мощностями, дополняются системами сигнализации о перегреве мощных полупроводниковых приборов. В данной технической подборке рассмотрим не сложные схемы сигнализаторов, установленных на радиатор.

Довольно часто возникают ситуации, когда необходимо, чтобы какое-нибудь устройство продолжало стабильно работать даже при отсутствии основного электропитания. Предлагаю для повторения несколько простых вариантов схем, позволяющих переключать нагрузку со штатного на резервное питание в случае возникновения возможных перебоев в электроснабжении, особенно это актуально для сельской местности.

Для изготовления этой простой конструкции датчика давления своими руками нам необходимы следующие радиолюбительские инструменты и материалы: паяльник, клей, нож, два отрезка односторонней печатной платы, кусок вспененного материала или тонкий слой поролона посыпанный графитной пылью и монтажные провода.

На базе простого керамического пьезоэлектрического детектора можно собрать полезный датчик физического воздействия, который можно использовать в системах сигнализации на дверях, окнах и для обнаружения различных ударов и вибраций.

Сенсорная кнопка это отличная альтернатива типовым механическим кнопкам, которая никогда не изнашиваются и не засоряются, практически не ломаются устойчивы к агрессивным жидкостям, не требуют нажимного усилия, а также вандалоустойчивы.

Транзисторы

представляют собой элементарные
полупроводниковые приборы, которые
сегодня являются основными элементами
для построения микросхем логики, памяти,
процессора и других устройств компьютера.

Системные
шины

– это наборы проводников для передачи
данных, адресов и сигналов управления
между устройствами компьютера.

Контроллеры

– ПРАВИЛЬНЫЙ
ОТВЕТ

80. Промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий копию той информации, которая хранится в памяти с менее быстрым доступом, но с наибольшей вероятностью может быть оттуда запрошена, называют …

Внешняя
память
–
это энергонезависимая память,
предназначенная для длительного
хранения программ и данных. К устройствам
внешней памяти относят накопители
на жестких, гибких магнитных дисках,
оптических компакт-дисках, накопители
на магнитной ленте, флэш-накопители.
Она существенно медленней внутренней
оперативной и сверхоперативной
кэш-памяти.

кэш-памятью

– ПРАВИЛЬНЫЙ
ОТВЕТ

81. В состав интегрированной системы программирования входят …

текстовый
редактор –
ПРАВИЛЬНЫЙ
ОТВЕТ


калькулятор


редактор
связей –
ПРАВИЛЬНЫЙ
ОТВЕТ


графический
редактор

Решение:

Процесс
создания программ включает в себя
следующие этапы:
составление
исходного кода программы на языке
программирования;
этап
трансляции, необходимый для создания
объектного кода программы;
создание
загрузочного модуля, готового к
исполнению.
В
самом общем случае для создания программы
на выбранном языке программирования
нужно иметь следующие компоненты:
1.Текстовый
редактор

2.
Компилятор
.
Исходный текст с помощью программы-компилятора
переводится в промежуточный объектный
код.

3.
Редактор
связей
,
который выполняет связывание объектных
модулей и машинного кода стандартных
функций, находя их в библиотеках, и
формирует на выходе работоспособное
приложение – исполнимый код.

82. Если размер кластера на жестком диске 512 байт, а размер файла 864 байт, то на диске под него будет отведено (то есть недоступно для других файлов) _______ кластер(а).

Решение:

Каждый
жесткий диск состоит из пакета пластин.
На каждой стороне каждой пластины
имеются концентрические кольца,
называемые дорожками. Каждая дорожка
разбивается на фрагменты, называемые
секторами, причем все дорожки на диске
имеют одинаковое количество секторов.
Сектор
представляет собой минимальную физическую
единицу хранения данных на внешнем
носителе
.
Размер сектора всегда представляет
собой одну из степеней числа 2, и почти
всегда равен 512 байт. Группы секторов
условно объединяются в кластеры. Кластер
является наименьшей единицей адресации
к данным.
Когда
файл записывается на диск, файловая
система выделяет соответствующее
количество кластеров для хранения
данных файла. Например, если каждый
кластер равен 512 байт, а размер сохраняемого
файла составляет 800 байт, то для его
хранения будут выделены два кластера.

Допустим,
ваш файл располагается в 10 кластерах
размером по 1024 Кб, причем в последнем –
десятом кластере он занимает всего
десять байт.
Что происходит с оставшимся
почти свободным килобайтом? Ничего. Он
просто пропадает для пользователя.

83.
С помощью цифрового фотоаппарата
получено изображение с разрешением
3456×2592 точек и глубиной цвета 3 байта/пиксель.
Для просмотра используется монитор с
установленными параметрами разрешения
1280×1024 и цветопередачей 16 битов.
Информационный объем изображения при
отображении его на этом мониторе
уменьшится в _____ раз (получившееся
значение округлить).

Решение:

Для
подсчета необходимо учесть разрешение
и глубину цвета у изображения и монитора,
при этом находим отношение:
Здесь
глубина цвета приводится к единой
величине – битам, которая и используется
для расчета. Так, у изображения будетточек,
а для одной точки выделяется,
тогда размер изображения равенАналогично
для монитора, но здесь при отображении
на экранеточек
на одну точку выделяется 16 битов.

6 идей бытовой автоматизации для изготовления своими руками

(электронные схемы, описания работы)

Данный прибор служит для поддержания и регулирования температуры, например в системе отопления. Термостат простой, надежный, не критичен к месту размещения и не боится морозов, может быть использован в автоматике систем отопления (термостат для отопления, термостат для инкубатора, термостат комнатный, термостат для теплиц), в системе защиты от перегрева, пожарной сигнализации, как термостат для теплых полов. Нагрузкой термостата может служить тэн, установленный в котле отопления, лампы инкубатора, трехфазное реле, нагревательный элемент, нагревательный элемент теплого пола, газовый электроклапан типа GSAV15R 1/2″, для поддержания температуры в погребе, для поддержания температуры в гараже.

Термостат содержит минимум элементов и как следствие очень надежен, не требует программирования. Схема термостата состоит из усилительного каскада на операционном усилителе AD822, термочувствительного диода, переменного резистора R2=10кОм для регулировки поддерживаемой температуры, R1 для установки гестерезиса.

Термостат позволяет поддерживать температуру от 15 до 95 градусов.

Плату с элементами и реле можно поместить в отдельную коробочку, которую как и термочувствительный диод закрепить непосредственно на котле. Диоды служат для отображения состояния термостата: диод 1 — индикация питания, диод 2 — индикация включения нагрузки.

Щиток позволит вам автоматизировать такие функции как включать и выключать электроприборы по сотовому телефону. Где бы вы не находились, достаточно лишь набрать номер и дождаться гудков. Чтобы выключить нагрузку, нужно позвонить на номер щитка с другого номера (например, вставить другую сим-карту). Мощность управляемой нагрузки ограничена типом применяемого реле.

Допустим, вы решили зимой посетить дачу, но чтобы по приезду не ждать несколько часов, пока она прогреется, просто набираете номер телефона, стоящего в щитке за пару часов до приезда.

В моем случае использовался телефон nokia3310 с синтезатором мелодий. Длятого, чтобы телефон в щитке включал нагрузку только от вашего телефона, нужно запрограммировать его звонок на ваш номер на определенную мелодию. когда вы позвоните на телефон щитка, телефон щитка проиграет определенную мелодию, которую расшифрует микроконтроллер. Роль детектора мелодий выполняет микрофон. Затем сигнал с микрофона поступает на вход детектора и дальше в контроллер. Чтобы обойтись без микрофонного усилителя и повысить помехоустойчивость, микрофон нужно приложить к динамику телефона непосредственно.

Естественно, микроконтроллер сначало надо запрограммировать.

Прошивка для контроллера находится здесь:

Прошивка настроена на прием трех импульсов на выключение и прием пяти импульсов на включение. Интервал между импульсами — 265 мс.

Внешний вид устройства может быть таким:

С наступлением дачного сезона становится актуальным энергообеспечение дачных домов, там где нет централизованного подвода электроэнергии.

Один из альтернативных источников энергообеспечения служит солнечная батарея. Однако стоимость ее довольно высока, поэтому встает вопрос о более эффективном ее использовании. Наибольшая отдача батареи происходит при перпендикулярном ее ориентировании на солнце. Однако солнце не стоит на месте, оно перемещается с востока на запад. В данной статье описано устройство, автоматически ориентирующее батарею строго на солнце.

Идея упростить конструкцию системы ориентации солнечных батарей состоит в том, чтобы использовать готовый блок ориентации спутниковой антэнны, так называемый мотоподвес. Пользователю остается лишь прикрепить блок солнечных батарей к мотоподвесу, и по уровню сигнала, снимаемого с датчиков солнечной батареи, блок электроники сориентирует антенну точно на солнце.

Мотоподвес предназначен для отслеживания спутников, находящихся на геостационарной орбите (т. е. при повороте он не только вращает батарею, но и наклоняет ее, в результате чего батарея будет ориентирована точно на солнце. Сигнал для поворота формируется двумя фотодиодами, расположенными на солнечной батарее и ориентированными на дугу с углом между собой в 30 градусов. Питание схемы в начальный момент необходимо из резервного источника питания(аккумулятора). Рассмотрим детально процесс ориентирования.

Допустим батарея находится в промежуточном положении между западом и востоком. С восходом солнца на востоке левый фотодиод освещается сильнее правого, в результате чего на IN1 формируется логическая единица и батарея поворачивается на восток до освещения 2-го фотодиода и появления единицы на IN2, после чего мотор мотоподвеса останавливается. Затем, по мере продвижения солнца на запад правый фотодиод освещается сильнее, что приводит к появлению единицы уже на IN2 и мотор включается в другом направлении. Батарея как бы догоняет солнце. Переменные резисторы служат для подстройки чувствительности системы ориентации. Резистор R1 служит для ограничения тока коллектора мотора во время пуска. Конденсатор С3—керамический, служит для фильтрации помех искрения щеток.

Здесь рассказано, как предельно просто, не вдаваясь в сложности,используя минимум комплектующих, установить охранную или охранно-пожарную сигнализацию дома или коттеджа.

В настоящее время существует великое множество охранных систем. Большую часть из них

составляют электронные охранные системы, которые в свою очередь делятся на цифровые и аналоговые охранные системы и т.д. и т.п..

При этом оборудование постоянно усложняется, становится дороже.

От всего этого свободно это устройство.

Описание работы схемы:

При нарушении цепи охраны (в следствии проникновения) выключается реле P1, вследствии чего включается сигнальное устройство.

Используемые детали:

реле P1—любое реле с напряжением срабатывания 12 Вольт и током моммутирования 1А.Нам потребуется та пара контактов, которая срабатывает при отпускании реле. Сигнальное устройство—любое типа «Маяк» или от сигнализации автомобиля. Геркон—любой, выдерживающий ток 100 мА и напряжение 12 Вольт.

По конструктиву:

Герконами защищаем места, где наиболее вероятно проникновение (двери, окна, калитка, забор). Провод для периметра, сигнальное устройство и провода подвода питания необходимо замаскировать. Количество герконов не стоит превышать 10, иначе тяжее будет найти повреждение (как в елочной гирлянде).

Зачем это нужно: если открыть сайт lyngsat.com можно увидеть, насколько большое и разнообразное количество отечественных и зарубежных программ в отличном качестве передают спутники. Однако ручная перенастройка соспутника на спутник очень трудоемкое занятие и занимает много времени, а иногда и просто невозможно, если антена стоит в труднодоступном месте. Для этого и служит мотоподвес, в состав которого обычно входит мотор, механизм поворота, датчики крайнего положения и энкодер.

Для того чтобы управлять поворотом спутниковой антены, нужен мотоподвес с энкодером. Тогда подавая питание на мотоподвес и подсчитывая количество импульсов с энкодера вседа можно знать положение антены. Обычно подсчет импульсов ведется относительно некоторой точки, которую нужно определить заранее с помощью датчика крайнего положения. Назовем эту точку HOME, что по английски значит «дом». Далее определяем, сколько импульсов на градус делает наш энкодер. Это можно сделать, прочитав документацию мотоподвеса или рассчитав значение опытным путем. Далее выставляем антену в крайнее положение и подсчитывая количество импульсов выставляем ее на нужный спутник. Можно предварительно найдя какой-нибудь спутник, настраиваться относительно него. Например Eutelsat W4 at 36.0°E в Московской области находится строго на юге и вы на него настроены, количество импульсов енкодера—5 на градус. А Express AM1 at 40.0°E расположен на 4 градуса западнее(левее,если смотреть на юг.) То есть количество импульсов при повороте на Express AM1 at 40.0°E = 4*5=20. Включаем мотор и через 20 импульсов при правильной настройке мотоподвеса попадаем на Express AM1 at 40.0°E.

В данной конструкции подсчет импульсов, формирование включения моторов, запоминание позиции выполняет компъютер, а обмен сигналами выполняется через паралельный порт.

Управление мотоподвесом осуществляется с компьютера через паралельный порт. Программа написана на Делфи.

Для работы программы надо установить файл test.txt на диск С для записи параметров программы. Для работы так же требуется драйвер LPT, который должен находиться в той же дирректории, что и программа.

Этот механизм поможет уложить спать ребенка. Устройство состоит из актуатора, генератора, усилителя, блока питания и конечно самой кровати.

Принципиальная схема устройства показана на рисунке:

Микросхема L298 — мостовой драйвер. При появлении на входе IN1 логической единицы, а на IN2 логического нуля актуатор двжется в одну сторону, при противоположной раскладке — в другую. По входу ENA осуществляется управление скоростью актуатора.

Управление L298 осуществляется микроконтроллером ATmega16. Прошивка для него находится здесь.

Порядок работы следующий: при возникновении сигнала от микрофона (ребенок проснулся и закричал) включается актуатор, выполняет 20 качаний. Если после этого сигнал от микрофона продолжает идти, качание продолжается.

Регулировка скорости и частоты качаний регулируется с помощью резисторов R1, R2. Микрфон располагается в непосредственной близости от ребенка. Питание качалки осуществляется от любого стабилизированного источника на 12 В и ток 4 А.

Тест №1. Олимпиада 2003.

Тест №1. Олимпиада 2003.

