附录
附录C:电力和电子基础电子音乐家
以下部分是一个简化的解释电的性质和测量标准,适用于合成声音,音频工作室原则和实践。讨论重点目前电力,这是通常的工作室(除了一些恼人的持久性有机污染物造成的静电,当你触摸你的齿轮在一个干燥的冬天的一天)。
下面的表常见的电子元件和线路图,并简要解释它们是如何工作的。电子音乐家可能希望设计自己的物理接口,机器人技术,或视觉显示使用各项工具和硬件。一个非常常见的一种可编程处理器板或这套为这是Arduino家庭的设备,大量的教程和视频关于如何设计自己的设备可以交互式地Max等项目,超级对撞机,Kyma,易宝住。一家名为Sparkfun不仅出售这些齿轮和必要的组件,但也有广泛的教程就如何使用和理解他们。
链接的许多更广泛的教程和供应商将提供在页面的底部。
电
电力可以被定义为电荷的流动通过问题。一个原子(-)会带负电荷的电子,带正电的质子(+),和不带电的中子(我们不关心目前)。一个质子携带电子的相等和相反的电荷。如果一个原子有相同数量的电子和质子,它是电中性的。然而,如果它比电子,质子是带正电的,如果它有比质子,电子带负电,所示的。
带电粒子施加一个力在所谓的一个空间电场。同种电荷(- / -或+ / +)相互排斥,与指控(- / +)吸引。这就是所谓的静电力,所描述的Coulumb定律。
在一个电流通过导电材料,如铜,轻易放弃它的外层电子,带负电荷的电子从原子的外层(-)价电子层拉向或推动铜原子的原子。也有松散的或自由电子只是闲逛,跳跃随机原子间彼此,直到电子力。电子被称为航空公司收费。当一个多余的电子跳跃到一个铜原子,其斥力使另一个电子被释放,跳下来,最终连接到附近的一个原子,等等,建立一个电流或电流。自由电子就像类似的,不是互相碰撞,但排斥其他电子通过像电荷静电的力量。自由电子也可以吸引或拉的缺电子原子带正电,简单地证明了下面的视频。这些电荷载体的有力的运动创造了一个电磁场在导体。
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作为声波的空气分子,单个电子别动很远,但传达他们的精力到下一个原子,他们击退附加或其他免费件电器。很快,目前整体移动的能量传递电荷,电荷,单个电子的速度被称为它的移动漂移速度,这可能非常缓慢。例如在12铜线10安培直流电流,电子移动每小时只有一英寸多一点。
在一个电路,这是一个循环设计携带和使用电流,电子的流动资金在一个方向或另一个(直流电或直流)或它们之间交替(交流电或交流),出于潜在指控的微分电路的开始和结束。交流电流,电子,不断地转换方向几乎没有移动远离他们的起源。
一个很好的问题,电朝什么方向?不幸的是,有一个不到优秀的答案。本杰明·富兰克林,他可能已经创造了条件积极的和负在静态和电流电流从正到负的断定。所以对于一个导线连接到电池的两极,他的想法是,电荷将从正极移动到负极。最近,当前的概念是由积极的方向测试费用(概念上的电荷与无穷小正电荷)和哪个方向可能会朝着一个电场,答案仍然是从正到负。所以正到负流传统的电流。传统电流电气工程师和其他人如何设计电子电路。然而,正如我们以上所见,带负电荷的电子转向电子领域赤字或漏洞,比如带正电,electron-deprived铜原子。所以电子流动作电流相反的传统,从消极到积极的。图。
重要电力测量
本节将重点关注四个关键特点的电力:
电压,以伏
当前的,以安培(或只是安培)
阻力,以欧姆
权力,以美国瓦茨
电压(V),意大利物理学家和化学家的名字命名的伏打,是一个潜在的能量微分或电荷测量两点之间的电路。从技术上讲,volt的定义是两点之间的电位差的数量将传授焦耳每库仑通过它的电荷。从技术上讲,它是势能差两点之间的导体时,电流一个amp传授一个瓦特。是传统的(虽然不完全)说明了一箱水,或在我们的例子中球体,软管或其他管道底部。看看下面的视频例子,球体的数量代表的数量负责的下行压力,重力球反应代表的数量电压,代表当前的数量或流动安培,任何缩小阻止或减缓球体代表的流动阻力欧姆。
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在上面的视频演示中,容器的左边红色球体开始的电荷量高于右边的容器与蓝色的球体。视频中,初始压力施加在管道的结束,代表电压大于初始高电荷的容器和他们用更大的力量和更多的移动。当球体开始耗尽,这意味着有更少的费用差距容器和地面,结束时的压力管道开始下降。这是不同于你的电池能量耗尽两极之间的微分与使用滴。
