Основы электроники: виды электронных устройств и правила технической эксплуатации электроустановок

Электроника – сложная, но очень полезная наука. К тому же она перспективна, несмотря на большое количество уже созданных изобретений. Но прежде чем действовать, необходимо понимать, что собой представляет электротехника с основами электроники. Нами они будут рассмотрены на примере используемых устройств.

Работа на переменном токе

В качестве примера будет рассмотрен двигатель. Электротехника и основы электроники в данном случае базируются на двух основных частях: неподвижной и выражающейся. Под первой понимают индуктор, а под второй – якорь с барабанной обмоткой. Важным в данном случае является наличие ряда условий. Так, индуктор должен иметь цилиндрическую форму и изготавливаться из ферромагнитного сплава. Также нужны полюса с обмоткой возбуждения, которые закрепляются на станине. Обмоткой же создается основной магнитный поток. Научиться рассчитывать необходимые значения поможет задачник по общей электротехнике с основами электроники. Кроме указанного способа, магнитный поток может быть создан постоянными магнитами, которые крепятся на станине. Под якорем понимаются сердечник, обмотка и коллектор. Первый собирают из изолированных листов электротехнической стали.

Аналоговые устройства

Продолжаем познавать основы электроники и рассмотрим виды устройств уже по принципу их работы. Главная особенность аналоговых устройств – непрерывное изменение получаемого сигнала в соответствии с описываемым физическим процессом. Математически его можно выразить как непрерывную функцию, где есть неограниченное число значений в разные моменты времени. На этот случай можно привести такой пример: меняется температура воздуха, и соответствующим образом трансформируется аналоговый сигнал. Что выражается в виде перепада напряжения (хотя существует и много других способов обозначить это, например изменение маятником его положения). Аналоговые устройства являются простыми, надежными и обладают высоким быстродействием. Это обеспечивает их широкое применение. Правда, сказать, что они могут похвастаться особенной точностью обработки сигнала – нельзя. Также аналоговые устройства не обладают высокой помехоустойчивостью. Они сильно зависят от различных внешних факторов (физическое старение, температура, внешние поля). Также им часто вменяют в вину искажение передачи сигнала и низкую эффективность.

Цифровые устройства

Они нацелены на работы с дискретными сигналами. Как правило, он состоит из определённой последовательности импульсов, которые могут принимать только два значения – «истина» или «ложь». Каждому, кто знает основы электроники, известно и о том, что реализовать их можно на разных элементных базах. Так, у человека есть возможность выбора среди транзисторов, оптоэлектронных элементов, электромагнитных реле, микросхем. То есть разнообразие присутствует, и оно довольно обширно. Как правило, собираются схемы из логических элементов. Для связи используются триггеры и счетчики (но не всегда). Нечто подобное можно увидеть в робототехнике, системах автоматизации, измерительных приборах, радио- и телекоммуникациях. Важным преимуществом цифровых устройств является их устойчивость к помехам, легкость обработки и записывания данных. Также они могут передавать информацию с такими малыми искажениями, что их можно проигнорировать. Поэтому цифровые устройства и считаются более предпочтительными, нежели аналоговые.

Полупроводниковые приборы

Они благодаря своему разнообразию и свойствам стали самостоятельной областью электроники. Основы этого были заложены ещё очень давно, когда начали применяться кристаллические детекторы. Они являлись полупроводниковыми выпрямителями, рассчитанными на работу токов высокой частоты. Первоначально использовались приспособления на основе окиси меди или селена. Правда, как оказалось, они значительно менее пригодны для работы, нежели те приборы, которые сделаны на основе кремния.

Первыми успешными наработками в данной области смог похвастаться О. В. Лосев – сотрудник Нижегородской радиолаборатории, который ещё в 1922 году создал устройство, где благодаря генерации собственных колебаний значительно улучшались принимаемые сигналы. Но эти наработки, увы, не получили должного развития. И сейчас в мире используются полупроводниковые триоды (они же транзисторы), которые сообща разработали Браттейн, Шокли и Бардин, а на них сейчас строится современная электроника. Основы работы с ними хотя и сложны, но необходимы для любого, кто хочет изучать и практиковаться в этой области.

Микроэлектроника

В своём роде – это квинтэссенция электроники, где информационные свойства достигают максимальных значений. Здесь плотность потоков данных на одну единицу веса кратно превосходит подобное в других частях этой науки. Но задача микроэлектроники – обработка информации. При этом используются только две цифры: логическая единица и нуль. Но практическая работа в этой области является весьма затруднительной – ведь для неё требуется ряд условий, которые сложно (практически невозможно) обеспечить дома. Среди них идеальная чистота, высокая точность работы и применение сложной техники.

Математическое обоснование

Для техники используется алгебра логики. Её изобрел Джордж Буль. Поэтому её ещё иногда называют булевой алгеброй. В практических целях она впервые была применена американским ученым Клодом Шенноном в 1938 году, когда исследовались электрические цепи с контактными выключателями. Когда используется булева алгебра (называемая также логикой), то все рассматриваемые утверждения могут пребывать только в двух значениях: «истина» или «ложь». Поодиночке они не сложны. Но простые утверждения могут образовывать многокомпонентные благодаря объединению с помощью логических операций. Если их ещё и обозначить чем-то (например, буквами), то с использованием законов алгебры логики можно описать любые, даже самые сложные цифровые схемы.

Конечно, чтобы знать основы электроники, в нюансы теории вникать не нужно. Достаточно примитивного понимания этого направления. Так, рассмотрим следующий пример. У нас имеются светодиод, переключатель и источник питания. Когда световой элемент горит – то мы говорим «истина». Светодиод не активен – значит «ложь». Вот из построения большого количества таких решений и состоят компьютеры.

Заключение

Общая электротехника с основами электроники поможет понять процессы, происходящие в этой области. Также не будут лишними знания о безопасной технической эксплуатации устройств. Необходимо работать в специально подготовленном для данной деятельности месте. Также следует позаботится о том, чтобы исключить возможность получения электротравмы. Для этого можно использовать резиновые перчатки (когда работа ведётся с оголенными проводами) и иные средства защиты. Полезным на практике будет использование респиратора или аналогичного устройства при пайке.