Сайт создан в системе uCoz

Принципы устройства компьютеров

Содержание урока

§32. Принципы устройства компьютеров

§33. Магистрально-модульная организация компьютера

Что понимается под устройством компьютера?

Взаимодействие устройств

Обмен данными с внешними устройствами

Вопросы и задания

§33. Магистрально-модульная организация компьютера

Взаимодействие устройств

Процессор должен обмениваться данными с внутренней памятью и устройствами ввода и вывода. Выделить отдельные каналы для связи процессора с каждым из многочисленных устройств нереально. Вместо этого сделана общая линия связи, доступ к которой имеют все устройства, использующие её по очереди. Такой информационный канал называется шиной.

Шина (или магистраль) — это группа линий связи для обмена данными между несколькими устройствами компьютера.

Традиционно шина делится на три части (рис. 5.10) — это:

• шина данных, по которой передаются данные;

• шина адреса, определяющая, куда именно передаётся информация;

• шина управления, которая организует процесс обмена (несёт сигналы чтение/запись, обращение к внутренней/ внешней памяти, данные готовы/не готовы и т. п.).

Рис. 5.10

Рассмотрим процесс записи данных из процессора в память. На шину данных процессор выставляет данные для записи, на шину адреса — нужный адрес памяти, а на шину управления — сигналы для записи информации в память. Далее он вынужден ожидать, пока данные будут «взяты» с шины. В это время все остальные устройства постоянно «слушают» шину (проверяют её состояние). В нашем примере по сигналам на шине память обнаруживает, что для неё имеются данные. Она сохраняет их по заданному адресу и должна по шине управления сообщить процессору, что операция завершена. На практике, учитывая высокую надёжность работы памяти, сигнал подтверждения часто не используется: процессор просто выжидает определённое время и продолжает выполнение программы. Из этого примера понятно, что для успешного обмена данными по шине должны быть введены чёткие правила (их принято называть протоколом шины), которые должны соблюдать все устройства.

По сравнению с первыми ЭВМ, взаимодействие процессора с внешними устройствами организуется теперь по-другому. В классической архитектуре процессор контролировал все процессы ввода/вывода. Получалось так, что быстродействующий процессор тратил много времени на ожидание при работе с значительно более медленными внешними устройствами. Поэтому появились специальные электронные схемы, которые руководят обменом данными между процессором и внешними устройствами. В третьем поколении такие устройства назывались каналами ввода/ вывода, а в четвёртом — контроллерами¹ (на рис. 5.10 они обозначены буквой К).

Контроллер — это электронная схема для управления внешним устройством и простейшей предварительной обработки данных.

¹ Это название происходит от английского слова control — управление; не следует путать с русским словом «контролёр».

Современный контроллер — это специальный микропроцессор, предназначенный для обслуживания одного или нескольких однотипных устройства ввода/вывода (УВВ) или внешней памяти. Нагрузка на центральный процессор при этом существенно снижается, и это увеличивает эффективность работы всей системы в целом. Контроллер, собранный в виде отдельной микросхемы, называют микроконтроллером.

В качестве примера рассмотрим контроллер современного жёсткого диска. Его основная задача — по принятым от процессора координатам найти на диске требуемые данные, прочитать их и передать в ОЗУ. Но контроллер способен выполнять и другие, порой весьма нетривиальные функции. Так, он сохраняет в служебной области диска информацию обо всех имеющихся на магнитной поверхности некачественно изготовленных секторах (а их при современной высокой плотности записи избежать не удаётся!) и способен «на ходу» подменять их резервными, что создаёт видимость диска, который полностью свободен от дефектов.

Как видно из приведённой на рис. 5.10 схемы, теперь данные могут передаваться между внешними устройствами и ОЗУ напрямую, минуя процессор. Кроме того, наличие шины существенно упрощает подсоединение к ней новых устройств. Архитектуру, которую можно легко расширять за счёт подключения к шине новых устройств, часто называют магистрально-модульной архитектурой.

Если спецификация на шину (детальное описание всех её логических и физических параметров) является открытой (опубликована), то производители могут разрабатывать к такой шине любые дополнительные устройства. Такой подход называют принципом открытой архитектуры. При этом в компьютере предусмотрены стандартные разъёмы для подключения новых устройств, удовлетворяющих стандарту. Поэтому пользователь может собрать такой компьютер, который ему нужен. Необходимо только помнить, что при подключении любого нового устройства нужно установить специальную программу — драйвер, которая управляет обменом данными между этим устройством и процессором.

В современных компьютерах для повышения эффективности работы используется несколько шин, например одна — между процессором и памятью, другая связывает процессор с видеосистемой и т. д.

Следующая страница Обмен данными с внешними устройствами

Cкачать материалы урока

Как работают электронные компоненты

Электронные гаджеты стали неотъемлемой частью нашей жизни. Они сделали нашу жизнь комфортнее и удобнее. Электронные гаджеты находят широкое применение в современном мире, от авиации до медицины и здравоохранения. Фактически, революция в электронике и революция в компьютерах идут рука об руку.

Большинство гаджетов имеют крошечные электронные схемы, которые могут управлять машинами и обрабатывать информацию.Проще говоря, электронные схемы — это линия жизни различных электроприборов. В этом руководстве подробно рассказывается об общих электронных компонентах, используемых в электронных схемах, и о том, как они работают.

В этой статье я дам обзор электронных схем. Затем я предоставлю дополнительную информацию о 7 различных типах компонентов. Для каждого типа я буду обсуждать состав, принцип работы, а также функцию и значение компонента.

1. Конденсатор
2. Резистор
3. Диод
4. Транзистор
5. Индуктор
6. Реле
7. Кристалл кварца

Обзор электронной схемы

Электронная схема — это структура, которая направляет и управляет электрическим током для выполнения различных функций, включая усиление сигнала, вычисление и передачу данных.Он состоит из нескольких различных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды. Для соединения компонентов друг с другом используются токопроводящие провода или дорожки. Однако цепь считается завершенной, только если она начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя цикл.

Элементы электронной схемы

Сложность и количество компонентов в электронной схеме может изменяться в зависимости от ее применения. Однако простейшая схема состоит из трех элементов, включая токопроводящую дорожку, источник напряжения и нагрузку.

Элемент 1: токопроводящий путь

Электрический ток течет по токопроводящей дорожке. Хотя медные провода используются в простых цепях, они быстро заменяются токопроводящими дорожками. Проводящие дорожки — это не что иное, как медные листы, наклеенные на непроводящую основу. Они часто используются в небольших и сложных схемах, таких как печатные платы (PCB).

Элемент 2: Источник напряжения

Основная функция цепи — обеспечить безопасное прохождение электрического тока через нее.Итак, первый ключевой элемент — это источник напряжения. Это двухконтактное устройство, такое как аккумулятор, генераторы или энергосистемы, которые обеспечивают разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в цепи, так что ток может течь через них.

Элемент 3: Нагрузка

Нагрузка — это элемент в цепи, который потребляет мощность для выполнения определенной функции. Лампочка — простейшая нагрузка. Однако сложные схемы имеют разные нагрузки, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и транзисторы.

Факты об электронных схемах

Факт 1: Обрыв цепи

Как упоминалось ранее, цепь всегда должна образовывать петлю, чтобы через нее протекал ток. Однако, когда дело доходит до разомкнутой цепи, ток не может протекать, поскольку один или несколько компонентов отключены намеренно (с помощью переключателя) или случайно (сломанные части). Другими словами, любая цепь, не образующая петли, является разомкнутой.

Факт 2: Замкнутый контур

Замкнутый контур — это контур, который образует контур без каких-либо прерываний.Таким образом, это полная противоположность разомкнутой цепи. Однако полная цепь, которая не выполняет никаких функций, остается замкнутой цепью. Например, цепь, подключенная к разряженной батарее, может не работать, но это все равно замкнутая цепь.

Факт 3: Короткое замыкание

В случае короткого замыкания между двумя точками электрической цепи образуется соединение с низким сопротивлением. В результате ток имеет тенденцию течь через это вновь образованное соединение, а не по намеченному пути.Например, если есть прямое соединение между отрицательной и положительной клеммами батареи, ток будет проходить через нее, а не через цепь.

Однако короткое замыкание обычно приводит к серьезным несчастным случаям, так как ток может протекать на опасно высоких уровнях. Следовательно, короткое замыкание может повредить электронное оборудование, вызвать взрыв батарей и даже вызвать пожар в коммерческих и жилых зданиях.

Факт 4: Печатные платы (PCB)

Для большинства электронных устройств требуются сложные электронные схемы.Вот почему разработчикам приходится размещать крошечные электронные компоненты на печатной плате. Он состоит из пластиковой платы с соединительными медными дорожками с одной стороны и множества отверстий для крепления компонентов. Когда макет печатной платы наносится химическим способом на пластиковую плату, она называется печатной платой или печатной платой.

Рисунок 1: Печатная плата. [Источник изображения]

Факт 5: Интегральные схемы (ИС)

Хотя печатные платы могут предложить множество преимуществ, для большинства современных приборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, требуются сложные схемы, состоящие из тысяч и даже миллионов компонентов.Вот тут-то и пригодятся интегральные схемы. Это крошечные электронные схемы, которые могут поместиться внутри небольшого кремниевого чипа. Джек Килби изобрел первую интегральную схему в 1958 году в компании Texas Instruments. Единственная цель ИС — повысить эффективность электронных устройств при уменьшении их размера и стоимости производства. С годами интегральные схемы становились все более сложными, поскольку технологии продолжают развиваться. Вот почему персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны и другая бытовая электроника с каждым днем ​​становятся все дешевле и лучше.

Рисунок 2: Интегральные схемы. [Источник изображения]

Электронные компоненты

Благодаря современным технологиям, процесс сборки электронных схем был полностью автоматизирован, особенно это касается изготовления микросхем и печатных плат. Количество и расположение компонентов в схеме может варьироваться в зависимости от ее сложности. Однако он построен с использованием небольшого количества стандартных компонентов.

Следующие компоненты используются для создания электронных схем.

Компонент 1: Конденсатор

Конденсаторы

широко используются для построения различных типов электронных схем.Конденсатор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, который может электростатически накапливать энергию в электрическом поле. Проще говоря, он работает как небольшая аккумуляторная батарея, накапливающая электричество. Однако, в отличие от аккумулятора, он может заряжаться и разряжаться за доли секунды.

Рисунок 3: Конденсаторы [Источник изображения]

A. Состав

Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они состоят из одинаковых основных компонентов. Между ними уложены два электрических проводника или пластины, разделенные диэлектриком или изолятором.Пластины состоят из проводящего материала, такого как тонкие пленки из металла или алюминиевой фольги. С другой стороны, диэлектрик — это непроводящий материал, такой как стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, бумага или слюда. Вы можете вставить два электрических соединения, выступающих из пластин, чтобы зафиксировать конденсатор в цепи.

B. Как это работает?

Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам или подключаете их к источнику, на изоляторе возникает электрическое поле, в результате чего на одной пластине накапливается положительный заряд, а на другой накапливается отрицательный заряд.Конденсатор продолжает сохранять заряд, даже если вы отключите его от источника. В тот момент, когда вы подключаете его к нагрузке, накопленная энергия перетекает от конденсатора к нагрузке.

Емкость — это количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Чем выше емкость, тем больше энергии он может хранить. Увеличить емкость можно, сдвинув пластины ближе друг к другу или увеличив их размер. В качестве альтернативы вы также можете улучшить изоляционные качества, чтобы увеличить емкость.

C. Функция и значение

Хотя конденсаторы выглядят как батареи, они могут выполнять различные типы функций в цепи, такие как блокировка постоянного тока с одновременным прохождением переменного тока или сглаживание выходного сигнала от источника питания. Они также используются в системах передачи электроэнергии для стабилизации напряжения и потока мощности. Одной из наиболее важных функций конденсатора в системах переменного тока является коррекция коэффициента мощности, без которой вы не сможете обеспечить достаточный пусковой момент для однофазных двигателей.

Применение конденсаторов фильтров

Если вы используете микроконтроллер в цепи для запуска определенной программы, вы не хотите, чтобы его напряжение упало, поскольку это приведет к сбросу контроллера. Вот почему дизайнеры используют конденсатор. Он может обеспечить микроконтроллер необходимой мощностью на долю секунды, чтобы избежать перезапуска. Другими словами, он отфильтровывает шумы в линии питания и стабилизирует источник питания.

Применение удерживающих конденсаторов

В отличие от батареи, конденсатор быстро разряжается.Вот почему он используется для кратковременного питания цепи. Батареи вашей камеры заряжают конденсатор, прикрепленный к вспышке. Когда вы делаете снимок со вспышкой, конденсатор высвобождает свой заряд за доли секунды, генерируя вспышку света.

Применение конденсатора таймера

В резонансной или зависящей от времени схеме конденсаторы используются вместе с резистором или катушкой индуктивности в качестве элемента синхронизации. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, определяет работу схемы.

Компонент 2: резистор

Резистор — это пассивное двухконтактное электрическое устройство, которое препятствует прохождению тока. Это, наверное, самый простой элемент в электронной схеме. Это также один из наиболее распространенных компонентов, поскольку сопротивление является неотъемлемым элементом почти всех электронных схем. Обычно они имеют цветовую маркировку.

Рисунок 4: Резисторы [Источник изображения]

A. Состав

Резистор — это совсем не модное устройство, потому что сопротивление — это естественное свойство, которым обладают почти все проводники.Итак, конденсатор состоит из медной проволоки, обернутой вокруг изоляционного материала, такого как керамический стержень. Количество витков и толщина медной проволоки прямо пропорциональны сопротивлению. Чем больше количество витков и чем тоньше провод, тем выше сопротивление.

Также можно встретить резисторы, изготовленные по спирали из углеродной пленки. Отсюда и название резисторы с углеродной пленкой. Они разработаны для схем с низким энергопотреблением, потому что резисторы с углеродной пленкой не так точны, как их аналоги с проволочной обмоткой.Однако они дешевле проводных резисторов. К обоим концам прикреплены клеммы проводов. Поскольку резисторы не учитывают полярность в цепи, ток может протекать в любом направлении. Таким образом, не нужно беспокоиться о том, чтобы прикрепить их вперед или назад.