安培(安培安培数)法国物理学家和数学家命名Andre-Marie安培在方程的代表,是传统的这封信我。这是一个衡量当前的流经导体或电荷的数量单位的时间。从技术上讲,1安培定义为6.241 * 1018电子(1 coloumb)的定义,通过一个点在一个电路每秒。然而,非技术,使用上面的视频,可以推测,最初的电荷通过两个渠道是不同的。红色的球体,初始电压越高,通过以更高的速度比蓝色的球体,所以会说代表更高的安培数。因为这两个渠道有完全相同的缩小,代表平等的阻力,很明显,伏带来更大的压力更大数量的电流安培。在其他条件保持不变的情况下,压力越大,电流越大。
欧姆(R或Ω)德国物理学家命名/数学家Georg欧姆电阻的测量。所有材料携带电流将阻碍其流在某种程度上与超导体的可能是个例外。这种阻力通常将一些电能转换成热能,时我相信你经历了触摸温暖的线或墙壁变压器或烤面包机。电路元件专门设计用于减少当前non-surprisingly被称为电阻,减少他们的数量提供指定在欧姆,其次是ω(Ω)的象征,虽然仍明显“欧姆”。
应该注意的是,即使进行电线本身有一定程度的抵抗,一些超过其他国家——距离他们跨度越大,总电阻越大。
欧姆是定义为所需的电阻来限制一个伏在电路两点之间产生一个音箱。
上图说明了类比,再次使用领域,鉴于等量的压力(电压),更多的阻力,说明了右边的容器的大缩小,导致减少电流(安培数)。因此少球或一个较小的电荷量流动。
欧姆定律
最著名的方程用于电气研究欧姆定律在1827年出版的欧姆。它描述了电压之间的关系,电流和电阻。因为一个欧姆定义所需的电阻来限制一个伏在电路两点之间产生一个音箱,这允许我们使用欧姆定律伏特(V)之间的关系,计算电流安培(I)和欧姆电阻(R)直流电(DC)在一个恒定的温度如下:
| 伏的电位差 |
安培的电流 | 欧姆的电阻 |
||
 |
或 |  |
或 |  |
伏的电位差
安培的电流
欧姆的电阻
使用上述1欧姆的定义,这意味着:
或
因此,如果我们有一个电路由1 v 1Ω阻力,我们预期1 a的电流。然而,如果我们阻力增加了一倍,使用= 1 v / 2Ω,我们将得到0.5,或当前的一半;倍增电阻部分电流,如果电压保持不变。
交流电(AC)电路呢?毕竟,这就是权力的房子,和电子音乐家可能运行他们交流音频信号通过模拟混合板投篮,可变电阻的一个来源。由于电流的上升和下降,目前存在一个额外的障碍除了电阻,称为电抗。电阻和电抗阻抗,通常是给了这封信Z在公式和规范。交流电路,Z可能代替R在上面的欧姆定律公式。举个例子,Z = V / I和V =我* Z。电路的阻抗仍然由Ω的象征。
欧姆定律并分解在某些情况下,比如超导体的零电阻,它可能意味着无限的电压为零电流。但也有一种更常见的“非欧姆电子元件,如LED和二极管,从而诱导非线性电压降,需要不同的计算。但在大多数情况下,欧姆定律是非常有用的电路设计和评价计算。
美国瓦茨(W)蒸汽机先驱詹姆斯·瓦特命名的,是一个测量的电力。作为本文的声学部分所讨论的,是力量率在能源生产或转移。从技术上讲,瓦特被定义为一个焦耳每秒的测量(J / s)。但一个更有用的等效为我们将功率(P)电路,以瓦,相当于其电压x安培,或者:
这是一个实际的例子。如果你住在一所房子或公寓里一个~ 120伏交流电路的国家,你会发现断路器盒,你可能会看到断路器列为15或20安培的电流。使用上面的公式W = V *120伏,15安培电路应该能够处理1800瓦的设备或设备运行一次(电吹风、烤面包机等),但20安培电路应该处理2400瓦的电。如果你同时使用功率利用电路相结合,在断路器应该旅行在你破坏连接或设置你的房子着火了。
欧姆定律+功率计算器
检查两个你想输入值来计算
谢谢你！罗伯特·罗Giacco计算器的代码。
力量评级在瓦茨和欧姆
通常在电子规格,如电阻器或扬声器,你会看到功率等级(或权力处理评级),列出的瓦为电阻或阻抗。例如,一个扬声器,电效率低下,可能它的一个列表电源处理评级能够持续处理1000 w 8Ω负载阻抗(从扬声器AC处理音频信号,他们通常使用一个指定1 khz正弦波),这是音圈前的热限制可能产生太多的热量炸薯条和引线封装的磁铁。大多数小电阻,如上图所示,可以处理的1/8到1/2瓦(一个彩色的乐队)。但更大的功率电阻可以处理更大的功率,如以下示例所示,电阻器的评级是显示在瓦和欧姆。
