电路想法/64a组

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64a组学生页面

我们的团队

在实验 4：通过 Microlab 调查运放反相施密特触发器期间。

我们是来自计算机系统学院，索菲亚理工大学的学生。我们的 64 组分为两个小组；我们组成第一个 64a 小组。以下是我们的姓名

Andrey Rachev、Ivelin Ivov、Ivaylo Katrazanov、Rumyana Naydenova、Sasha Madov、Miodrag Hristich、Andon Radulov、Galin Gyurov、Kamen Avramov、Dimitrina Nedelcheva、Slavka Petrova、Zdravko Georgiev、PavlinPanev 64、Ivaylo Atanasov 和 Miglena Nesterova。

实验 2：基于计算机的欧姆定律实验

2008 年 3 月 20 日，星期四，下午 1:45

调查导电泡沫电压分布的装置。

一根电线本身与电阻不同，它有长度；这就是为什么伟大的电气电路科学家欧姆在他的实验中使用它。你可以摸摸电线，感受它在较大电流下的反应。在这个特殊的练习中，我们通过调查导电泡沫的电压分布进行了实验，如图片所示。如你所见，我们将电线连接到泡沫的两个边缘，并从 DAC1 和 DAC2 施加电压。我们使用“探针”进行了大量测量，以调查导电泡沫的电压分布。

通过 Microlab 调查导电泡沫的电压分布。

在使用基于计算机的Microlab系统并分析结果后，我们发现我们构建了一个并联电压求和电路。如果我们施加两个大小相同但极性相反的电压（一个正极，另一个负极），我们将会看到中心点的电压为 0 伏。

调查导电泡沫的电压分布。

导电泡沫非常有趣，因为我们可以看到电压是如何在其上分布的。 PavlinPanev 64

实验 3：构建全波整流桥电路

2008 年 4 月 3 日，星期四，下午 1:45

参与本次实验的人员：Andrey Rachev、Ivelin Ivov、Ivaylo Katrazanov、Rumyana Naydenova、Sasha Madov、Miodrag Hristich、Andon Radulov、Galin Gyurov、Kamen Avramov、Dimitrina Nedelcheva、Slavka Petrova、Zdravko Georgiev、PavlinPanev 64、Ivaylo Atanasov 和 Miglena Nesterova。

调查一个 LED

在白板上调查一个 LED。

在这个练习中，我们重新创建了著名的全波整流桥电路。为了可视化它的工作原理（电流流动的位置），我们决定用不同颜色的 LED 替换普通的整流二极管。此外，我们还使用另一个 LED 作为负载。首先，我们调查了 LED 本身，以熟悉它的行为。我们发现它的性能很好，可以满足我们的目的，它会发光并正常工作。很明显，我们必须将一个保护电阻与整流桥电路串联连接。 PavlinPanev 64

在白板上构建电路

在白板上构建电路（步骤 1）。

步骤 1. 我们开始在白板上构建电路，方法是连接负载（测试的红色 LED）。这里我们假设 DAC 1 产生从 0 到 10 伏的正电压（这是正半波）。注意我们如何勾勒出未来桥的“正”部分的倒置 S 形。 PavlinPanev 64

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在白板上构建电路（步骤 2）。

步骤 2. 然后我们假设 DAC 1 产生从 0 到 -10 伏的负电压（这是负半波），并连接了未来桥的剩余“负”部分的真实 S 形。只是，结果出现了短路：（我们该怎么办？我们开始思考……
我们已经知道二极管可以作为解耦元件（开关）；因此，我们在两个相对的“正”桥腿中放置了两个红色 LED，充当正半波的整流和可视化二极管。我们预计，由于所有三个二极管（包括“负载”）都以相同的方向连接，它们将使电流以正确方向流动，并在正半波期间发光。

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在白板上构建电路（步骤 3）。

步骤 3. 但是这还不够...:( 为了消除冲突，我们不得不在这两个相反的“负”桥臂上再加两个（现在是绿色的）LED，再次充当负半波的整流和可视化二极管。 我们解决了短路问题； 我们成功地“发明”了著名的*全波桥*整流电路！

您可以在图片上看到我们是如何制作全波桥的——无论电流是从 - 到 + 还是从 + 到 -，我们的红色负载 LED 都会始终亮着！ 现在我们可以进行一个真正的实验，看看我们的电路是否真的能工作。 PavlinPanev 64