B. Как это работает?

Резистор может показаться не очень большим. Можно подумать, что он ничего не делает, кроме как потребляет энергию. Однако он выполняет жизненно важную функцию: контролирует напряжение и ток в вашей цепи.Другими словами, резисторы дают вам контроль над конструкцией вашей схемы.

Когда электрический ток начинает течь по проводу, все электроны начинают двигаться в одном направлении. Это похоже на воду, текущую по трубе. По тонкой трубе будет течь меньше воды, потому что у нее меньше места для ее движения.

Точно так же, когда ток проходит через тонкую проволоку в резисторе, электронам становится все труднее двигаться через него. Короче говоря, количество электронов, проходящих через резистор, уменьшается по мере увеличения длины и толщины провода.

C. Функция и значение

У резисторов

есть множество применений, но три наиболее распространенных — это управление током, деление напряжения и цепи резистор-конденсатор.

Ограничение потока тока

Если вы не добавите резисторы в цепь, ток будет опасно высоким. Это может привести к перегреву других компонентов и их повреждению. Например, если вы подключите светодиод напрямую к батарее, он все равно будет работать.Однако через некоторое время светодиод нагреется, как огненный шар. В конечном итоге он сгорит, поскольку светодиоды менее устойчивы к нагреву.

Но, если ввести в схему резистор, он снизит протекание тока до оптимального уровня. Таким образом, вы можете дольше держать светодиод включенным, не перегревая его.

Делительное напряжение

Также используются резисторы

для понижения напряжения до нужного уровня. Иногда для определенной части схемы, такой как микроконтроллер, может потребоваться более низкое напряжение, чем для самой схемы.Здесь на помощь приходит резистор.

Допустим, ваша схема работает от аккумулятора 12 В. Однако для микроконтроллера требуется только питание 6 В. Итак, чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это подключить последовательно два резистора с равным сопротивлением. Проволока между двумя резисторами снизит наполовину напряжение вашей цепи, к которой может быть подключен микроконтроллер. Используя соответствующие резисторы, вы можете снизить напряжение в цепи до любого уровня.

Резисторно-конденсаторные сети

Резисторы

также используются в сочетании с конденсаторами для создания интегральных схем, содержащих массивы резистор-конденсатор в одной микросхеме.Их также называют RC-фильтрами или RC-сетями. Они часто используются для подавления электромагнитных помех (EMI) или радиочастотных помех (RFI) в различных инструментах, включая порты ввода / вывода компьютеров и ноутбуков, локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN), среди прочего. Они также используются в станках, распределительных устройствах, контроллерах двигателей, автоматизированном оборудовании, промышленных приборах, лифтах и ​​эскалаторах.

Компонент 3: Диод

Диод — это устройство с двумя выводами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении.Таким образом, это электронный эквивалент обратного клапана или улицы с односторонним движением. Он обычно используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Он изготовлен либо из полупроводникового материала (полупроводниковый диод), либо из вакуумной трубки (вакуумный ламповый диод). Однако сегодня большинство диодов изготовлено из полупроводникового материала, особенно из кремния.

Рисунок 5: Диод [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, существует два типа диодов: вакуумные диоды и полупроводниковые диоды.Вакуумный диод состоит из двух электродов (катода и анода), помещенных внутри герметичной вакуумной стеклянной трубки. Полупроводниковый диод состоит из полупроводников p-типа и n-типа. Поэтому он известен как диод с p-n переходом. Обычно он изготавливается из кремния, но также можно использовать германий или селен.

B. Как это работает?

Вакуумный диод

Когда катод нагревается нитью накала, в вакууме образуется невидимое облако электронов, называемое пространственным зарядом.Хотя электроны испускаются катодом, отрицательный объемный заряд отталкивает их. Поскольку электроны не могут достичь анода, через цепь не протекает ток. Однако, когда анод становится положительным, объемный заряд исчезает. В результате ток начинает течь от катода к аноду. Таким образом, электрический ток внутри диода течет только от катода к аноду и никогда от анода к катоду.

Соединительный диод P-N

Диод с p-n переходом состоит из кремниевых полупроводников p-типа и n-типа.Полупроводник p-типа обычно легируется бором, оставляя в нем дырки (положительный заряд). С другой стороны, полупроводник n-типа легирован сурьмой, добавляя в него несколько дополнительных электронов (отрицательный заряд). Таким образом, электрический ток может протекать через оба полупроводника.

Когда вы складываете блоки p-типа и n-типа вместе, лишние электроны n-типа объединяются с дырками p-типа, создавая зону обеднения без каких-либо свободных электронов или дырок. Короче, ток через диод больше не может проходить.

Когда вы подключаете отрицательную клемму батареи к кремнию n-типа, а положительную клемму к p-типу (прямое смещение), ток начинает течь, поскольку электроны и дырки теперь могут перемещаться по переходу. Однако, если вы перевернете клеммы (обратное смещение), ток через диод не будет протекать, потому что дырки и электроны отталкиваются друг от друга, расширяя зону истощения. Таким образом, как и вакуумный диод, переходной диод может пропускать ток только в одном направлении.

С.Функция и значение

Хотя диоды являются одними из простейших компонентов электронной схемы, они находят уникальное применение в различных отраслях промышленности.

Преобразование переменного тока в постоянный

Наиболее распространенным и важным применением диодов является преобразование переменного тока в постоянный. Обычно полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель используется для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, особенно в бытовых источниках питания. Когда вы пропускаете источник питания переменного тока через диод, через него проходит только половина формы волны переменного тока.Поскольку этот импульс напряжения используется для зарядки конденсатора, он создает устойчивые и непрерывные постоянные токи без каких-либо пульсаций. Различные комбинации диодов и конденсаторов также используются для создания различных типов умножителей напряжения для умножения небольшого переменного напряжения на высокие выходы постоянного тока.

Обходные диоды

Обходные диоды часто используются для защиты солнечных панелей. Когда ток от остальных элементов проходит через поврежденный или пыльный солнечный элемент, это вызывает перегрев. В результате общая выходная мощность снижается, создавая горячие точки.Диоды подключаются параллельно солнечным элементам, чтобы защитить их от проблемы перегрева. Эта простая конструкция ограничивает напряжение на неисправном солнечном элементе, позволяя току проходить через неповрежденные элементы во внешнюю цепь.

Защита от скачков напряжения

Когда источник питания внезапно прерывается, он создает высокое напряжение в большинстве индуктивных нагрузок. Этот неожиданный скачок напряжения может повредить нагрузку. Однако вы можете защитить дорогое оборудование, подключив диод к индуктивным нагрузкам.В зависимости от типа безопасности эти диоды известны под разными названиями, включая демпферный диод, обратный диод, подавляющий диод и диод свободного хода, среди других.

Демодуляция сигнала

Они также используются в процессе модуляции сигнала, поскольку диоды могут эффективно удалять отрицательный элемент сигнала переменного тока. Диод выпрямляет несущую волну, превращая ее в постоянный ток. Звуковой сигнал извлекается из несущей волны, этот процесс называется звуковой частотной модуляцией.Вы можете слышать звук после некоторой фильтрации и усиления. Следовательно, диоды обычно используются в радиоприемниках для извлечения сигнала из несущей волны.

Защита от обратного тока

Изменение полярности источника постоянного тока или неправильное подключение батареи может привести к протеканию значительного тока через цепь. Такое обратное подключение может повредить подключенную нагрузку. Вот почему защитный диод включен последовательно с положительной стороной клеммы аккумулятора. В случае правильной полярности диод становится смещенным в прямом направлении, и ток течет по цепи.Однако в случае неправильного подключения он становится смещенным в обратном направлении, блокируя ток. Таким образом, он может защитить ваше оборудование от возможных повреждений.

Компонент 4: Транзистор

Один из важнейших компонентов электронной схемы, транзисторы произвели революцию в области электроники. Эти крошечные полупроводниковые устройства с тремя выводами существуют уже более пяти десятилетий. Их часто используют как усилители и переключающие устройства. Вы можете думать о них как о реле без каких-либо движущихся частей, потому что они могут включать или выключать что-либо без какого-либо движения.

Рисунок 6: Транзисторы [Источник изображения]

A. Состав

Вначале германий использовался для создания транзисторов, которые были чрезвычайно чувствительны к температуре. Однако сегодня они изготавливаются из кремния, полупроводникового материала, обнаруженного в песке, потому что кремниевые транзисторы гораздо более устойчивы к температуре и дешевле в производстве. Есть два разных типа биполярных переходных транзисторов (BJT), NPN и PNP. Каждый транзистор имеет три контакта, которые называются базой (b), коллектором (c) и эмиттером (e).NPN и PNP относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор.

B. Как это работает?

Когда вы помещаете кремниевую пластину p-типа между двумя стержнями n-типа, вы получаете NPN-транзистор. Эмиттер присоединен к одному n-типу, а коллектор — к другому. Основание прикреплено к р-образному. Избыточные дырки в кремнии p-типа действуют как барьеры, блокирующие прохождение тока. Однако, если вы приложите положительное напряжение к базе и коллектору и отрицательно зарядите эмиттер, электроны начнут течь от эмиттера к коллектору.

Расположение и количество блоков p-типа и n-типа остаются инвертированными в транзисторе PNP. В этом типе транзистора один n-тип находится между двумя блоками p-типа. Поскольку распределение напряжения отличается, транзистор PNP работает иначе. Транзистор NPN требует положительного напряжения на базу, в то время как PNP требует отрицательного напряжения. Короче говоря, ток должен течь от базы, чтобы включить PNP-транзистор.

C. Функция и значение

Транзисторы работают как переключатели и усилители в большинстве электронных схем.Дизайнеры часто используют транзистор в качестве переключателя, потому что, в отличие от простого переключателя, он может превратить небольшой ток в гораздо больший. Хотя вы можете использовать простой переключатель в обычной цепи, для усовершенствованной схемы может потребоваться различное количество токов на разных этапах.

Транзисторы в слуховых аппаратах

Одно из самых известных применений транзисторов — слуховой аппарат. Обычно небольшой микрофон в слуховом аппарате улавливает звуковые волны, преобразовывая их в колеблющиеся электрические импульсы или токи.Когда эти токи проходят через транзистор, они усиливаются. Затем усиленные импульсы проходят через динамик, снова преобразуя их в звуковые волны. Таким образом, вы можете слышать значительно более громкую версию окружающего шума.

Транзисторы в компьютерах и калькуляторах

Все мы знаем, что компьютеры хранят и обрабатывают информацию, используя двоичный язык «ноль» и «единица». Однако большинство людей не знают, что транзисторы играют решающую роль в создании чего-то, что называется логическими вентилями, которые являются основой компьютерных программ.Транзисторы часто соединяются с логическими вентилями, чтобы создать уникальный элемент устройства, называемый триггером. В этой системе транзистор остается включенным, даже если вы уберете ток базы. Теперь он переключается или выключается всякий раз, когда через него проходит новый ток. Таким образом, транзистор может хранить ноль, когда он выключен, или единицу, когда он включен, что является принципом работы компьютеров.

Транзисторы Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона состоит из двух соединенных вместе транзисторов с полярным соединением PNP или NPN.Он назван в честь своего изобретателя Сидни Дарлингтона. Единственное назначение транзистора Дарлингтона — обеспечить высокий коэффициент усиления по току при низком базовом токе. Вы можете найти эти транзисторы в приборах, которым требуется высокий коэффициент усиления по току на низкой частоте, таких как регуляторы мощности, драйверы дисплея, контроллеры двигателей, световые и сенсорные датчики, системы сигнализации и усилители звука.

IGBT и MOSFET транзисторы

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) часто используются в качестве усилителей и переключателей в различных инструментах, включая электромобили, поезда, холодильники, кондиционеры и даже стереосистемы.С другой стороны, полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) обычно используются в интегральных схемах для управления уровнями мощности устройства или для хранения данных.

Компонент 5: Индуктор

Катушка индуктивности, также известная как реактор, представляет собой пассивный компонент цепи, имеющей два вывода. Это устройство хранит энергию в своем магнитном поле, возвращая ее в цепь при необходимости. Было обнаружено, что когда две катушки индуктивности размещаются рядом, не касаясь друг друга, магнитное поле, создаваемое первой катушкой индуктивности, воздействует на вторую катушку индуктивности.Это был решающий прорыв, который привел к изобретению первых трансформаторов.

Рисунок 7: Катушки индуктивности [Источник изображения]

A. Состав

Это, вероятно, простейший компонент, состоящий только из мотка медной проволоки. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Однако иногда катушка наматывается на ферромагнитный материал, такой как железо, слоистое железо и порошковое железо, для увеличения индуктивности. Форма этого сердечника также может увеличить индуктивность.Тороидальные (в форме бублика) сердечники обеспечивают лучшую индуктивность по сравнению с соленоидными (стержневыми) сердечниками на такое же количество витков. К сожалению, индукторы в интегральной схеме сложно соединить, поэтому их обычно заменяют резисторами.

B. Как это работает?

Когда ток проходит по проводу, он создает магнитное поле. Однако уникальная форма индуктора приводит к созданию гораздо более сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле, в свою очередь, сопротивляется переменному току, но пропускает через него постоянный ток.Это магнитное поле также хранит энергию.

Возьмем простую схему, состоящую из батареи, переключателя и лампочки. Лампа загорится ярко, как только вы включите выключатель. Добавьте в эту цепь индуктивность. Как только вы включаете выключатель, лампочка переключается с яркой на тусклую. С другой стороны, когда переключатель выключен, он становится очень ярким, всего на долю секунды до полного выключения.

Когда вы включаете переключатель, индуктор начинает использовать электричество для создания магнитного поля, временно блокируя прохождение тока.Но только постоянный ток проходит через индуктор, как только магнитное поле заполнено. Вот почему лампочка переключается с яркой на тусклую. Все это время индуктор накапливает некоторую электрическую энергию в виде магнитного поля. Итак, когда вы выключаете выключатель, магнитное поле поддерживает постоянный ток в катушке. Таким образом, лампочка некоторое время горит ярко перед тем, как погаснуть.