计算功率和电阻,欧姆定律的替代条款给我们:
| 通过与伏特电力 |
通过功率电流(安培) | 由伏特 |
||
 |
或 |  |
或 |  |
通过与伏特电力
通过功率电流(安培)
由伏特
使用上面的公式中,扬声器的额定功率1000 w峰值成一个8Ω负载可以处理大约90伏交流最大的安全,所以90 v =平方根(1000 w * 8Ω)。上图中的25 w 3Ω电阻器可以处理最多14.1 v。
常见的电子组件和它们的功能
| 下表列出了一些最常见的电子元件,连同他们的原理图符号和形象代表,他们功能的简要描述。 | |||
| 组件 | 图像 | 示意图 象征 |
描述 |
|---|---|---|---|
| 电阻器(a) 可变电阻器(b) 电位计(c) |
 |
 |
电阻,正如上面提到的,在电路中使用减少电流、电压和功率,将输入的电能转换成热能。他们有几个设计,大多数组成的螺旋螺旋低效的导电材料如碳膜或粉,或细导线密绕在绝缘的核心。低功率电阻、处理½瓦特或更少,涂布在塑料绝缘体,欧姆电阻是由一系列的表示彩色的乐队(单击查看图表)。有些也有一个乐队表明他们可能电阻偏差/公差规范。一类电阻称为变量,可变电阻和电位计能够改变他们的阻力通过身体动作,如收音机音量旋钮,或混合板通道的投篮。一些特殊的电阻的特殊使用电子音乐家制作自己的数据驱动设备photo-resistors和应变guages改变他们的阻力与光或生理弯曲。下面的电路的讨论将描述如何连接电阻并联或系列使得合并后的不同电路的总电阻。在欧姆电阻测量(Ω)。 |
| 电容器 |  |
 |
电容器存储一个电场电荷在两个导电板通常由绝缘介电材料或真空中。盘子时收取的电子微分应用在电路,形成一个对立的积极或消极的电荷在每个盘子,电容器可以快速放电电荷当前应该停止或下降。通过这种方式,它可以用来光滑不稳定电源的电流(像电脑的缓冲),也可以突然提供即时功率的启动设备。电容器提供许多其他功能,如屏蔽直流电流,同时允许交流电流通过或维护一个(1)或(0)国家在计算机DRAM内存。可变电容器可以使用调优循环回路,比如那些用在音频振荡器,过滤器,闪烁的灯光和广播调谐器和这些组件通常有多个交叉板(见图片),可以调整旋钮。电容器以前称为冷凝器,冷凝器的术语仍然剩下麦克风。电容测量的法拉(F)。 |
| 二极管 发光二极管(LED) |
 |
 二极管 领导 |
二极管是内联电子元件,像电流的单行道。在电路在大多数情况下,二极管通过电流在一个方向上(方向狭窄的粉刷或示意图箭头从阳极到阴极)而不是另一个。因为他们巨大的实用性,二极管,主要的半导体硅,出现在几乎所有复杂的电子电路。他们是用来交流电压转换成直流电压通过4-diode菱形桥式整流器电路。他们也可以用于计算机逻辑电路等等。如前所述在讨论电路的总电阻的值时,二极管传授一个小电压降,或一个小电阻,电流的方向旅行——数量的下降是依赖于温度,虽然非线性,所以他们可以用于温度传感。有一个小的阈值电压要求在二极管开始前通过任何电流。二极管应该提供无限的阻力对直通当前旅游方向发展。然而,如果电压超过一定水平称为击穿电压,二极管将它传递“错误”的方向几乎没有阻力,这在某些情况下也很有用。二极管是指定的许多特点,但重要的是他们的正向电压降和反向theshold breadown电压。 发光二极管、LED现在常见的使用,包括家庭照明。像上面的普通二极管中,他们通过电流一个方向。但除此之外,他们发出的光子在不同的颜色和强度。在工作室,LED可以用于确认的开/关状态设备或自制的数据驱动接口电路设计的性能和故障排除。瞬动光让他们有用水平指标混合董事会。和红外发射不可见光的能力使他们完美的远程控制,原来的应用之一。 |
| 变压器 |  |
 |