将电路安装在原型 PCB 上

将电路安装在原型 PCB 上。

将电路安装在原型 PCB 上。

由 LED 实现的全波桥整流器。

这是一个真正的动手练习，我们在这个真实的原型 PCB 上安装了真实的电路； 我们将两个整流 LED 和 LED 负载焊接到板上，并用电线连接它们。 这样我们终于得到了一个真正的全波桥整流器，它不需要任何测量设备。 想象一下，它应该通过二极管本身来指示其状态（电流方向）！ 我们迫切地想知道它是否会像我们假设的那样工作？ 测试它会很有趣。 PavlinPanev 64

通过*Microlab* 调查电路

通过*Microlab* 系统调查 LED 整流器。

在我们通过*Microlab* 系统为电路供电后，我们就可以开始调查电路的工作原理了。

正输入电压

通过*Microlab* 调查 LED 整流器（正输入电压）。

它按预期工作 - 当我们施加正输入电压时，三个红色 LED 亮起，另外两个 LED 熄灭。 一切都正常，正如我们所期望的那样。 User:PavlinPanev 64

负输入电压

通过*Microlab* 调查 LED 整流器（负输入电压）。

然后我们在负输入电压下测试了电路； 结果再次符合预期。 我们对自己的工作感到满意，因为我们做得很好。 著名的全波桥不仅在理论上工作，而且在现实中也工作！ PavlinPanev 64

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PavlinPanev 64，感谢您的参与。 您的文字非常有用且信息量大； 您写的内容正是我们这个页面所需要的。 以这种方式继续开发页面。 在您的插入内容后添加四个波浪号（它们将被您的用户名和创建日期替换）。 我也把你用户页面上的照片放了一些； 你只需要说一些关于自己的话。 致敬，Circuit-fantasist (talk) 05:16, 25 April 2008 (UTC)

实验 4：具有正反馈的运算放大器电路

运算放大器简要介绍

运算放大器，简称运放，是电子电路中的基本元件之一。 事实上它是一种抽象。 在运放这个词下，我们理解一个具有极好性能的差分放大器，例如巨大的 A_d - 差模增益、兆欧姆电阻等等。 下图是一个差分放大器，我用 OrCad 仪器制作的。

我们有两个连接到电源 V1 的双极晶体管。 晶体管 Q2 具有恒定的基极电源，而晶体管 Q1 具有可变的基极电源。 让我们看看 PSpice 生成的时序图

在时间 t=0 时，两个基极源电源都等于 2V，Q1 和 Q2 的电压近似相等。 然后 V3 源开始非常缓慢地降低其电压。 由于这个动作，Q1 的电阻增加，Iq1 发射极电流减小。 根据第一基尔霍夫定律，另一个 Iq2 发射极电流以与 Iq1 下降相同的量增加。 在生成的时序图中，您可以看到，当源电源下降时，Q1 的 Uce 增加到饱和，而 Q2 的 Uce 对称下降。 当 V3 下降 0.5V 时，Vout 改变 10V。

现在我们用运放替换了离散差分放大器

以及时序图

绿线代表差分放大器。 这里我们可以看到运放与我的差分放大器略有不同。 它与普通放大器相比，具有非常改进的动态特性，改进的频率特性等等，所有这些都是以更多晶体管和更高的复杂度为代价的。 结论是，对我们来说，运放是一种抽象。 我们不关心运放内部是什么，而是运放的功能。 正如麻省理工学院的 Anant Agarwal 教授所说，“...运放在编程中的类似物是 printf() 函数...” 使用起来非常简单，但是如果我们看看它的实现，事情就会迅速发生变化。 --77.70.25.29 (talk) 14:46, 14 May 2008 (UTC)zdravko64

什么是负反馈

最简单的负反馈跟随器。

非反相放大器是典型的负反馈电路。

负反馈的思想是设法保持平衡。 具有负反馈的电路实际上扮演了*主动调节元件*的角色——无论电阻是多少，它都会保持这种平衡（这里是什么意思？ Circuit-fantasist (talk) 17:09, 27 April 2008 (UTC))。 运放试图做的仅仅是像一个真正思考的人类一样。

看看图片。 输入电压 Vin 和输出电压 Vout 之间的差值 ∆V 被施加到运放的差分输入。 问题是运放试图使 ∆V 非常接近 0 伏，以便运放补偿差值。 但是它不能超过放大器本身的电压（这里是什么意思？ Circuit-fantasist (talk) 17:09, 27 April 2008 (UTC))。 请注意，运放不会从输入电压源获取能量来供电负载； 相反，它使用自己的电源。 输入电流非常低（纳安和皮安）； 所以，我们可以说它们是电压输入。