C. Функция и значение

Хотя индукторы полезны, их трудно включить в электронные схемы из-за их размера.Поскольку они более громоздкие по сравнению с другими компонентами, они увеличивают вес и занимают много места. Следовательно, их обычно заменяют резисторами в интегральных схемах (ИС). Тем не менее, индукторы находят широкое применение в промышленности.

Фильтры в настроенных схемах

Одним из наиболее распространенных применений индукторов является выбор желаемой частоты в настроенных схемах. Они широко используются с конденсаторами и резисторами, подключенными параллельно или последовательно, для создания фильтров.Импеданс катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, автономная катушка индуктивности может действовать только как фильтр нижних частот. Однако, когда вы объединяете его с конденсатором, вы можете создать режекторный фильтр, потому что сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, вы можете использовать различные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов для создания различных типов фильтров. Они присутствуют в большинстве электронных устройств, включая телевизоры, настольные компьютеры и радио.

Дроссели как дроссели

Если через дроссель протекает переменный ток, он создает противоположный ток. Таким образом, он может преобразовывать источник переменного тока в постоянный. Другими словами, он подавляет подачу переменного тока, но позволяет постоянному току проходить через него, отсюда и название «дроссель». Обычно они используются в цепях питания, которым необходимо преобразовать подачу переменного тока в подачу постоянного тока.

Ферритовые бусины

Ферритовый шарик или ферритовый дроссель используется для подавления высокочастотного шума в электронных схемах.Некоторые из распространенных применений ферритовых шариков включают компьютерные кабели, телевизионные кабели и кабели для зарядки мобильных устройств. Эти кабели иногда могут действовать как антенны, взаимодействуя с аудио- и видеовыходами вашего телевизора и компьютера. Таким образом, индукторы используются в ферритовых шариках, чтобы уменьшить такие радиочастотные помехи.

Индукторы в датчиках приближения

Большинство датчиков приближения работают по принципу индуктивности. Индуктивный датчик приближения состоит из четырех частей, включая индуктор или катушку, генератор, схему обнаружения и выходную схему.Осциллятор генерирует флуктуирующее магнитное поле. Когда объект приближается к этому магнитному полю, начинают накапливаться вихревые токи, уменьшая магнитное поле датчика.

Схема обнаружения определяет силу датчика, в то время как выходная схема вызывает соответствующий ответ. Индуктивные датчики приближения, также называемые бесконтактными датчиками, ценятся за их надежность. Они используются на светофорах для определения плотности движения, а также в качестве датчиков парковки легковых и грузовых автомобилей.

Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным примером применения индукторов. Обычно в асинхронном двигателе индукторы устанавливаются в фиксированном положении. Другими словами, им не разрешается выравниваться с близлежащим магнитным полем. Источник питания переменного тока используется для создания вращающегося магнитного поля, которое затем вращает вал. Потребляемая мощность регулирует скорость вращения. Следовательно, асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной скоростью. Асинхронные двигатели очень надежны и прочны, поскольку нет прямого контакта между двигателем и ротором.

Трансформаторы

Как упоминалось ранее, открытие индукторов привело к изобретению трансформаторов, одного из основных компонентов систем передачи энергии. Вы можете создать трансформатор, объединив индукторы общего магнитного поля. Обычно они используются для повышения или понижения напряжения в линиях электропередач до желаемого уровня.

Накопитель энергии

Катушка индуктивности, как и конденсатор, также может накапливать энергию. Однако, в отличие от конденсатора, он может накапливать энергию в течение ограниченного времени.Поскольку энергия хранится в магнитном поле, она схлопывается, как только отключается источник питания. Тем не менее, индукторы функционируют как надежные накопители энергии в импульсных источниках питания, таких как настольные компьютеры.

Компонент 6: реле

Реле — это электромагнитный переключатель, который может размыкать и замыкать цепи электромеханическим или электронным способом. Для работы реле необходим относительно небольшой ток. Обычно они используются для регулирования малых токов в цепи управления.Однако вы также можете использовать реле для управления большими электрическими токами. Реле — это электрический эквивалент рычага. Вы можете включить его небольшим током, чтобы включить (или усилить) другую цепь, использующую большой ток. Реле могут быть либо электромеханическими, либо твердотельными.

Рисунок 8: Реле [Источник изображения]

A. Состав

Электромеханическое реле (ЭМИ) состоит из корпуса, катушки, якоря, пружины и контактов. Рама поддерживает различные части реле. Якорь — это подвижная часть релейного переключателя.Катушка (в основном из медной проволоки), намотанная на металлический стержень, создает магнитное поле, которое перемещает якорь. Контакты — это токопроводящие части, которые размыкают и замыкают цепь.

Твердотельное реле (SSR) состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь эквивалентна катушке электромеханического реле. Схема управления действует как связующее устройство между входными и выходными цепями, в то время как выходная цепь выполняет ту же функцию, что и контакты в ЭМИ.Твердотельные реле становятся все более популярными, поскольку они дешевле, быстрее и надежнее электромеханических реле.

B. Как это работает?

Используете ли вы электромеханическое реле или твердотельное реле, это нормально замкнутое (NC) или нормально разомкнутое (NO) реле. В случае реле NC контакты остаются замкнутыми при отсутствии питания. Однако в нормально разомкнутом реле контакты остаются разомкнутыми при отсутствии питания.Короче говоря, всякий раз, когда через реле протекает ток, контакты либо размыкаются, либо замыкаются.

В ЭМИ источник питания возбуждает катушку реле, создавая магнитное поле. Магнитная катушка притягивает металлическую пластину, установленную на якоре. Когда ток прекращается, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. EMR также может иметь один или несколько контактов в одном пакете. Если в цепи используется только один контакт, она называется цепью с одиночным разрывом (SB). С другой стороны, цепь двойного размыкания (DB) идет с буксировочными контактами.Обычно реле с одинарным размыканием используются для управления маломощными устройствами, такими как индикаторные лампы, в то время как контакты с двойным размыканием используются для управления мощными устройствами, такими как соленоиды.

Когда дело доходит до работы SSR, вам необходимо подать напряжение выше, чем указанное напряжение срабатывания реле, чтобы активировать входную цепь. Вы должны подать напряжение ниже установленного минимального напряжения падения реле, чтобы деактивировать входную цепь. Схема управления передает сигнал от входной цепи к выходной цепи.Выходная цепь включает нагрузку или выполняет желаемое действие.

C. Функция и значение

Поскольку они могут управлять сильноточной цепью с помощью слаботочного сигнала, в большинстве процессов управления используются реле в качестве первичных устройств защиты и переключения. Они также могут обнаруживать неисправности и нарушения, возникающие в системах распределения электроэнергии. Типичные приложения включают телекоммуникации, автомобили, системы управления дорожным движением, бытовую технику и компьютеры, среди прочего.

Защитные реле

Защитные реле используются для отключения или отключения цепи при обнаружении каких-либо нарушений. Иногда они также могут подавать сигнал тревоги при обнаружении неисправности. Типы реле защиты зависят от их функции. Например, реле максимального тока предназначено для определения тока, превышающего заданное значение. При обнаружении такого тока реле срабатывает, отключая автоматический выключатель, чтобы защитить оборудование от возможного повреждения.

Дистанционное реле или реле импеданса, с другой стороны, может обнаруживать отклонения в соотношении тока и напряжения, а не контролировать их величину независимо.Он срабатывает, когда отношение V / I падает ниже заданного значения. Обычно защитные реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

Реле автоматического повторного включения

Реле автоматического повторного включения предназначено для многократного повторного включения автоматического выключателя, который уже отключен с помощью защитного реле. Например, при внезапном падении напряжения в электрической цепи в вашем доме может наблюдаться несколько кратковременных перебоев в подаче электроэнергии.Эти сбои происходят из-за того, что реле повторного включения пытается автоматически включить защитное реле. В случае успеха питание будет восстановлено. В противном случае произойдет полное отключение электроэнергии.

Тепловые реле

Тепловое воздействие электрической энергии — принцип работы теплового реле. Короче говоря, он может обнаруживать повышение температуры окружающей среды и соответственно включать или выключать цепь. Он состоит из биметаллической полосы, которая нагревается при прохождении через нее сверхтока.Нагретая полоса изгибается и замыкает замыкающий контакт, отключая автоматический выключатель. Наиболее распространенное применение теплового реле — защита электродвигателя от перегрузки.

Компонент 7. Кристалл кварца

Кристаллы кварца находят несколько применений в электронной промышленности. Однако в основном они используются в качестве резонаторов в электронных схемах. Кварц — это встречающаяся в природе форма кремния. Однако теперь его производят синтетически, чтобы удовлетворить растущий спрос. Проявляет пьезоэлектрический эффект.Если вы приложите физическое давление к одной стороне, возникающие в результате вибрации создадут переменное напряжение на кристалле. Резонаторы из кварцевого кристалла доступны во многих размерах в зависимости от требуемых применений.

Рисунок 9: Кристалл кварца [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, кристаллы кварца либо производятся синтетическим путем, либо встречаются в природе. Их часто используют для создания кварцевых генераторов для создания электрического сигнала с точной частотой. Обычно форма кристаллов кварца гексагональная с пирамидками на концах.Однако для практических целей их разрезают на плиты прямоугольной формы. К наиболее распространенным типам форматов резки относятся X, Y и AT. Эта плита помещается между двумя металлическими пластинами, называемыми удерживающими пластинами. Внешняя форма кварцевого кристалла или кварцевого генератора может быть цилиндрической, прямоугольной или квадратной.

B. Как это работает?

Если подать на кристалл переменное напряжение, он вызовет механические колебания. Огранка и размер кристалла кварца определяют резонансную частоту этих колебаний или колебаний.Таким образом, он генерирует постоянный сигнал. Кварцевые генераторы дешевы и просты в изготовлении синтетическим способом. Они доступны в диапазоне от нескольких кГц до нескольких МГц. Поскольку кварцевые генераторы имеют более высокую добротность или добротность, они очень стабильны во времени и температуре.

C. Функция и значение

Исключительно высокая добротность позволяет использовать кристаллы кварца и резонансный элемент в генераторах, а также в фильтрах в электронных схемах.Вы можете найти этот высоконадежный компонент в радиочастотных приложениях, в качестве тактовых схем генератора в платах микропроцессоров, а также в качестве элемента синхронизации в цифровых часах.

Кварцевые часы

Проблема традиционных часов с винтовой пружиной заключается в том, что вам нужно периодически заводить катушку. С другой стороны, маятниковые часы зависят от силы тяжести. Таким образом, они по-разному показывают время на разных уровнях моря и высотах из-за изменений силы тяжести.Однако на характеристики кварцевых часов не влияет ни один из этих факторов. Кварцевые часы питаются от батареек. Обычно крошечный кристалл кварца регулирует шестеренки, которые управляют секундной, минутной и часовой стрелками. Поскольку кварцевые часы потребляют очень мало энергии, батарея часто может работать дольше.

Фильтры

Вы также можете использовать кристаллы кварца в электронных схемах в качестве фильтров. Они часто используются для фильтрации нежелательных сигналов в радиоприемниках и микроконтроллерах. Большинство основных фильтров состоят из одного кристалла кварца.Однако усовершенствованные фильтры могут содержать более одного кристалла, чтобы соответствовать требованиям к рабочим характеристикам. Эти кварцевые фильтры намного превосходят фильтры, изготовленные с использованием ЖК-компонентов.

Заключение

От общения с близкими, живущими на разных континентах, до приготовления горячей чашки кофе — электронные устройства затрагивают практически все аспекты нашей жизни. Однако что заставляет эти электронные устройства выполнять, казалось бы, трудоемкие задачи всего за несколько минут? Крошечные электронные схемы — основа всего электронного оборудования.Чтение о различных компонентах электронной схемы поможет вам понять их функции и значение. Поделитесь своими предложениями и мнениями по этому поводу в разделе комментариев ниже.

// Эта статья изначально была опубликована на ICRFQ.

От электрического к электронному | Усилители и активные устройства

Введение

Этот третий том серии книг «Уроки в электрических цепях» отличается от предыдущих двух тем, что формально пересекается переход между электрическими цепями и электронными цепями.Электрические цепи — это соединения токопроводящих проводов и других устройств, при которых происходит равномерный поток электрических зарядов. Электронные схемы добавляют новое измерение к электрическим схемам, поскольку некоторые средства контроля осуществляются над потоком электрических зарядов с помощью другого электрического сигнала, будь то напряжение или ток.

Электронные схемы

Само по себе управление потоком электрического заряда не является чем-то новым для изучающих электрические цепи. Переключатели контролируют поток электрических зарядов, как и потенциометры, особенно когда они подключены как переменные резисторы (реостаты).К этому моменту исследования ни переключатель, ни потенциометр не должны быть новыми для вас. Таким образом, порог, отмечающий переход от электрического к электронному, определяется тем, как контролируется поток электрических зарядов, а не тем, существует ли какая-либо форма управления в цепи. Переключатели и реостаты управляют потоком электрических зарядов в соответствии с положением механического устройства, которое приводится в действие некоторой физической силой, внешней по отношению к цепи. Однако в электронике мы имеем дело со специальными устройствами, способными управлять потоком электрических зарядов в соответствии с другим потоком электрических зарядов или путем приложения статического напряжения.Другими словами, в электронной схеме электричество может управлять электричеством.

История эпохи современной электроники

Томас Эдисон

Исторический предшественник современной электроники был изобретен Томасом Эдисоном в 1880 году при разработке электрической лампы накаливания. Эдисон обнаружил, что небольшой ток проходит от нагретой нити накала лампы к металлической пластине, установленной внутри вакуумной оболочки. (Рисунок ниже (а)) Сегодня это известно как «эффект Эдисона».Учтите, что аккумулятор нужен только для нагрева нити накала. Электроны все равно текли бы, если бы использовался неэлектрический источник тепла.

Эффект Эдисона, клапан Флеминга или вакуумный диод, ламповый усилитель на триоде DeForest.

Вакуумный диод

К 1904 году советник Marconi Wireless Company Джон Флемминг обнаружил, что приложенный извне ток (пластинчатая батарея) проходит только в одном направлении от нити к пластине (рисунок выше (b)), но не в обратном направлении (не показано).Этим изобретением был вакуумный диод, используемый для преобразования переменного тока в постоянный. Добавление третьего электрода Ли ДеФорестом (рисунок выше (c)) позволило небольшим сигналом управлять большим потоком электронов от нити к пластине.