变压器是用来做名称所暗示的,变换电能。它们用于从降低电压的电力从成千上万伏交流电,有效地将电力从发电厂通过你的邻居高压输电线家庭当前(110 - 220 v AC)你现在正在使用。或“普通”变压器你可能有很多的充电手机或小型电子设备供电。如果你读普通的标签,它会告诉你这是减少家庭电压120 V至12 V,可能随着安培数的变化。变压器通常用于与其他电路部分不仅降低电压,但要把它转换成低功率DC使用在大多数电子设备,通过一个开关电路普通可能做的事。变形金刚是电脑电源的重要组成部分。它们无所不在地用于音频电路阻抗匹配的麦克风,安培和喇叭,为平衡线,隔离电路和更多。 如果你看原理图符号在左边,你可以看到一个变压器有三个主要组件。初级线圈的导线(称为绕组)原电力应用,二次线圈(不以任何方式电连接到初级线圈),和一个核心,这可能是也可能不是由固态铁或特殊的叠层钢。目前应用于初级线圈时,它创建一个电磁场这是有效地针对次级线圈的电磁性质的核心。然后针对次级线圈的输出电路或设备的一个愿望。所以通过感应或电动势磁场,次级线圈中设置了一个类似的电流。如果两个线圈有相同数量的绕组,二次线圈的感应电压的数量将接近初级线圈(在音频,这些是作为隔离变压器因为线圈之间没有直接的联系)。然而,最常用的变压器的目的是变换电压,通过有不同数量的次级线圈的绕组。如果次级线圈更多的比初级线圈绕组的电压输出将增加,被称为升压变压器。如果次级线圈的绕组都更少,那么电压会降低,称为降压变压器。的公式计算理想变压器的输出电压(即一个没有电流损失)Vs = * Ns /副总裁Np和次级电压,副总裁是主要的电压,Ns是二次绕组的数量,Np是主绕组的数量。因此减少120 v至12 v,绕组的变压器需要10倍比次级线圈的初级线圈。一般来说,功率(瓦特)保持不变,所以没有其他因素,对功率高于P =使用欧姆定律V *我,如果降低电压,增加电流(安培数)和签证。 你可以看到有很多电线的变形金刚,甚至提供不同电压和阶段。这是因为除了或地方的电压只有从次级线圈的两端,额外的水龙头可以添加,电流在线圈从中间或其他地方,有各种各样的电压取决于他们的立场。一个中心抽头变压器的次级线圈的电压从两侧和中间的线连接到它。如果120 v交流电应用于变压器,每一半的次级线圈会产生60 v交流,用一个180°的两阶段。这个变压器设计实际上是用于创建平衡线在音频设备(如搅拌机。最后,许多变压器有超过一个次级线圈放置在主要的时间越长。 |
| 晶体管 |   |
 |
晶体管是一种半导体用于放大或开关电子或数字信号,或控制权力交接。其属性使其行为类似于二极管和可变电阻。在贝尔实验室发明于1947年,它几乎已经完全取代真空管提供相同的功能(不满的一些古董音频设备爱好者声称这不是一样缺乏温暖的管变形的品质)。然而与真空管,主要是硅、锗材料偶尔产生热量的一小部分,有一个更长的寿命和忍受更大的身体,虽然没有电,虐待。也小得多的规模,从改变游戏规则场效应晶体管设计于1963年发明的。计算机集成电路芯片组件,比如内存、cpu或gpu可能有数十亿或数以万亿计的晶体管在单个芯片上。例如,2022年,苹果的M1超“SoC或系统级芯片”包含1140亿个晶体管,1.35亿年密度每平方毫米。 像三极管真空管的早些时候,一个小电流控制“偏见”,如低压音频信号被传递到一个正常的三个导致控制或调节多少更高的电压源可以通过晶体管通过改变硅衬底的导电率。这提供了一个线性放大功能,晶体管的高功率输出模拟低功率信号输入的形状。类似于操作一个水龙头,一个小的调整水龙头阀旋钮控制水流的强度从供给线洗手池(为什么英国称为真空管“阀门”)。 晶体管也可以作为开关用于高压开关电源,转换音频放大器,或低电压计算机逻辑门。有两个最常见的类型的晶体管,尽管有许多变化。一个被称为双极结型晶体管(是)原理图设计(图左),包含一个基地,收集器和发射器。另一个叫场效应晶体管(FET)设计(图右)门,源和排水。场效应晶体管使用电子或电子(称为的赤字电子空穴门),电荷载体,决定了相反的单极电荷可以流从源到排水在大多数情况下(遵循场效应晶体管的链接方式更彻底的解释)。是,一个更小的电流应用于基础将决定多少电流可以在更高的电压和流动相反极性发射极和集电极终端。一个小电流阈值是必需的,通常在5 -。7 v,晶体管的开始通过任何更高的电流。到目前为止最大量的晶体管(如99%)的金属氧化物半导体场效应(MOSFET)类型,融入大量的为两个模拟和数字集成电路组件使用如上所述。 两个晶体管类型分类为NPN型(negative-positive-negative)或PNP型(positive-negative-positive),基础偏极性被中间的。这是通过有三个“条纹”添加材料的硅给条纹消极或积极的(电子空穴),两个的费用,另一个。场效应管可能被称为第四连接底物充当地面一层的材料和通常用于晶体管“打开”。高压mosfet,像一幅图,经常有个洞,所以他们可能会拧到散热器散热之前损坏芯片。 |