负反馈跟随器只是重复输入值，无论遇到什么障碍。 以这种方式，它就像一个真正的人类。 PavlinPanev 64

通用负反馈电路

在 Pavlin 向我们介绍了负反馈的概念后，是时候创建和检查具有负反馈的真实电路了。 我将再次使用*OrCad* 系统来模拟两种最流行的反馈类型。 这类方案的基本原则是

"V- 小于或等于 V+"

第一个电路是理想的电压分配器（为什么它是理想的，这意味着什么？） Circuit-fantasist (talk) 06:18, 19 May 2008 (UTC)

根据上面提到的规则，V-=0。 那么 R9 的电压为 V8-0。 电流 I1 为

$I1={\frac {V8-0}{R8}}$

R10 的电压为

$I1*R10=-Vout$

这让我们得出

$Vout=-Vin*{\frac {R10}{R8}}$

在本例中，Vout = -Vin，因为 R10=R8=1k。时间图如下所示

--77.70.25.29 (zdravko64) 16:11, 14 May 2008 (UTC)

将负反馈电路转换为正反馈电路

总体思路

如果我们在将反馈从输出端应用到减法器的输入端时犯了一个错误，结果导致它变成了加法器，会发生什么？在生活中，这意味着愚弄某人做错事（例如，做一些坏事而不是做一些有用的事，反之亦然）。他/她“认为”他/她在以正确的方式做出反应，但实际上他/她在做完全相反的事情！

如果我们交换运放的输入端（通常是无意地），我们可以再现这种情况。结果，运放“迷失方向”；就像人类一样，它“认为”它正在以正确的方式做出反应，但实际上它正在做完全相反的事情。

通过这种方式，我们可以引入正反馈的伟大理念。它非常有用（例如，所有触发器 RAM 都基于这个强大的理念）。 PavlinPanev 64

将非反相放大器转换为具有滞后的反相比较器

同样地，如果我们在构建非反相放大器时犯了一个错误，交换了反相和非反相输入端，会发生什么？让我们试试。

误导非反相放大器的运放，将电路转换为正反馈电路。

施密特触发器

从抽象世界回到现实，我想向大家展示，正反馈中没有任何魔法、生命或类似的东西，只有基于非常强大的数学基础的纯粹物理学。正反馈用运放的等效模型经典地解释。

现在，如果我们将 V- 接地，并将 V+ 连接到依赖源，我们将创造出在数学和编程中称为递归的东西。

这意味着 V+=A*V+。递归的终点在哪里？这就是运放饱和的时候。知道了这一点，我们可以创建一个比较器，它将 V+ 值与零进行比较，如果大于零则形成正脉冲，否则形成负脉冲。使用这个比较器，我们可以从正弦波中形成方波。

--77.70.25.29 (zdravko64) 17:26, 14 May 2008 (UTC)

如何研究电路

如何通过 Microlab 研究运放反相施密特触发器（白板讨论）。

研究电路

通过 Microlab 研究运放反相施密特触发器。

通过 Microlab 研究运放反相施密特触发器。

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TINAE（论文）关于二极管（作者：Zdravko64）

二极管背后的概念

当一个人听到一个陌生的词时，他首先会感到困惑。他试图理解这个词的意思，如果失败了，他会尝试将这个词与比喻联系起来。“二极管”这个词源于希腊语，意思是两个电极或两个“ode”。第一个电极称为阳极：在希腊语中，ana- + hodos 表示上升之路，第二个电极称为阴极：在希腊语中，kathodos 表示下降之路。好的，我们有一个词，实际上意味着类似于山丘或上升的土地，如果我们有一辆自行车，我们可以从山丘上下来，不需要任何额外的努力。但是，当我们试图爬上这座山丘时，可能很难到达山顶，而且我们可能会以非常低的速率开始行走，或者向后走。回到电力世界，电子是骑着自行车的村民，而二极管就是山丘。带有二极管的电路可以表现为滑雪道。当升降机从底部到顶部工作时，滑雪者非常高兴，但是，如果我们改变升降机方向，所有滑雪者都会想知道发生了什么，并且没有人会进行下山滑雪。

接下来的问题是，“为什么我们需要这样的部件？” 以及“二极管出现之前电路是什么样的？” 这些答案需要引入一些历史概念。 Zdravko64

你的文字非常有趣、引人入胜，并且独具特色！你的工作应该得到奖励！请在写下你的评论之前创建帐户并登录，以便 **载入史册**。:) 然后在你的评论后面写下四个波浪号；维基标记会将它们替换成你的用户名。