Трубка Audion

Исторически эпоха электроники началась с изобретения трубки Audion, устройства, управляющего потоком электронного потока через вакуум путем приложения небольшого напряжения между двумя металлическими структурами внутри трубки.Более подробное изложение так называемой технологии электронных ламп или электронных ламп доступно в последней главе этого тома для тех, кому это интересно.

Транзистор

Революция в электронной технике произошла в 1948 году с изобретением транзистора. Это крошечное устройство дает примерно тот же эффект, что и лампа Audion, но занимает гораздо меньше места и требует меньшего количества материала. Транзисторы управляют потоком электрических зарядов через твердые полупроводниковые вещества, а не через вакуум, поэтому транзисторную технологию часто называют твердотельной электроникой.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

интегральная схема | Типы, использование и функции

Интегральная схема (ИС), также называемая микроэлектронной схемой, микрочипом или микросхемой, сборка электронных компонентов, изготовленная как единое целое, в которой миниатюрные активные устройства (например, транзисторы и диоды) и пассивные устройства (например, конденсаторы и резисторы) ) и их межсоединения построены на тонкой подложке из полупроводникового материала (обычно кремния). Таким образом, полученная схема представляет собой небольшую монолитную «микросхему», размер которой может составлять всего несколько квадратных сантиметров или всего несколько квадратных миллиметров.Отдельные компоненты схемы обычно имеют микроскопические размеры.

интегральная схема

Типичная интегральная схема, изображенная на ногте.

Charles Falco / Photo Researchers

Интегральные схемы возникли в результате изобретения транзистора в 1947 году Уильямом Б. Шокли и его командой из Bell Laboratories американской телефонной и телеграфной компании. Команда Шокли (включая Джона Бардина и Уолтера Х. Браттейна) обнаружила, что при определенных обстоятельствах электроны будут формировать барьер на поверхности определенных кристаллов, и они научились управлять потоком электричества через кристалл, манипулируя этим барьером.Управление потоком электронов через кристалл позволило команде создать устройство, которое могло бы выполнять определенные электрические операции, такие как усиление сигнала, которые ранее выполнялись с помощью электронных ламп. Они назвали это устройство транзистором, от сочетания слов transfer и resistor. Изучение методов создания электронных устройств с использованием твердых материалов стало известно как твердотельная электроника. Твердотельные устройства оказались намного прочнее, с ними проще работать, они более надежны, намного меньше и дешевле электронных ламп.Используя те же принципы и материалы, инженеры вскоре научились создавать другие электрические компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Теперь, когда электрические устройства можно было сделать такими маленькими, самой большой частью цепи была неудобная проводка между устройствами.

транзистор

Первый транзистор, изобретенный американскими физиками Джоном Бардином, Уолтером Х. Браттейном и Уильямом Б. Шокли.

© Windell Oskay, www.evilmadscientist.com (CC BY 2.0)

В 1958 году Джек Килби из Texas Instruments, Inc.и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor Corporation независимо друг от друга придумали способ дальнейшего уменьшения размера схемы. Они прокладывали очень тонкие дорожки из металла (обычно алюминия или меди) непосредственно на том же куске материала, что и их устройства. Эти маленькие дорожки действовали как провода. С помощью этого метода вся схема может быть «интегрирована» на едином куске твердого материала и, таким образом, создана интегральная схема (ИС). ИС могут содержать сотни тысяч отдельных транзисторов на цельном куске материала размером с горошину.Работать с таким количеством электронных ламп было бы нереально неудобно и дорого. Изобретение интегральной схемы сделало возможными технологии информационной эпохи. Микросхемы в настоящее время широко используются во всех сферах жизни, от автомобилей до тостеров и аттракционов.

Базовые типы ИС

Аналоговые или линейные схемы обычно используют только несколько компонентов и, таким образом, являются одними из самых простых типов ИС. Как правило, аналоговые схемы подключаются к устройствам, которые собирают сигналы из окружающей среды или отправляют сигналы обратно в окружающую среду.Например, микрофон преобразует колеблющиеся вокальные звуки в электрический сигнал переменного напряжения. Затем аналоговая схема модифицирует сигнал некоторым полезным способом — например, усиливает его или фильтрует нежелательный шум. Такой сигнал затем может быть возвращен в громкоговоритель, который будет воспроизводить тона, первоначально улавливаемые микрофоном. Другое типичное использование аналоговой схемы — управление каким-либо устройством в ответ на постоянные изменения в окружающей среде. Например, датчик температуры отправляет изменяющийся сигнал на термостат, который можно запрограммировать на включение и выключение кондиционера, обогревателя или духовки после того, как сигнал достигнет определенного значения.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

Цифровая схема, с другой стороны, предназначена для приема только напряжений определенных заданных значений. Схема, которая использует только два состояния, называется двоичной схемой. При проектировании схемы с двоичными величинами «включено» и «выключено», представляющими 1 и 0 (то есть истина и ложь), используется логика булевой алгебры. (Арифметика также выполняется в двоичной системе счисления с использованием булевой алгебры.) Эти базовые элементы объединены в конструкции ИС для цифровых компьютеров и связанных устройств для выполнения желаемых функций.

логическая схема

Различные комбинации логических схем.

Британская энциклопедия, Inc.

транзистор | Определение и использование

Транзистор, полупроводниковый прибор для усиления, управления и генерации электрических сигналов. Транзисторы — это активные компоненты интегральных схем или «микрочипов», которые часто содержат миллиарды этих крохотных устройств, выгравированных на их блестящих поверхностях. Транзисторы, глубоко укоренившиеся почти во всем электронном, стали нервными клетками информационного века.

Британская викторина

Изобретатели и изобретения

Наши самые ранние человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение вращения? Позвольте колесам в вашей голове крутиться, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Обычно в транзисторе три электрических вывода, называемых эмиттером, коллектором и базой, или, в современных коммутационных приложениях, истоком, стоком и затвором.Электрический сигнал, подаваемый на базу (или затвор), влияет на способность полупроводникового материала проводить электрический ток, который течет между эмиттером (или истоком) и коллектором (или стоком) в большинстве приложений. Источник напряжения, такой как батарея, управляет током, а скорость тока, протекающего через транзистор в любой момент, определяется входным сигналом на затворе — так же, как кран крана используется для регулирования потока воды через сад. шланг.

NMOS-транзистор Металлооксидные полупроводники с отрицательным каналом (NMOS) используют положительное вторичное напряжение для переключения мелкого слоя полупроводникового материала p-типа под затвором в n-тип.Для металлооксидных полупроводников (PMOS) с положительным каналом все эти полярности меняются на противоположные. Транзисторы NMOS дороже, но быстрее, чем транзисторы PMOS.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Первые коммерческие применения транзисторов были в слуховых аппаратах и ​​«карманных» радиоприемниках в 1950-х годах. Благодаря их небольшому размеру и низкому энергопотреблению транзисторы были желанной заменой электронных ламп (известных как «клапаны» в Великобритании), которые затем использовались для усиления слабых электрических сигналов и создания слышимых звуков.Транзисторы также начали заменять электронные лампы в схемах генераторов, используемых для генерации радиосигналов, особенно после того, как были разработаны специализированные структуры для обработки более высоких частот и задействованных уровней мощности. Низкочастотные и высокомощные приложения, такие как инверторы источников питания, преобразующие переменный ток (AC) в постоянный (DC), также были транзисторными. Некоторые силовые транзисторы теперь могут выдерживать токи в сотни ампер при электрических потенциалах более тысячи вольт.

На сегодняшний день транзисторы наиболее часто применяются в микросхемах памяти компьютеров, включая твердотельные мультимедийные запоминающие устройства для электронных игр, камеры и MP3-плееры, а также в микропроцессорах, где миллионы компонентов встроены в одну интегральную схему. Здесь напряжение, приложенное к электроду затвора, обычно несколько вольт или меньше, определяет, может ли ток течь от истока транзистора к его стоку. В этом случае транзистор работает как переключатель: если ток течет, задействованная цепь включена, а если нет, то она выключена.Эти два различных состояния, единственные возможности в такой схеме, соответствуют соответственно двоичным единицам и нулям, используемым в цифровых компьютерах. Подобные применения транзисторов встречаются в сложных коммутационных схемах, используемых в современных телекоммуникационных системах. Потенциальные скорости переключения этих транзисторов сейчас составляют сотни гигагерц, или более 100 миллиардов включений и выключений в секунду.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

Разработка транзисторов

Транзистор был изобретен в 1947–1948 годах тремя американскими физиками, Джоном Бардином, Уолтером Х.Браттейн и Уильям Б. Шокли из Bell Laboratories Американской телефонной и телеграфной компании. Транзистор оказался жизнеспособной альтернативой электронной лампе и к концу 1950-х годов вытеснил последнюю во многих приложениях. Его небольшие размеры, низкое тепловыделение, высокая надежность и низкое энергопотребление сделали возможным прорыв в миниатюризации сложных схем. В 1960-х и 1970-х годах транзисторы были включены в интегральные схемы, в которых множество компонентов (например,(например, диоды, резисторы и конденсаторы) сформированы на единой «микросхеме» из полупроводникового материала.

Мотивация и ранние радиолокационные исследования

Электронные лампы громоздкие и хрупкие, они потребляют большое количество энергии для нагрева своих катодных нитей и генерации потоков электронов; Кроме того, они часто сгорают после нескольких тысяч часов работы. Электромеханические переключатели или реле работают медленно и могут застревать во включенном или выключенном положении. Для приложений, требующих тысяч ламп или переключателей, таких как общенациональные телефонные системы, развивающиеся по всему миру в 1940-х годах, и первые электронные цифровые компьютеры, это означало, что требовалась постоянная бдительность, чтобы свести к минимуму неизбежные поломки.

Альтернатива была найдена в полупроводниках, материалах, таких как кремний или германий, электрическая проводимость которых находится на полпути между проводимостью изоляторов, таких как стекло, и проводников, таких как алюминий. Проводящими свойствами полупроводников можно управлять, «допируя» их избранными примесями, и несколько провидцев увидели потенциал таких устройств для телекоммуникаций и компьютеров. Однако именно военное финансирование разработки радаров в 1940-х годах открыло двери для их реализации.Для «супергетеродинных» электронных схем, используемых для обнаружения радиолокационных волн, требовался диодный выпрямитель — устройство, позволяющее току течь только в одном направлении, — которое могло бы успешно работать на сверхвысоких частотах более одного гигагерца. Электронных ламп просто было недостаточно, и твердотельные диоды на основе существующих полупроводников из оксида меди также были слишком медленными для этой цели.

На помощь пришли

Кристаллические выпрямители на основе кремния и германия. В этих устройствах вольфрамовая проволока вставлялась в поверхность полупроводникового материала, который был легирован крошечными количествами примесей, таких как бор или фосфор.Примесные атомы заняли позиции в кристаллической решетке материала, вытесняя атомы кремния (или германия) и тем самым создавая крошечные популяции носителей заряда (таких как электроны), способных проводить полезный электрический ток. В зависимости от природы носителей заряда и приложенного напряжения ток может течь от провода к поверхности или наоборот, но не в обоих направлениях. Таким образом, эти устройства служили столь необходимыми выпрямителями, работающими на гигагерцовых частотах, необходимых для обнаружения отраженного микроволнового излучения в военных радиолокационных системах.К концу Второй мировой войны миллионы кристаллических выпрямителей ежегодно производились такими американскими производителями, как Sylvania и Western Electric.

Электробезопасность электронных схем своими руками

Прочтите эту информацию — это может спасти вам жизнь!

Электробезопасность при создании электронных проектов своими руками

Электричество сетевого напряжения чрезвычайно опасно. Существует значительный риск смерти от поражения электрическим током, если электричество сетевого напряжения проходит через тело.Также может возникнуть риск пожара и взрыва, если электрический кабель не подключен правильно и неправильно подключен. Поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности при использовании электросети или аналогичного устройства.

Есть много вещей, которые могут выйти из строя с электричеством с потенциально ужасными последствиями. Некоторые из них очевидны — НИКОГДА не используйте палец для проверки наличия сетевого напряжения! — но другие могут не быть такими, как радиаторы, подключенные к высоковольтному разъему симистора. Прочтите эту страницу полностью и убедитесь, что вы продумали все аспекты при разработке своей следующей схемы.В случае сомнений обратитесь за советом к квалифицированному специалисту.

В этом разделе даются советы по электроснабжению от бытовой электросети и более низкому напряжению. Более высокие напряжения, такие как электрические подстанции и железнодорожные эстакады, гораздо опаснее. Никогда не приближайтесь к высоковольтным кабелям или к людям, пострадавшим от поражения электрическим током от очень высокого напряжения, если у вас нет подтверждения, что питание отключено.

Удар электрическим током

Наиболее очевидный риск поражения электрическим током при контакте с цепью под напряжением.Здесь через тело проходит электрический ток, что может привести к остановке работы сердца (остановка сердца).

Что такое опасное напряжение?

На самом деле важен ток, а не напряжение, но из-за сопротивления тела вы не можете получить опасный ток без достаточно высокого напряжения. Вы можете решить это самостоятельно, используя закон Ома, но важно помнить о принципах безопасности.Как правило, вы относительно безопасно имеете дело с напряжением ниже 50 В, но все, что выше, может быть опасным.

Как правило, вы защищены от поражения электрическим током на большинстве электронных схем, работающих от бытовых аккумуляторов, включая автомобильные аккумуляторы на 12 В. Однако в вашем доме могут быть батареи, которые могут представлять реальную опасность, например, выход из ИБП (источника бесперебойного питания) для компьютера или если у вас есть домашняя энергетическая система, такая как солнечные батареи.

Даже если ваше оборудование рассчитано на работу при напряжении ниже опасного для поражения электрическим током, оно может представлять опасность ожогов, пожара или даже взрыва — так что продолжайте читать.

AC против DC

Возможно, вы слышали, как некоторые люди говорят, что переменный ток опаснее постоянного тока, или наоборот. Вместо того, чтобы слишком много спорить о том, что одно против другого, как переменный, так и постоянный ток при высоком напряжении могут быть смертельными. Считается, что переменный ток с большей вероятностью вызывает остановку сердца, прерывая электрические сигналы, управляющие сердцем, но постоянный ток может вызывать ожоги, и оба они все еще могут убивать, поэтому обсуждение различий довольно академично. Просто помните, что электричество может убить, если оно имеет достаточное напряжение и ток, будь то переменный или постоянный ток.