| 印刷电路板 |  |
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大多数电子设备利用一个或多个印刷电路板或印刷电路板的组织和连接他们的电器元件。的主板的电脑或手机你阅读这是PCB。早期电气设备简单hand-wired或焊接组件,和后来金属电底盘、管道和其他组件坐在套接字或绝缘体上,和所有其他组件hand-wired下面,金属提供一个共同点(希望)。通过1940年代和50年代,发展导致实际绘画或印刷金属电路连接到绝缘基板,这变成了今天的现代PCB板。今天需要额外的组件之间hand-wiring很少电路。 PCB的开始生活的晶片薄铜表面与玻璃纤维或其他导电材料。一些董事会是双面的,有双方的铜。和一些更现代的董事会是几个互层的三明治。电路模式是丝印或photo-transferred到铜,然后和董事会蚀刻去除导电区域未覆盖的筛选。董事会可能会被进一步添加额外的导电金属材料电镀的铜电路。最后孔将电子元件坐在钻。一些漏洞将进行到另一边,或晶片层,有些不会。董事会将减少所需的大小和形状的标签可能是银或镀金改善接触。虽然一些董事会可能电子元件添加甚至手工焊接,现在绝大多数由机器人机械设计为填充。集成电路芯片的套接字(见下文)和其他插件组件也将被添加在这个阶段。 After that, a usually green焊接掩模应用发送和董事会通过一波焊浴质量焊料的组件周围的凸耳洞焊接掩模不存在。如果你需要PCB进行维修,您可能需要刮掉一些焊接掩模再焊接组件。 |
| 集成电路 |  |
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集成电路(IC)已经彻底改变了电子和计算代替整个电路板用一个小的组件。简单的电路,如数字时钟,甚至整个电脑(系统级芯片或SoC)可以包含在一个单一集成电路。大多数集成电路的PCB的合并一个号码。IC芯片通常由硅,一些像激光一样,砷化镓,数百万,甚至数百亿晶体管可以蚀刻到一分钱的大小的东西。最初是双极晶体管面结型晶体,但大多数IC的现在只mosfet(主要是低功率互补金属氧化物半导体类型)。集成电路可以模拟,数字,或两者兼而有之,像一个a到d转换器。他们通常是硬连接到印刷电路板或坐到套接字。计算机CPU通常有一百或更多的别针,所以如果你构建自己的计算机,座位成主板插座没有弯曲针总是一个挑战。 IC的创建类似于上面的多氯联苯,但规模要小的多,最有价值的和复杂的在干净的房间,即使是一个规范的尘埃在制造可以阻止一百个晶体管。电路模式逼真地转移到硅或砷化镓晶片,然后蚀刻。场效应管然后“掺杂”生产晶体管性能。德州仪器的杰克•基尔比早期的先锋数码袖珍计算器,因在1959年第一个实用的设计,改进不久,以避免任何额外的电线(称为的必要性单片)由罗伯特·诺伊斯半年后。IC的音频使用范围广泛从dsp、A / D(图左)或D / A转换器,完整的合成器,信号放大器(见示意图),运算放大器,数字时钟、稳压器和更多。整个领域电子音乐长大的黑客IC的从玩具说话和拼写语音合成器。 如果你是购买最新、最好的电脑CPU、你会开始阅读关于密度的组件和电路连接,以及他们正在开发特殊的基质。摩尔定律预测一倍的晶体管数量每两年在一个集成电路。然而,由于必要的散热和简单的物理故障在纳米尺度上分子水平现在组件如此之近正在探索其他原子和亚原子策略,甚至测试如何利用电子的自旋绕过晶体管极限。 |
| 电路试验板 |  |
N /一个 | 一个电路试验板通常用于原型或自我设计的电路。孔距匹配许多non-flexible销配置组件,如某些集成电路和晶体管(见Sparkfun图像左)。行跨和额外的连接是由连接跳线。红色和蓝色条纹的行通常用于供电电源或电池的电路。他们在各种各样的大小可用。如果要创建一些自制的界面,一个构建电路试验板的可能选择,也许连接到一个Arduino或其他更高级的设备或电脑。 |
电阻器(a)可变电阻器(b)电位计(c)
