Zrozumienie obwodów elektronicznych

Jeśli interesujesz się elektroniką, prawdopodobnie zastanawiasz się, jak działają obwody elektroniczne. Zasadniczo jest to element każdego urządzenia elektronicznego, o którym możesz pomyśleć. Bez obwodów prąd elektryczny nie ma możliwości przepływu przez poszczególne części elektroniczne różnych urządzeń.

Obwód elektroniczny zazwyczaj składa się z różnych części elektronicznych, takich jak rezystory, tranzystory i kondensatory. Połączenie między tymi poszczególnymi elementami jest tworzone za pomocą przewodów lub ścieżek, które umożliwiają przepływ prądu. Działanie obwodu może być proste lub złożone, w zależności od kombinacji różnych elementów.

Obecnie obwody są zwykle widoczne na płytkach drukowanych, gdzie różne elementy obrysu są połączone przez lutowanie części do płytki w celu utworzenia produktu końcowego.

Elementy obwodu

Jak wspomniano, obwód elektroniczny zazwyczaj składa się z różnych części elektronicznych, takich jak rezystory, tranzystory i kondensatory.

Rezystory

Rezystory są podstawowymi elementami w obwodach elektronicznych. Są to elementy pasywne, które wprowadzają opór do obwodu elektrycznego, aby kontrolować przepływ prądu elektrycznego. Jednostką oporu jest om (Ω).

Istnieją różne typy rezystorów, ale wszystkie mają tę samą podstawową funkcję – kontrolowanie przepływu prądu. Wartość rezystora jest zwykle oznaczona na jego korpusie za pomocą systemu kodów kolorystycznych.

Rezystory mogą być używane do różnych celów w obwodach. Na przykład, mogą być używane do regulacji poziomów sygnałów, dzielenia napięć i ustawiania wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego. Odgrywają również kluczową rolę w obwodach, które obejmują operacje zależne od czasu, takie jak filtry i oscylatory.

Kondensatory

Kondensatory to kolejny typ elementu pasywnego używanego w obwodach elektronicznych. Przechowują i uwalniają energię elektryczną w obwodzie. Jednostką pojemności jest farad (F), ale większość kondensatorów używanych w elektronice ma wartości pojemności w zakresie mikrofaradów (µF), nanofaradów (nF) lub pikofaradów (pF).

Kondensator składa się z dwóch przewodzących płytek oddzielonych materiałem izolacyjnym zwanym dielektrykiem. Kiedy napięcie jest przykładane do płytek, w dielektryku powstaje pole elektryczne, powodując gromadzenie się ładunków dodatnich i ujemnych na płytkach. Ten zmagazynowany ładunek może być następnie uwolniony z powrotem do obwodu, gdy jest potrzebny.

Kondensatory są powszechnie używane w aplikacjach filtrujących, gdzie usuwają szumy z zasilaczy. Są również używane w obwodach czasowych, analogowych korektorach i wielu innych aplikacjach.

Tranzystory

Tranzystory są elementami aktywnymi, które mogą wzmacniać sygnały lub działać jako przełączniki. Są podstawowymi elementami składowymi nowoczesnych urządzeń elektronicznych. Tranzystor ma trzy warstwy materiału półprzewodnikowego i może mieć dwie warstwy typu n z warstwą typu p między nimi (tranzystor npn) lub dwie warstwy typu p z warstwą typu n między nimi (tranzystor pnp).

Trzy warstwy tworzą dwa złącza pn w tranzystorze i to interakcja między tymi złączami pozwala tranzystorowi działać jako wzmacniacz lub przełącznik. Trzy części tranzystora nazywane są emiterem, bazą i kolektorem.

Tranzystory mogą być używane w szerokiej gamie obwodów i urządzeń, w tym we wzmacniaczach, oscylatorach i przełącznikach cyfrowych. Są krytycznymi elementami zarówno w obwodach analogowych, jak i cyfrowych.

Rodzaje obwodów

Obwody można podzielić na trzy formy: obwód analogowy, obwód cyfrowy i obwód mieszany.

Obwody analogowe

Jest to rodzaj obwodu, który wykorzystuje energię w jej pierwotnej formie. Najlepiej to odzwierciedlają schematy obwodów elektronicznych, gdzie połączenia między częściami są reprezentowane przez symbole (gdzie przewody pojawiają się jako linie, a różne elementy elektroniczne odpowiadają konkretnemu emblematowi).