Ниже приведены способы снижения риска поражения электрическим током.

Избегайте подключения к электросети

Самый безопасный способ — полностью избегать использования сетевого напряжения в компьютерной цепи. Большинство электронных схем работают при низком напряжении и могут питаться от батарей или внешнего подключаемого трансформатора. Самый безопасный способ использовать трансформатор — использовать блок питания (например, адаптеры питания, обычно используемые с портативными компьютерами) или трансформатор (известный как настенная бородавка в США), например, те, которые используются для питания вашего мобильного телефона.Они преобразуют напряжение до безопасного напряжения, при котором будет работать электронная схема (например, от 6 В до 12 В для Arduino), и в большинстве случаев также преобразуют сигнал из переменного тока (который подается из сетевой розетки) в постоянный ток (используется для большинство электронных схем). Эти трансформаторы обычно имеют двойную изоляцию и не имеют высоковольтных частей, доступных пользователю. Убедитесь, что трансформатор соответствует типу цепи (например, номинальному напряжению и току) и источнику питания, к которому он подключается.

Вы все равно должны проверить трансформатор на предмет каких-либо физических повреждений, прежде чем подключать что-либо к электросети.

Если вам нужна высокая мощность, внешний источник питания не всегда может быть вариантом, и в этом случае следует проявлять особую осторожность.

Изолируется от сети во время работы

Если вы когда-либо видели оборудование, на котором написано «высоковольтный, не снимайте крышку» или «отключите питание перед снятием крышки», тогда существует риск того, что внутри находится незащищенное сетевое напряжение.Если вы сняли крышку с сетевого электрического устройства, где это возможно, эту крышку следует зафиксировать на месте перед повторным подключением к сети.

Заземление корпуса сетевого оборудования

Если вы используете в проекте сетевое напряжение, обычно следует использовать металлический корпус и заземлять его. Для этого нужно взять провод от клеммы заземления и подключить его к открытой металлической части корпуса. Иногда в корпусе есть специальный разъем для заземления, но если его нет, то его можно подключить к металлическому винту, скрепляющему части корпуса вместе.Затем вам следует выполнить соответствующее тестирование, чтобы убедиться, что все металлические части / части корпуса должным образом заземлены.

Риск, связанный с сетевым напряжением, заключается в том, что находящееся под напряжением соединение (например, свободный провод) входит в контакт с металлическим корпусом, а затем кто-то касается корпуса, создавая путь для прохождения тока через человека на землю. Если это произойдет, это может представлять опасность для любого пользователя оборудования. Если корпус заземлен, то при контакте провода под напряжением с корпусом это обеспечит прямой путь к земле и сожжет предохранитель оборудования.Если вы обнаружите, что ваш предохранитель продолжает перегорать, проверьте, нет ли короткого замыкания на корпус. При использовании сетевого разъема для подачи электричества в корпус необходимо использовать 3-контактный разъем, такой как разъем IEC C13 (2-контактные разъемы не имеют заземления и поэтому не подходят). Всегда используйте предохранитель подходящего размера для оборудования (например, в вилке), чтобы гарантировать, что, если есть соединение с землей, предохранитель перегорел. Предохранитель может находиться внутри вилки (стандарт для вилок, используемых в Великобритании), или может использоваться комбинированный модуль разъема и предохранителя.

Альтернативой металлическому корпусу является использование корпуса с пластмассовой изоляцией, однако, если это необходимо, необходимо убедиться, что нет никаких незаземленных металлических соединений, идущих изнутри наружу корпуса, которые могут соприкоснуться. с сетевым напряжением. Сюда входят любые переключатели или любые винты, используемые для фиксации печатной платы и любых внешних разъемов. Этого сложно добиться в проектах DIY, поэтому я рекомендую использовать заземленный металлический корпус. На коммерческом электрическом оборудовании часто можно увидеть символ двойной изоляции, указывающий на то, что используется полная изоляция, а не заземление.

При использовании сетевого напряжения необходимо также убедиться, что невозможно соприкоснуться с какими-либо частями, находящимися под высоким напряжением, через корпус. Лучше всего этого добиться, убедившись, что в корпусе нет отверстий, но иногда необходимо сделать отверстия в корпусе для вентиляции. В этом случае следует использовать тест пальцем, чтобы убедиться, что палец, помещенный в отверстие, не может соприкоснуться с электричеством в сети. Очевидно, что если вы действительно это проверяете, вы должны делать это при отключенном электричестве.Также учтите, что у некоторых людей (особенно у детей) пальцы будут меньше.

Проверьте состояние любого оборудования и используйте изолированные провода.

Перед тем, как подключить какое-либо оборудование к сети, всегда проверяйте, чтобы оборудование не было видимых повреждений и не были повреждены провода. Это относится к любому электрическому оборудованию, сделанному дома или купленному, поскольку кабели со временем могут испортиться, особенно если они не хранятся должным образом.

Если вы проводите какие-либо испытания оборудования под напряжением (по возможности избегайте этого), убедитесь, что у вас есть надлежащим образом изолированные измерительные провода с достаточной изоляцией для испытываемого напряжения.Перед работой с оборудованием, находящимся под напряжением, всегда следует проводить оценку рисков и обеспечивать принятие соответствующих мер предосторожности для предотвращения травм в результате любых выявленных рисков.

Изоляция сетевого напряжения и проверка после отключения питания

В электрических приборах и самодельных проектах обычно довольно легко отключить питание, вынув вилку из розетки. В случае домашней электропроводки и оборудования, подключенного непосредственно к сети, например, охранной сигнализации, электрическая сеть может быть подключена непосредственно к оборудованию.В этом случае на стене, где они подключаются, обычно есть выключатель или панель с предохранителями, и оттуда должно быть отключено электричество.

Каждый раз, когда вы работаете с оборудованием, подключенным напрямую к электросети, которое должно быть отключено, всегда проверяйте, чтобы убедиться, что сетевое питание отключено, прежде чем приступить к работе. Для домашнего пользователя можно использовать бытовой датчик напряжения, но рекомендуется использовать его только в качестве вторичного теста после того, как другие шаги по отключению источника питания уже выполнены.Всегда следите за тем, чтобы тестер не был поврежден и был в хорошем рабочем состоянии, и следуйте инструкциям производителя. Если есть какие-либо сомнения относительно того, отключен ли источник питания, вам следует обратиться за профессиональной консультацией. Если вы беретесь за это в рамках своей работы, вы должны следовать руководству HSE, а не приведенному выше — см. Раздел «Электробезопасность на работе» и «Оборудование для проверки электрического оборудования» для использования электриками.

Самый распространенный тип бытового электрического тестера представляет собой отвертку с неоновой подсветкой внутри ручки.Вы кладете кончик отвертки на контакт, который хотите проверить, и касаетесь металлической пластины на другом конце отвертки. Если тестер находится в контакте с сетевым напряжением, загорается неон. Всегда проверяйте заранее, чтобы тестер не был поврежден. Не используйте их как отвертку.

Другой вид бытового электротестера выглядит как большой пластиковый карандаш с белым кончиком. Когда вы помещаете наконечник рядом с сетевым напряжением, наконечник загорается красным. В некотором смысле это лучше, поскольку вам не нужно напрямую физически контактировать с электросетью, но есть и обратная сторона.Карандаш питается от батареи, и если батарея разряжена, ничто не указывает на наличие напряжения в сети. Поэтому перед использованием тестера сети с питанием от батареи проверьте его на соответствие известному источнику под напряжением, чтобы убедиться, что он работает правильно. Вы можете сделать это, поместив тестер напротив правой стороны вилки сетевого шнура при подключении к источнику питания. Для проведения этого теста нет необходимости открывать вилку или обнажать какие-либо токоведущие части.

Это руководство предназначено только для занятий дома / хобби.Эти тестеры следует использовать после всех усилий по отключению питания. Эти тестеры не подходят для использования в рабочей среде — см. Руководство HSE — Электрическое испытательное оборудование для использования электриками.

Используйте УЗО

УЗО (устройства остаточного тока) и могут обеспечить элемент защиты от поражения электрическим током путем отключения питания при обнаружении неисправности или при поражении электрическим током. УЗО теперь включены в домашнюю электропроводку в Великобритании, но многие дома были построены до того, как это постановление вступило в силу.

Иногда их называют RCCB (автоматические выключатели остаточного тока) или ELCB (автоматические выключатели утечки на землю).

Также можно купить сменные переходники УЗО. Вы подключаете их к сетевой розетке, а затем подключаете оборудование с питанием от сети к адаптеру, или вы можете получить те, которые заменяют вилку на вашем оборудовании. Если у вас есть собственная лаборатория / сарай / домашний офис, который вы используете для электромонтажных работ, то может быть хорошей идеей использовать их на всех розетках в этой комнате, но как минимум я бы рекомендовал использовать одну, когда вы впервые подключаете свой цепи к сети или при выполнении любых испытаний под напряжением.

Изучите первую помощь и напарник

Если вы работаете с сетевым напряжением, поблизости должен быть кто-то, кто знает, что вы делаете, чтобы помочь, если кто-то пойдет не так. По крайней мере, они могут отключить питание и набрать 999 (112 в Европе / 911 в США / 000 в Австралии), чтобы вызвать скорую помощь. Я также рекомендую вам и вашему другу научиться первой помощи. См. Страницу обучения на веб-сайте викторины по оказанию первой помощи для получения контактных данных организаций, обучающих оказанию первой помощи.

Если вы когда-нибудь встретите кого-то, кто пострадал от поражения электрическим током и все еще подключен к источнику питания, не прикасайтесь к нему напрямую, так как вы также можете получить от него электрический ток. По возможности следует отключить электропитание (вынуть вилку из розетки или выключить оборудование). Если невозможно отключить источник питания, оттолкните человека от источника питания, используя изолирующий материал, например, сухую деревянную или пластиковую ручку метлы.

Остерегайтесь работающих радиаторов

Мы рассмотрели очевидные вещи выше, но вам также необходимо принять во внимание любые компоненты, которые могут проводить электричество от сети, и какие-либо особые функции безопасности.Например, симистор — это устройство, которое часто используется для переключения электрических токов в сети. Как и любой полупроводник, эти устройства выделяют тепло, а при переключении больших нагрузок это может привести к выделению большого количества тепла. Чтобы отвести это тепло и предотвратить перегрев симистора, часто используется радиатор. Корпус симистора подключается к радиатору. В некоторых симисторах соединение радиатора подключается к одному из сетевых зажимов, а в других — соединение изолировано от сетевого напряжения.Обычным симистором является симистор BTA08-600, в котором соединение радиатора изолировано от сетевого напряжения, но почти идентичный BTB08-600 не изолирован. Вы можете задаться вопросом, зачем возиться с неизолированной версией, но тепловые характеристики неизолированной намного лучше, следовательно, требуется меньший радиатор. Для любительской электроники я рекомендую всегда брать изолированные (которые в любом случае более доступны), чтобы радиатор никогда не работал. Я даже использую изолированные симисторы в цепях низкого напряжения, поскольку это снижает риск того, что вы можете повторно использовать оставшийся симистор в своем следующем проекте, который может использовать сетевое напряжение.

Если вы когда-нибудь обнаружите, что работаете с оборудованием, разработанным кем-то другим, никогда не предполагайте, что они используют изолированные компоненты, и всегда предполагайте, что любой компонент может быть под напряжением, пока не будет доказано обратное.

Тестирование портативных устройств (PAT)

Тестирование портативных устройств — это способ тестирования электрического оборудования, чтобы убедиться, что оно безопасно в использовании. Он включает в себя физическую проверку на наличие видимых повреждений, а также некоторые тесты, чтобы убедиться, что оборудование должным образом заземлено и изолировано.Это делается либо с помощью специального тестера PAT, либо с помощью тестера изоляции. К сожалению, стоимость испытательного оборудования PAT делает это очень трудным для электронщиков, увлеченных своими делами, для проведения испытаний самостоятельно, но вы можете найти местного электрика, который сможет проверить это оборудование за вас.

Опасность пожара и взрыва

Убийство электрическим током — не единственный способ, которым вы можете пострадать из-за неправильного использования электричества. Возгорание может быть столь же опасным и может произойти при гораздо более низком напряжении, чем поражение электрическим током.Опять же, это высокий риск для сетевого электричества, но вы также должны учитывать это при работе с системами с более низким напряжением, такими как автомобильные или развлекательные аккумуляторы или низковольтное освещение, все из которых способны обеспечивать очень высокие токи. Возгорание может быть вызвано перегревом из-за перегрузки штепсельной розетки или слишком сильным током, протекающим через конкретный компонент или провод.

Используйте правильный предохранитель

Важным шагом на пути к защите от пожара является использование предохранителя правильного размера.В самодельных проектах следует выбирать предохранитель, расположенный выше, но максимально приближенный к максимальному току, который будет потреблять цепь.

Другой фактор, контролируемый проектировщиком схемы, — это обеспечение того, чтобы все компоненты и кабели были рассчитаны в пределах, превышающих максимальный ток, потребляемый схемой. Это не должно быть проблемой для слаботочных сигналов в типичной цепи, но это необходимо учитывать при переключении больших нагрузок, таких как освещение, двигатели и т. Д.

Также убедитесь, что все горячие предметы хранятся вдали от легковоспламеняющихся материалов. Одним из примеров является обеспечение того, чтобы осветительные приборы не соприкасались напрямую с занавесками, которые иногда могут выдуть сквозняком через открытое окно.

Бернс

Очевидно, что существует риск ожога во время пайки, но существует также риск прикосновения к компоненту после того, как он нагрелся. Светильники хорошо известны своим нагревом, но другие компоненты, такие как тиристоры и симисторы, которые переключают большие нагрузки, также могут вызвать ожоги при прикосновении.

Опасные инструменты

Всегда читайте предупреждающие инструкции, прилагаемые к инструментам. Я особенно думаю о металлообрабатывающих инструментах, используемых при создании дома для вашего нового творения, но вы также можете использовать электроинструменты в самой цепи, такие как вращающиеся инструменты и тепловые пушки, используемые с термоусадочной изоляцией.