电阻,正如上面提到的,在电路中使用减少电流、电压和功率,将输入的电能转换成热能。他们有几个设计,大多数组成的螺旋螺旋低效的导电材料如碳膜或粉,或细导线密绕在绝缘的核心。低功率电阻、处理½瓦特或更少,涂布在塑料绝缘体,欧姆电阻是由一系列的表示彩色的乐队(单击查看图表)。有些也有一个乐队表明他们可能电阻偏差/公差规范。一类电阻称为变量,可变电阻和电位计能够改变他们的阻力通过身体动作,如收音机音量旋钮,或混合板通道的投篮。一些特殊的电阻的特殊使用电子音乐家制作自己的数据驱动设备photo-resistors和应变guages改变他们的阻力与光或生理弯曲。下面的电路的讨论将描述如何连接电阻并联或系列使得合并后的不同电路的总电阻。在欧姆电阻测量(Ω)。
电容器
电容器存储一个电场电荷在两个导电板通常由绝缘介电材料或真空中。盘子时收取的电子微分应用在电路,形成一个对立的积极或消极的电荷在每个盘子,电容器可以快速放电电荷当前应该停止或下降。通过这种方式,它可以用来光滑不稳定电源的电流(像电脑的缓冲),也可以突然提供即时功率的启动设备。电容器提供许多其他功能,如屏蔽直流电流,同时允许交流电流通过或维护一个(1)或(0)国家在计算机DRAM内存。可变电容器可以使用调优循环回路,比如那些用在音频振荡器,过滤器,闪烁的灯光和广播调谐器和这些组件通常有多个交叉板(见图片),可以调整旋钮。电容器以前称为冷凝器,冷凝器的术语仍然剩下麦克风。电容测量的法拉(F)。
二极管和发光二极管(LED)
二极管领导
二极管是内联电子元件,像电流的单行道。在电路在大多数情况下,二极管通过电流在一个方向上(方向狭窄的粉刷或示意图箭头从阳极到阴极)而不是另一个。因为他们巨大的实用性,二极管,主要的半导体硅,出现在几乎所有复杂的电子电路。他们是用来交流电压转换成直流电压通过4-diode菱形桥式整流器电路。他们也可以用于计算机逻辑电路等等。如前所述在讨论电路的总电阻的值时,二极管传授一个小电压降,或一个小电阻,电流的方向旅行——数量的下降是依赖于温度,虽然非线性,所以他们可以用于温度传感。有一个小的阈值电压要求在二极管开始前通过任何电流。二极管应该提供无限的阻力对直通当前旅游方向发展。然而,如果电压超过一定水平称为击穿电压,二极管将它传递“错误”的方向几乎没有阻力,这在某些情况下也很有用。二极管是指定的许多特点,但重要的是他们的正向电压降和反向theshold breadown电压。
发光二极管、LED现在常见的使用,包括家庭照明。像上面的普通二极管中,他们通过电流一个方向。但除此之外,他们发出的光子在不同的颜色和强度。在工作室,LED可以用于确认的开/关状态设备或自制的数据驱动接口电路设计的性能和故障排除。瞬动光让他们有用水平指标混合董事会。和红外发射不可见光的能力使他们完美的远程控制,原来的应用之一。
变压器
变压器是用来做名称所暗示的,变换电能。它们用于从降低电压的电力从成千上万伏交流电,有效地将电力从发电厂通过你的邻居高压输电线家庭当前(110 - 220 v AC)你现在正在使用。或“普通”变压器你可能有很多的充电手机或小型电子设备供电。如果你读普通的标签,它会告诉你这是减少家庭电压120 V至12 V,可能随着安培数的变化。变压器通常用于与其他电路部分不仅降低电压,但要把它转换成低功率DC使用在大多数电子设备,通过一个开关电路普通可能做的事。变形金刚是电脑电源的重要组成部分。它们无所不在地用于音频电路阻抗匹配的麦克风,安培和喇叭,为平衡线,隔离电路和更多。
如果你看原理图符号在右边,你可以看到一个变压器有三个主要组件。初级线圈的导线(称为绕组)原电力应用,二次线圈(不以任何方式电连接到初级线圈),和一个核心,这可能是也可能不是由固态铁或特殊的叠层钢。目前应用于初级线圈时,它创建一个电磁场这是有效地针对次级线圈的电磁性质的核心。然后针对次级线圈的输出电路或设备的一个愿望。所以通过感应或电动势磁场,次级线圈中设置了一个类似的电流。如果两个线圈有相同数量的绕组,二次线圈的感应电压的数量将接近初级线圈(在音频,这些是作为隔离变压器因为线圈之间没有直接的联系)。然而,最常用的变压器的目的是变换电压,通过有不同数量的次级线圈的绕组。如果次级线圈更多的比初级线圈绕组的电压输出将增加,被称为升压变压器。如果次级线圈的绕组都更少,那么电压会降低,称为降压变压器。的公式计算理想变压器的输出电压(即一个没有电流损失)Vs = * Ns /副总裁Np和次级电压,副总裁是主要的电压,Ns是二次绕组的数量,Np是主绕组的数量。因此减少120 v至12 v,绕组的变压器需要10倍比次级线圈的初级线圈。一般来说,功率(瓦特)保持不变,所以没有其他因素,对功率高于P =使用欧姆定律V *我,如果降低电压,增加电流(安培数)和签证。