W przypadku obwodów analogowych istnieją dwie podstawowe konstrukcje: obwód równoległy i obwód szeregowy.

• W połączeniu równoległym każdy pojedynczy element elektroniczny jest podłączony do tego samego źródła energii. Prąd przepływający przez poszczególne elementy obwodu jest dzielony między elementy zgodnie z ich szczególnym oporem.
• W obwodzie szeregowym poszczególne elementy są połączone ze sobą w taki sposób, że prąd używany przez jeden element jest używany przez wszystkie pozostałe. W tym połączeniu awaria jednego z elementów spowoduje nieprawidłowe działanie całości.

Obwody cyfrowe

W tego typu połączeniu energia jest przetwarzana jako próbka. Oznacza to, że sygnały są odbierane przez urządzenie jako reprezentacja logicznych i numerycznych odpowiedników. Informacje w tym przypadku są przetwarzane i przybierają formę kodu binarnego. Obwody cyfrowe są znacznie łatwiejsze do zaprojektowania niż analogowe.

Obwody mieszane

Jest to forma obwodu, która wykorzystuje zarówno obwody analogowe, jak i cyfrowe w swojej funkcji. Wykorzystuje mieszankę obu sygnałów w celu osiągnięcia swojej różnej użyteczności. W większości urządzeń obwody analogowe są używane do wzmacniania sygnałów, co przygotowuje je do konwersji na kody cyfrowe.

Schematy obwodów

Schematy obwodów z drugiej strony zapewniają mapę przepływu elektrycznego. Jest to sposób, dzięki któremu możesz zorientować się, jak prąd podąża za sukcesją w urządzeniu elektronicznym, umożliwiając wizualizację jego działania.

Głównym powodem tworzenia tej reprezentacji jest przedstawienie zarysu komponentów elektrycznych, a także przewodów i ścieżek, które je łączą. Schemat ideowy umożliwia wygodną naprawę jednostki elektronicznej. Daje również wystarczająco dużo czasu na rozwiązywanie problemów z instrumentem w przekonująco szybszym tempie, jeśli wiesz, co robisz.

Obwody w Twoim życiu codziennym

Układy elektroniczne są częścią Twojego codziennego życia. Możesz nie zdawać sobie z tego sprawy przez cały czas, ale istnieje wiele instrumentów, które wymagają użycia tych połączeń, zanim będziesz mógł z nich korzystać. W pewnym sensie doświadczasz dużej wygody w życiu dzięki niezawodnym obwodom obecnym w różnych urządzeniach, których używasz każdego dnia.

Wyobraź sobie swoje życie bez obwodów, a na pewno zdasz sobie sprawę, jak ważne są one dla Ciebie. Bez tych połączeń elektrycznych życie byłoby nieco bardziej skomplikowane i zacofane. Zrozumienie elektroniki może nie być Twoją mocną stroną, ale wiedza o tym, jak obwody przyczyniają się do ich zdolności do działania, z pewnością zaspokaja Twoją ciekawość i daje lepsze zrozumienie, jak działają instrumenty elektroniczne.

Przyszłość obwodów elektronicznych

Wraz z postępem technologii układy elektroniczne stają się coraz mniejsze i bardziej złożone. Doprowadziło to do rozwoju układów scalonych, które zawierają tysiące, a nawet miliony tranzystorów na jednym chipie. Postępy te umożliwiły tworzenie bardziej wydajnych i efektywnych urządzeń elektronicznych.

W przyszłości możemy spodziewać się jeszcze większych postępów w technologii obwodów elektronicznych. Może to obejmować rozwój obwodów kwantowych, które mogłyby zrewolucjonizować dziedzinę elektroniki i doprowadzić do stworzenia niezwykle potężnych komputerów kwantowych.

Wnioski

Zrozumienie obwodów elektronicznych jest niezbędne dla każdego, kto interesuje się elektroniką. Niezależnie od tego, czy jesteś hobbystą, który chce zbudować własne urządzenia, czy profesjonalnym inżynierem, solidne zrozumienie działania obwodów pozwoli Ci tworzyć bardziej efektywne i wydajne urządzenia elektroniczne. Następnym razem, gdy użyjesz urządzenia elektronicznego, poświęć chwilę, aby docenić złożoną sieć obwodów, które umożliwiają jego działanie.