Помните, что предупреждения появляются не просто так. Возможно, вы просверлили сотни отверстий с помощью электродрели, но первый металлический осколок в глазу может необратимо повредить ваше зрение.Всегда надевайте защитные очки / перчатки там, где это указано в инструкции.

Опасные химические вещества

Если вы собираетесь изготавливать свои собственные печатные платы, то существуют опасные химические вещества, с которыми необходимо обращаться осторожно, а также утилизировать безопасным способом, чтобы не нанести вред местной дикой природе. Всегда читайте инструкции, прилагаемые к вашим химическим веществам, и обращайтесь к своему поставщику, если у вас есть какие-либо сомнения относительно рисков и способов их надлежащей утилизации.

Есть еще

Это руководство должно дать вам хорошее начало, но могут быть и другие вещи, которые я пропустил, или различия с различными электрическими системами в других странах. Если вы считаете, что нужно добавить что-нибудь еще, дайте мне знать.

HSE устанавливает правовые рамки для тех, кто работает с электричеством на работе, что также полезно для всех, кто занимается этим для хобби. См. Разделы «Электробезопасность и вы» и «Часто задаваемые вопросы по HSE по электричеству».

Вам также следует следовать советам на следующих веб-сайтах:

Патент США на электрическую изоляцию между ИК-приемником и другими электронными схемами Патент (Патент №6,384,946, выданный 7 мая 2002 г.)

В данной заявке испрашивается преимущество предварительной заявки №60 009 178 подано 22 декабря 1995 г.

Настоящее изобретение относится к схемам для изоляции съемного внешнего устройства от электронного оборудования, содержащего схемы обработки сигналов для внешнего устройства.

Современное бытовое электронное оборудование часто может быть расширено потребителем. Например, современные приемники для систем прямого спутникового телевидения (DSS) включают разъемы, в которые могут быть вставлены инфракрасные (ИК) приемники и передатчики дистанционного управления. Подключение внешнего ИК-приемника дистанционного управления позволяет пользователю разместить телевизор в одной комнате, а спутниковый приемник в другой комнате, и при этом позволяет пользователю управлять спутниковым приемником с помощью ИК-пульта дистанционного управления.Внешний ИК-передатчик дистанционного управления позволяет спутниковому ресиверу управлять внешним устройством, таким как видеомагнитофон, которое реагирует на сигналы ИК-пульта дистанционного управления известным способом.

Однако, когда внешний блок подключен к электронному оборудованию проводом, возможно образование контуров заземления, что приведет к искажениям и возможной неисправности оборудования. Кроме того, возможно, что электростатический заряд, присутствующий во внешнем устройстве, будет разряжаться через электронное оборудование, когда внешнее устройство подключено, таким образом, повреждая электронное оборудование.Также возможно, что провод, соединяющий внешнее устройство с электронным оборудованием, будет излучать электромагнитные помехи (EMI), которые могут повлиять на внешнее оборудование. Кроме того, в бытовом электронном оборудовании возможно, что внешнее устройство, подключенное к вилке, будет неправильным устройством или оно будет неправильно настроено. По всем этим причинам желательно предусмотреть схему в электронном оборудовании, которая включает в себя заглушку для внешних устройств, чтобы электрически изолировать внешнее устройство от электронного оборудования, изолировать возможное повреждение электронного оборудования электростатическим разрядом (ESD) и свести к минимуму Эмиссия EMI.

В соответствии с принципами настоящего изобретения электронная система, включая разъем для внешнего устройства, включает в себя процессор сигналов, реагирующий на внешнее устройство, и устройство гальванической развязки, подключенное между разъемом внешнего устройства и процессором сигналов. Такая система может дополнительно включать в себя схему подавления электромагнитных помех, подключенную между разъемом внешнего устройства и устройством гальванической развязки. Такая система может также дополнительно включать в себя схему подавления электростатического разряда, подключенную между разъемом внешнего устройства и устройством гальванической развязки.

На чертеже:

РИС. 1 — схематическая диаграмма цепи развязки согласно принципам настоящего изобретения.

На ФИГ. 1 электронное оборудование в целом изображено как блок 10. Этим электронным оборудованием 10 можно управлять в ответ на команды пользователя либо с панели управления на корпусе, в котором размещено электронное оборудование 10, либо через устройство дистанционного управления, подключенное проводами к электронное оборудование 10, или через инфракрасный (ИК) пульт дистанционного управления, который может быть подключен к электронному оборудованию через вилку.В проиллюстрированном варианте осуществления электронное оборудование 10 также включает в себя канал для управления внешним оборудованием через ИК-канал, хотя это не обязательно и не является частью настоящего изобретения.

На ФИГ. 1, ИК-приемник 12 выполнен с возможностью приема ИК-сигналов (обозначенных символом в виде молнии) от устройства ИК-дистанционного управления (не показано) известным способом. Соответствующие первый и второй выходные контакты ИК-приемника 12 подключены к первому штекеру P1. Первый штекер P1 подключается к первому гнезду J1 на электронном оборудовании 10.Первый вывод первого гнезда J1 соединен с первым электродом первого конденсатора С1 и через первый проход в общей ферритовой бусине 14 — с первым электродом первого резистора R1. Второй электрод первого конденсатора C1 соединен с источником опорного потенциала (земля). Второй электрод первого резистора R1 соединен с анодом первого светоизлучающего диода LED1. Катод первого светоизлучающего диода LED1 соединен с первым электродом второго резистора R2.Второй электрод второго резистора R2 соединен через второй проход через общую ферритовую бусину 14 с первым электродом второго конденсатора C2 и вторым выводом первого гнезда J1. Второй электрод второго конденсатора C2 соединен с землей.

Первый светодиод LED1 подает световой сигнал на фототранзистор PT. Комбинация первого светоизлучающего диода LED1 и фототранзистора PT образует оптоизолятор 18. Эмиттерный электрод фототранзистора PT соединен с землей.Коллекторный электрод фототранзистора PT соединен с соответствующими первыми электродами третьего резистора R3, третьим конденсатором C3 и четвертым конденсатором C4, а также с входным выводом дистанционного управления, принимаемым ИК-сигналом, процессора 20. Соответствующие вторые электроды третий резистор R3 и третий конденсатор C3 подключены к источнику рабочего напряжения Vcc. Второй электрод четвертого конденсатора C4 соединен с землей. Блок 22 дистанционного управления соединен проводами с проводной входной клеммой дистанционного управления процессора 20.

Процессор 20 также включает в себя выходную клемму дистанционного управления ИК-передачей (IR XMIT), соединенную с первым электродом четвертого резистора R4. Второй электрод четвертого резистора R4 соединен с электродом затвора первого NPN-транзистора T1. Эмиттерный электрод первого транзистора T1 соединен с землей. Коллекторный электрод первого NPN-транзистора T1 соединен с первым электродом пятого резистора R5. Второй электрод пятого резистора R5 соединен через первый канал во второй общей ферритовой бусине 26 с первым электродом пятого конденсатора C5 и первым выводом второго гнезда J2.Второй разъем J2 подключается ко второму разъему P2. Когда он вставлен, первый вывод второго разъема P2 соединяется с первым выводом второго разъема J2. Первый вывод второго штекера P2 соединен с катодом второго светоизлучающего диода LED2. Второй светоизлучающий диод LED2 излучает инфракрасный световой сигнал (обозначенный символом молнии), который может использоваться для управления внешним электронным оборудованием, управляемым с помощью дистанционного инфракрасного управления (не показано), таким как видеомагнитофоны и / или телевизионные приемники.Анод второго светоизлучающего диода LED2 соединен со вторым выводом второй вилки P2. Второй вывод второго разъема соединен со вторым выводом второго разъема J2. Второй вывод второго гнезда J2 соединен с первым входным выводом шестого конденсатора C6 и через второй проход во втором общем ферритовом валике 26 — с первым электродом шестого резистора R6. Второй электрод шестого резистора R6 подключен к источнику рабочего напряжения Vcc.Хотя первая и вторая общие ферритовые бусины 14 и 26 описаны как отдельные, в предпочтительном варианте осуществления они сформированы как единый ферритовый валик с четырьмя соответствующими проходами, как показано пунктиром на фиг. 1.

Во время работы ИК-приемник 12 вырабатывает электрический сигнал, который представляет ИК-сигнал, полученный от внешнего устройства ИК-излучения (не показано). Представляющий ИК-сигнал от ИК-приемника 12 подается на первый светоизлучающий диод LED1, который вырабатывает сигнал, соответствующий принимаемому ИК-световому сигналу.Первый и второй резисторы R1 и R2 работают как ограничители тока для первого светоизлучающего диода LED1. Они также обеспечивают некоторую защиту от электростатического разряда. Общая ферритовая бусина 14 минимизирует синфазное электромагнитное излучение, а комбинация общей ферритовой бусины 14 и первого и второго конденсаторов, C1 и C2, соответственно, работает так, чтобы минимизировать сигналы электромагнитных помех, отрицательно влияющие на работу внешнего электронного оборудования, и внутреннее электронное оборудование 10.Оптоизолятор 18 обеспечивает электрическую изоляцию между внешней схемой (например, ИК-приемником 12), подключенной к первому разъему J1, и электронным оборудованием 10. Это предотвращает паразитные сигналы, которые иногда возникают из-за контуров заземления при подключении отдельных частей электронного оборудования. соединены вместе, что отрицательно сказывается на работе электронного оборудования 10, и дополнительно предотвращает повреждение электронного оборудования 10 из-за электростатического разряда. Оптоизолятор 18 также обеспечивает защиту от возможных коротких замыканий во внешней схеме и предотвращает повреждение электронного оборудования 10 из-за того, что пользователь подключит неправильное устройство к первому разъему J1.

В предпочтительном варианте осуществления ИК-сигнал от устройства дистанционного управления (не показано) представляет собой команду в форме серии кодовых импульсов. Кодовые импульсы модулируются по несущему сигналу около 56 кГц. Первый светоизлучающий диод LED1 излучает световые импульсы, которые соответствуют световым импульсам ИК-носителя, принимаемым ИК-приемником 12. То есть последовательность световых импульсов 56 кГц происходит во время кодового импульса, а световые импульсы между кодовыми импульсами отсутствуют. Фототранзистор PT включается и выключается в ответ на эти световые импульсы.Третий резистор R3 обеспечивает нагрузку для фототранзистора PT. Третий и четвертый конденсаторы, C3 и C4, соответственно, работают для фильтрации составляющей несущей 56 кГц, оставляя только огибающую кодового импульса. Эта огибающая кодового импульса подается на входной разъем для приема ИК-сигналов процессора 20. Процессор 20 обрабатывает сигнал на входном разъеме для приема ИК-сигналов, чтобы декодировать кодовые импульсы и определить, какая команда была отправлена ​​ИК-пультом дистанционного управления ( не показано). Затем процессор 20 управляет другими элементами (не показаны) электронного оборудования 10 для выполнения принятой команды известным способом.

Процессор 20 также может управлять внешним устройством. В предпочтительном варианте осуществления таким внешним устройством можно управлять через ИК-порт. Процессор 20 выдает команду для внешнего устройства на своем выходном терминале передачи IR (IR XMIT). Второй светоизлучающий диод LED2 является инфракрасным светоизлучающим диодом и подключен к коллекторному тракту первого NPN-транзистора T1. Нагрузка для первого NPN-транзистора T1, связанного с источником рабочего напряжения Vcc, состоит из последовательного соединения шестого резистора R6, второго светоизлучающего диода LED2 и пятого резистора R5.Сигнал на выходном выводе ИК-передачи процессора 20 управляет первым NPN-транзистором T1, чтобы он включался и выключался способом, подходящим для отправки команды на внешнее устройство. Когда первый NPN-транзистор T1 включен, второй светодиод LED2 излучает свет, а когда первый NPN-транзистор T1 выключен, второй светодиод LED2 не горит.

В предпочтительном варианте осуществления процессор 20 выдает сигнал на своем выходном терминале передачи IR, который представляет собой серию импульсов кода команды, модулированных на несущей, как описано выше, таким образом, что внешнее устройство будет реагировать соответствующим образом.Конкретные требуемые коды команд и несущие частоты различаются в зависимости от типа управляемого внешнего устройства и производителя этого устройства. Обычно несущая частота команд, отправляемых на такие внешние устройства, может варьироваться от 30 до 60 кГц. Эта серия модулированных управляющих импульсов преобразуется в импульсы инфракрасного света вторым светоизлучающим диодом LED2. Внешнее устройство соответствующим образом реагирует на получение этой команды. Подобным образом, как описано выше, комбинация второй общей ферритовой бусины 26 и пятого и шестого конденсаторов, C5 и C6, соответственно, работает, чтобы минимизировать неблагоприятное влияние электромагнитных помех на внешнее электронное оборудование и внутреннее электронное оборудование. 10.

Хотя проиллюстрированный вариант осуществления изобретения относится к электронному оборудованию, включая источник внешнего управления, подключенный к разъему, специалист в данной области техники поймет, что схема развязки настоящего изобретения применима к любому элементу электронного оборудования, которое включает в себя внешний разъем, к которому пользователь может подключить внешнее устройство. В такой системе настоящее изобретение обеспечивает защиту от неблагоприятных воздействий электромагнитных помех, электростатических разрядов и контуров заземления на электронное оборудование, а также от возможности короткого замыкания во внешнем оборудовании или того, что пользователь подключит неправильное устройство к внешнему устройству. разъем или неправильно подключили устройство.

Таблица I, приведенная ниже, раскрывает предпочтительные значения для компонентов, показанных на фиг. 1.

ТАБЛИЦА I

Значения компонентов

Ценить

Ценить

Комп.
& OHgr;
Комп.
f.

R1
390
C1
100 шт.

R2
390
C2
47 п.

R3
10 тыс.
C3
330 с.

R4
1 к
C4
.01 & mgr;

R5
10
C5
100 шт.

R6
36
C6
47 п.