你可以看到有很多电线的变形金刚,甚至提供不同电压和阶段。这是因为除了或地方的电压只有从次级线圈的两端,额外的水龙头可以添加,电流在线圈从中间或其他地方,有各种各样的电压取决于他们的立场。一个中心抽头变压器的次级线圈的电压从两侧和中间的线连接到它。如果120 v交流电应用于变压器,每一半的次级线圈会产生60 v交流,用一个180°的两阶段。这个变压器设计实际上是用于创建平衡线在音频设备(如搅拌机。最后,许多变压器有超过一个次级线圈放置在主要的时间越长。
晶体管
晶体管是一种半导体用于放大或开关电子或数字信号,或控制权力交接。其属性使其行为类似于二极管和可变电阻。在贝尔实验室发明于1947年,它几乎已经完全取代真空管提供相同的功能(不满的一些古董音频设备爱好者声称这不是一样缺乏温暖的管变形的品质)。然而与真空管,主要是硅、锗材料偶尔产生热量的一小部分,有一个更长的寿命和忍受更大的身体,虽然没有电,虐待。也小得多的规模,从改变游戏规则场效应晶体管设计于1963年发明的。计算机集成电路芯片组件,比如内存、cpu或gpu可能有数十亿或数以万亿计的晶体管在单个芯片上。例如,2022年,苹果的M1超“SoC或系统级芯片”包含1140亿个晶体管,1.35亿年密度每平方毫米。
像三极管真空管的早些时候,一个小电流控制“偏见”,如低压音频信号被传递到一个正常的三个导致控制或调节多少更高的电压源可以通过晶体管通过改变硅衬底的导电率。这提供了一个线性放大功能,晶体管的高功率输出模拟低功率信号输入的形状。类似于操作一个水龙头,一个小的调整水龙头阀旋钮控制水流的强度从供给线洗手池(为什么英国称为真空管“阀门”)。
晶体管也可以作为开关用于高压开关电源,转换音频放大器,或低电压计算机逻辑门。有两个最常见的类型的晶体管,尽管有许多变化。一个被称为双极结型晶体管(是)原理图设计(图左),包含一个基地,收集器和发射器。另一个叫场效应晶体管(FET)设计(图右)门,源和排水。场效应晶体管使用电子或电子(称为的赤字电子空穴门),电荷载体,决定了相反的单极电荷可以流从源到排水在大多数情况下(遵循场效应晶体管的链接方式更彻底的解释)。是,一个更小的电流应用于基础将决定多少电流可以在更高的电压和流动相反极性发射极和集电极终端。一个小电流阈值是必需的,通常在5 -。7 v,晶体管的开始通过任何更高的电流。到目前为止最大量的晶体管(如99%)的金属氧化物半导体场效应(MOSFET)类型,融入大量的为两个模拟和数字集成电路组件使用如上所述。
两个晶体管类型分类为NPN型(negative-positive-negative)或PNP型(positive-negative-positive),基础偏极性被中间的。这是通过有三个“条纹”添加材料的硅给条纹消极或积极的(电子空穴),两个的费用,另一个。场效应管可能被称为第四连接底物充当地面一层的材料和通常用于晶体管“打开”。高压mosfet,像一幅图,经常有个洞,所以他们可能会拧到散热器散热之前损坏芯片。
印刷电路板
大多数电子设备利用一个或多个印刷电路板或印刷电路板的组织和连接他们的电器元件。的主板的电脑或手机你阅读这是PCB。早期电气设备简单hand-wired或焊接组件,和后来金属电底盘、管道和其他组件坐在套接字或绝缘体上,和所有其他组件hand-wired下面,金属提供一个共同点(希望)。通过1940年代和50年代,发展导致实际绘画或印刷金属电路连接到绝缘基板,这变成了今天的现代PCB板。今天需要额外的组件之间hand-wiring很少电路。