Зачем и как контролировать скорость вращения вентилятора для охлаждения электронного оборудования

Введение

Растет интерес к интегральным схемам для управления скоростью охлаждающих вентиляторов в персональных компьютерах и другом электронном оборудовании. Компактные электрические вентиляторы дешевы и используются для охлаждения электронного оборудования более полувека. Однако в последние годы технология использования этих вентиляторов значительно изменилась.Эта статья расскажет, как и почему произошла эта эволюция, и предложит некоторые полезные подходы для дизайнера.

Производство и отвод тепла

В электронике, особенно в бытовой электронике, наблюдается тенденция к уменьшению размеров изделий с улучшенными комбинациями функций. Следовательно, многие электронные компоненты превращаются в очень маленькие форм-факторы. Наглядный пример — ноутбук. Тонкие и «облегченные» ноутбуки значительно уменьшились в размерах, но их вычислительная мощность сохранилась или увеличилась.Другие примеры этой тенденции включают проекционные системы и телевизионные приставки. Что общего у всех этих систем, помимо значительно меньшего — и все еще уменьшающегося — размера, так это то, что количество тепла, которое они должны рассеивать, не уменьшается; часто увеличивается! В портативном ПК большая часть тепла генерируется процессором; в проекторе большая часть тепла генерируется источником света. Это тепло нужно отводить тихо и эффективно.

Самый тихий способ отвода тепла — использование пассивных компонентов, таких как радиаторы и тепловые трубки.Однако во многих популярных продуктах бытовой электроники этого оказалось недостаточно — к тому же они довольно дороги. Хорошей альтернативой является активное охлаждение, введение вентилятора в систему для создания воздушного потока вокруг корпуса и тепловыделяющих компонентов, эффективного отвода тепла из системы. Однако вентилятор является источником шума. Это также дополнительный источник энергопотребления в системе — очень важное соображение, если питание должно подаваться от батареи. Вентилятор также является еще одним механическим компонентом системы, что не является идеальным решением с точки зрения надежности.

Контроль скорости — один из способов ответить на некоторые из этих возражений против использования вентилятора — может иметь следующие преимущества:

1. Работа вентилятора медленнее снижает излучаемый им шум,
2. , если вентилятор работает медленнее, он может снизить потребляемую мощность,
3. , если вентилятор работает медленнее, увеличивается его надежность и срок службы.

Существует множество различных типов вентиляторов и способов управления ими. Мы обсудим здесь различные типы вентиляторов, а также преимущества и недостатки используемых сегодня методов управления.Один из способов классифицировать поклонников:

1. 2-проводные вентиляторы
2. Вентиляторы 3-проводные
3. Вентиляторы 4-х проводные.

Здесь обсуждаются следующие методы управления вентиляторами:

1. без управления вентилятором
2. управление вкл / выкл
3. линейное (постоянное) управление
4. низкочастотная широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
5. управление высокочастотным вентилятором.

Типы вентиляторов

2-проводный вентилятор имеет клеммы питания и заземления.Трехпроводной вентилятор имеет питание, массу и тахометрический (тахометр) выход, который выдает сигнал с частотой, пропорциональной скорости. У 4-проводного вентилятора есть питание, земля, выход тахометра и вход привода ШИМ. Короче говоря, ШИМ использует относительную ширину импульсов в последовательности двухпозиционных импульсов для регулировки уровня мощности, подаваемой на двигатель.

Двухпроводный вентилятор управляется регулировкой постоянного напряжения или ширины импульса в низкочастотной ШИМ. Однако при наличии всего двух проводов сигнал тахометра не всегда доступен.Это означает, что нет никаких указаний относительно того, насколько быстро вентилятор работает — или действительно, работает ли он вообще. Эта форма управления скоростью является разомкнутой.

3-проводным вентилятором можно управлять с помощью привода того же типа, что и для 2-проводных вентиляторов — регулируемого постоянного тока или низкочастотного ШИМ. Разница между 2-проводными вентиляторами и 3-проводными вентиляторами заключается в наличии обратной связи от вентилятора для регулирования скорости с обратной связью. Сигнал тахометра показывает, работает ли вентилятор и его скорость.

Сигнал тахометра, управляемый напряжением постоянного тока, имеет прямоугольную форму на выходе, очень напоминающую «идеальный тахометр» на Рисунке 1.Он всегда действителен, поскольку на вентилятор постоянно подается питание. Однако при низкочастотной ШИМ тахометр действителен только тогда, когда на вентилятор подается питание, то есть во время фазы включения импульса. Когда привод ШИМ переключается в фазу выключения, внутренняя схема генерации тахометрического сигнала вентилятора также отключается. Поскольку выходной сигнал тахометра обычно исходит от открытого стока, он будет иметь высокий уровень, когда привод ШИМ выключен, как показано на рисунке 1. Таким образом, хотя идеальный тахометр отражает фактическую скорость вентилятора, в действительности привод ШИМ: прерывает выходной сигнал тахометра и может давать ошибочные показания.

Рис. 1. Форма выходного сигнала тахометра в 3-проводных вентиляторах — идеальный вариант и с ШИМ-управлением.

Чтобы быть уверенным в правильности считывания скорости вращения вентилятора при ШИМ-регулировании, необходимо периодически включать вентилятор на достаточно долгое время, чтобы получить полный цикл тахометра. Эта функция реализована в ряде контроллеров вентиляторов Analog Devices, таких как ADM1031 и ADT7460.

В дополнение к сигналам питания, заземления и тахометра 4-проводные вентиляторы имеют вход ШИМ, который используется для управления скоростью вентилятора.Вместо того, чтобы включать и выключать питание всего вентилятора, переключается только питание катушек возбуждения, что делает информацию тахометра доступной постоянно. Включение и выключение катушек создает некоторый коммутационный шум. При работе катушек с частотой более 20 кГц шум перемещается за пределы слышимого диапазона, поэтому типичные сигналы привода вентилятора с ШИМ используют довольно высокую частоту (> 20 кГц). Еще одно преимущество 4-проводных вентиляторов заключается в том, что скорость вращения вентилятора можно регулировать на уровне 10% от полной скорости вентилятора.На рисунке 2 показаны различия между 3-проводными и 4-проводными схемами вентилятора.

Рисунок 2. 3- и 4-проводные вентиляторы.

Управление вентилятором

Нет управления: Самый простой способ управления вентилятором — вообще не использовать его; просто запускайте вентилятор соответствующей мощности на полной скорости 100% времени. Основными преимуществами этого являются гарантированное безотказное охлаждение и очень простой внешний контур. Однако, поскольку вентилятор всегда включен, его срок службы сокращается, и он потребляет постоянное количество энергии, даже если охлаждение не требуется.Кроме того, его непрекращающийся шум может раздражать.

Управление включением / выключением: Следующим простейшим методом управления вентилятором является термостатический или двухпозиционный. Этот метод также очень легко реализовать. Вентилятор включается только тогда, когда необходимо охлаждение, и выключается на остальное время. Пользователь должен установить условия, при которых необходимо охлаждение — обычно, когда температура превышает предварительно установленный порог.

Analog Devices ADM1032 — идеальный датчик для управления включением / выключением вентилятора с использованием заданного значения температуры.В нем есть компаратор, который выдает выходной сигнал THERM — обычно высокий, но переключается на низкий уровень, когда температура превышает программируемый порог. Он автоматически переключается на высокий уровень, когда температура падает на заданное значение ниже предела THERM. Преимущество этого программируемого гистерезиса заключается в том, что вентилятор не включается / выключается постоянно, когда температура приближается к пороговому значению. На рисунке 3 показан пример схемы, использующей ADM1032.

Рисунок 3. Пример схемы включения / выключения.

Недостаток управления включением / выключением в том, что он очень ограничен. Когда вентилятор включается, он сразу же начинает раскручиваться до полной скорости, что вызывает раздражение и слышно. Поскольку люди быстро привыкают к звуку вентилятора, его выключение также очень заметно. (Его можно сравнить с холодильником на вашей кухне. Вы не замечали шума, который он производил, пока он не выключился.) Таким образом, с акустической точки зрения управление включением / выключением далеко не оптимально.

Линейное управление: на следующем уровне управления вентилятором, линейном управлении, напряжение, подаваемое на вентилятор, является переменным.Для более низкой скорости (меньшее охлаждение и более тихая работа) напряжение уменьшается, а для более высокой скорости оно увеличивается. У отношений есть ограничения. Рассмотрим, например, вентилятор на 12 В (максимальное номинальное напряжение). Такому вентилятору для запуска может потребоваться минимум 7 В. Когда он действительно начнет вращаться, он, вероятно, будет вращаться примерно на половину своей полной скорости при подаче напряжения 7 В. Из-за необходимости преодоления инерции напряжение, необходимое для запуска вентилятора, выше, чем напряжение, необходимое для его вращения. Таким образом, когда напряжение, подаваемое на вентилятор, уменьшается, он может вращаться с меньшей скоростью, скажем, до 4 В, после чего он остановится.Эти значения будут отличаться от производителя к производителю, от модели к модели и даже от вентилятора к вентилятору.

ИС линейного управления вентиляторами ADM1028 от Analog Devices имеет программируемый выход и практически все функции, которые могут потребоваться для управления вентиляторами, включая возможность точного взаимодействия с термочувствительным диодом, предусмотренным на микросхемах, таких как микропроцессоры, которые составляют большая часть рассеивания в системе. (Назначение диода — обеспечить быструю индикацию критических температур перехода, избегая всех тепловых задержек, присущих системе.Он позволяет немедленно инициировать охлаждение при повышении температуры кристалла.) Чтобы поддерживать потребляемую мощность ADM1028 на минимальном уровне, он работает при напряжении питания от 3,0 В до 5,5 В с выходным сигналом полной шкалы +2,5 В. .

Вентиляторы

на 5 В позволяют регулировать скорость только в ограниченном диапазоне, поскольку их пусковое напряжение близко к уровню 5 В на полной скорости. Но ADM1028 можно использовать с 12-вольтовыми вентиляторами, используя простой повышающий усилитель со схемой, подобной показанной на рисунке 4.

Рис. 4. Схема повышения напряжения для привода вентилятора 12 В с использованием выходного сигнала ЦАП ADM1028 с линейным управлением вентилятором.

Основным преимуществом линейного управления является его бесшумность. Однако, как мы уже отметили, диапазон регулирования скорости ограничен. Например, вентилятор на 12 В с диапазоном управляющих напряжений от 7 В до 12 В может работать на половинной скорости при 7 В. Еще хуже обстоит дело с вентилятором на 5 В. Обычно для запуска 5-вольтовых вентиляторов требуется 3,5 В или 4 В, но при этом напряжении они будут работать почти на полной скорости с очень ограниченным диапазоном регулирования скорости.Но работа при 12 В с использованием схем, подобных показанной на рисунке 4, далека от оптимума с точки зрения эффективности. Это связано с тем, что повышающий транзистор рассеивает относительно большое количество энергии (когда вентилятор работает при 8 В, падение 4 В на транзисторе не очень эффективно). Требуемая внешняя цепь также относительно дорога.

ШИМ-управление. В настоящее время наиболее распространенным методом управления скоростью вращения вентиляторов в ПК является низкочастотное ШИМ-управление. При таком подходе напряжение, подаваемое на вентилятор, всегда либо нулевое, либо полное, что позволяет избежать проблем, возникающих при линейном управлении при более низких напряжениях.На рисунке 5 показана типичная схема управления, используемая с выходом ШИМ от терморегулятора ADT7460.

Рисунок 5. Схема низкочастотного ШИМ-привода вентилятора.

Основным преимуществом этого метода привода является то, что он простой, недорогой и очень эффективный, поскольку вентилятор либо полностью включен, либо полностью выключен.

Недостатком является то, что информация о тахометре прерывается управляющим сигналом ШИМ, поскольку питание не всегда подается на вентилятор. Информация о тахометре может быть получена с помощью метода, называемого растягиванием импульсов — включение вентилятора на время, достаточное для сбора информации о тахометре (с возможным увеличением слышимого шума).На рис. 6 показан случай растяжения импульса.

Рисунок 6. Растяжение импульса для сбора тахометрической информации.

Еще один недостаток низкочастотной ШИМ — коммутационные шумы. При постоянном включении и выключении фанкойлов может присутствовать слышимый шум. Чтобы справиться с этим шумом, новейшие контроллеры вентиляторов Analog Devices предназначены для работы вентилятора с частотой 22,5 кГц, которая находится за пределами слышимого диапазона. Схема внешнего управления проще с высокочастотной ШИМ, но ее можно использовать только с 4-проводными вентиляторами.Хотя эти вентиляторы появились на рынке относительно недавно, они быстро становятся все более популярными. На рисунке 7 изображена схема, используемая для высокочастотной ШИМ.

Рисунок 7. Схема управления вентилятором с высокочастотной ШИМ.

Сигнал ШИМ напрямую управляет вентилятором; приводной полевой транзистор встроен в вентилятор. Уменьшая количество внешних компонентов, этот подход значительно упрощает внешнюю схему. Поскольку управляющий сигнал ШИМ подается непосредственно на катушки вентилятора, электроника вентилятора всегда включена, а сигнал тахометра всегда доступен.Это устраняет необходимость в растягивании импульсов и создаваемых им шумах. Коммутационный шум также устраняется или значительно снижается, поскольку катушки переключаются с частотой за пределами слышимого диапазона.

Резюме

С точки зрения акустического шума, надежности и энергоэффективности наиболее предпочтительным методом управления вентилятором является использование высокочастотного (> 20 кГц) ШИМ-привода.

Помимо устранения необходимости зашумленного растяжения импульсов и коммутационного шума, связанного с низкочастотной ШИМ, он имеет гораздо более широкий диапазон управления, чем линейное управление.При использовании высокочастотной ШИМ вентилятор может работать со скоростью до 10% от полной скорости, в то время как тот же вентилятор может работать только с минимальной скоростью 50% от полной скорости при линейном управлении. Он более энергоэффективен, потому что вентилятор всегда либо полностью включен, либо полностью выключен. (Когда полевой транзистор либо выключен, либо находится в режиме насыщения, его рассеивание очень мало, что устраняет значительные потери в транзисторе в линейном случае.) Это тише, чем при постоянном включении или включении / выключении, поскольку вентилятор может работать на более низких скоростях. — это можно постепенно менять.Наконец, более медленная работа вентилятора также увеличивает срок его службы, повышая надежность системы.