PCB的开始生活的晶片薄铜表面与玻璃纤维或其他导电材料。一些董事会是双面的,有双方的铜。和一些更现代的董事会是几个互层的三明治。电路模式是丝印或photo-transferred到铜,然后和董事会蚀刻去除导电区域未覆盖的筛选。董事会可能会被进一步添加额外的导电金属材料电镀的铜电路。最后孔将电子元件坐在钻。一些漏洞将进行到另一边,或晶片层,有些不会。董事会将减少所需的大小和形状的标签可能是银或镀金改善接触。虽然一些董事会可能电子元件添加甚至手工焊接,现在绝大多数由机器人机械设计为填充。集成电路芯片的套接字(见下文)和其他插件组件也将被添加在这个阶段。 After that, a usually green焊接掩模应用发送和董事会通过一波焊浴质量焊料的组件周围的凸耳洞焊接掩模不存在。如果你需要PCB进行维修,您可能需要刮掉一些焊接掩模再焊接组件。
集成电路
集成电路(IC)已经彻底改变了电子和计算代替整个电路板用一个小的组件。简单的电路,如数字时钟,甚至整个电脑(系统级芯片或SoC)可以包含在一个单一集成电路。大多数集成电路的PCB的合并一个号码。IC芯片通常由硅,一些像激光一样,砷化镓,数百万,甚至数百亿晶体管可以蚀刻到一分钱的大小的东西。最初是双极晶体管面结型晶体,但大多数IC的现在只mosfet(主要是低功率互补金属氧化物半导体类型)。集成电路可以模拟,数字,或两者兼而有之,像一个a到d转换器。他们通常是硬连接到印刷电路板或坐到套接字。计算机CPU通常有一百或更多的别针,所以如果你构建自己的计算机,座位成主板插座没有弯曲针总是一个挑战。
IC的创建类似于上面的多氯联苯,但规模要小的多,最有价值的和复杂的在干净的房间,即使是一个规范的尘埃在制造可以阻止一百个晶体管。电路模式逼真地转移到硅或砷化镓晶片,然后蚀刻。场效应管然后“掺杂”生产晶体管性能。德州仪器的杰克•基尔比早期的先锋数码袖珍计算器,因在1959年第一个实用的设计,改进不久,以避免任何额外的电线(称为的必要性单片)由罗伯特·诺伊斯半年后。IC的音频使用范围广泛从dsp、A / D(图左)或D / A转换器,完整的合成器,信号放大器(见示意图),运算放大器,数字时钟、稳压器和更多。整个领域电子音乐长大的黑客IC的从玩具说话和拼写语音合成器。
如果你是购买最新、最好的电脑CPU、你会开始阅读关于密度的组件和电路连接,以及他们正在开发特殊的基质。摩尔定律预测一倍的晶体管数量每两年在一个集成电路。然而,由于必要的散热和简单的物理故障在纳米尺度上分子水平现在组件如此之近正在探索其他原子和亚原子策略,甚至测试如何利用电子的自旋绕过晶体管极限。电路试验板
一个电路试验板通常用于原型或自我设计的电路。孔距匹配许多non-flexible销配置组件,如某些集成电路和晶体管(见Sparkfun图像左)。行跨和额外的连接是由连接跳线。红色和蓝色条纹的行通常用于供电电源或电池的电路。他们在各种各样的大小可用。如果要创建一些自制的界面,一个构建电路试验板的可能选择,也许连接到一个Arduino或其他更高级的设备或电脑。
大多数的图像可归因于在这个表开始电路:串联和并联
下面是一个非常简要介绍两种基本的电路类型,系列和平行的。如果你得到任何更多的这个简短的解释,它将购买节日灯并联连接,不是系列。一个电路电力是一个电力流从开始到结束在一个循环路径从源。例如,线的两端连接到电池的两极形成电路(没有干预组件很快流失你的电池)。
一个串联电路是一个组件连接端到端并提供电力流过只有一条路径,如下图中表示。
如果一个人只电阻的串联电路,计算电路的总电阻,一个只会和每个电阻器的电阻值,所以:
R总=R1+R2+R3…Rn
如果一个组件在一个串联电路,如一个灯泡失败,不再通过电流,电路停止功能。
在一个并联电路,当前分裂穿过组件是将多个路径,如下所示。在这种情况下,电路的总电阻计算为:
1 /R总= 1 /R1+ 1 /R2+ 1 /R3…1 /Rn
如果这些是灯泡的电阻,如果一个灯泡失败,其他人仍然运作。
一些,如果不是大多数,现实生活中复杂的电路是一个混合系列和平行排列,一些当前通过特定的组件,但是所有电流通过别人
网上很多教程提供了很好的介绍串联和并联电路,但我们很喜欢这一个从Sparkfun。
更详细的文章和视频
Sparkfun:什么是电力
Sparkfun: Voltage-Current-Resistance和欧姆定律
Sparkfun:电力
Hyperphysics:电和磁(更多的技术,但优秀的!)
电和磁的历史发现(BBC Youtube视频:震慑吉姆并且愿意采纳这位)。惊人的,如果你喜欢这样的事情。
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