顺便说一下，我的固态录音机的电池发生了故障 :( 结果，我没有记录下我们这次非常有趣的实验室练习。请帮助我恢复这些宝贵的数据！Circuit-fantasist (talk) 20:54, 3 April 2008 (UTC)

二极管发明之前的电路

让我带你回到 19 世纪初，在这一章中，我想进入伟大的物理学家（或者，正如当时人们所说的，伟大的自然哲学家）的思想。1800 年，威尼斯自然哲学家亚历山德罗·吉塞佩伯爵和安东尼奥·阿纳斯塔西奥·伏特做出了一项伟大的发明。这一切始于与他的同事路易吉·伽伐尼的一场争论。在一系列动物实验之后，伽伐尼发现，如果在解剖过程中用金属手术刀接触某个腿部神经，就会发生肌肉收缩。他认为，人体中存在某种“生命电”，它流经神经。伏特不同意这种观点。1792 年，他写道：

“我相信，电介质从未因器官的自身作用、任何生命力的作用或从动物的某一部分传播到另一部分而被激发和移动，而是由于它在金属连接处接收到的冲动而被决定和约束。” [1]

他们当时的思考方式是不是令人难以置信？伏特认为，电流是一种流体。他不知道存在电子，更不知道元素是由原子组成的，因为这在 1827 年才得到证实，当时植物学家罗伯特·布朗使用显微镜观察漂浮在水中的尘埃颗粒，发现它们在不规则地移动——这种现象后来被称为“布朗运动”。科学家们怀疑这并不是一种普通的流体。伏特用不同的化学元素代替青蛙的腿，发现这些元素和聚集体（电极）在电解质（伽伐尼元件）中发生解离，获得确定的电化学电位（参见 电化学序列表）。伏特所需要做的就是将两个具有不同电化学电位的伽伐尼元件连接起来。伽伐尼元件的正电极被称为 *阴极*，负电极被称为 *阳极*。那么，这里合理的问题是，“电池 是二极管吗？” Zdravko64

Zdravko64，你的问题适合我的教学目的，因为我打算在 4 月 9 日星期三的下一堂课上问我的学生相反的问题：“二极管是电池吗？”如果你能在你的二极管论文中以及在课堂上回答这个问题，我会很高兴。 Circuit-fantasist (talk) 16:01, 7 April 2008 (UTC)

Circuit-fantasist，当我开始写这种类型的文章时，我的意图是创造一份真正有用且严肃的作品，类似于某种科学作品，但表达方式不那么复杂。现在我意识到，这更像一篇论文。我希望，我们能够进行一些团队合作，你给我一些指导，说明如何改进我的推理以达到我的目标。如果您能告诉我如何在这里添加图片，我就可以从我的讲义笔记本和实验室笔记中添加图片。提前感谢。 Zdravko64 19:26, 14 April 2008

嗨，Zdravko！周三之后我才能帮你。Circuit-fantasist (讨论) 2008年4月14日 18:10 (UTC)

我们有形成山丘的电位差。但下一个关键词——耗尽，就出现了。伏特电池的主要缺点是电荷的不可逆移动。当我们连接阴极和阳极时，我们从阳极获取Zn离子，它会取代硫酸中较弱的2H离子。氢离子与阴极带电，变成原子，然后飞走。阴极中的电荷移动到阳极（根据本杰明·富兰克林的定义，方向是从正极到负极），阳极变为正极，更多的Zn负离子被抛出。很明显，在一段时间后，阳极要么消失，要么酸会变成盐。无论如何，这个过程都会停止。然后电池将变成电介质。好的，但如果电池是理想的，它永远不会耗尽。电池具有固定的电位差，并且使用适当的相反高压，我们可以设法越过山丘。根据叠加原理，两个电压要么相加，要么相减，取决于两个源的电流方向。这意味着我们从第一个山丘上下来，进入第二个山丘，如果那个山丘的升高相同，我就会加速并获得动能。否则我的动能会变成势能，如果势能足够，我会越过山丘或停在山丘末端，但如果势能不足，我就会折返回去，并穿过第一个山丘。

伏特发现了另一件有趣的事情。他注意到电池有能力将电荷从阳极转移到阴极。这种力被称为电动势（emf）。在这种情况下，电动势是由解离过程提供的。这种力在二极管中缺失。但在伏特电池中，如果我们移除电动势，意味着移除盐桥或在酸中放置一个将阳极和阴极隔开的隔板，两个电极将立即使其电位差相等。结果，电极将变为中性。我们如何防止这种情况发生？Zdravko64

1827年，欧姆定律出现在他著名的著作《用数学方法研究电流》（Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet）中，他在书中给出了他对电学的完整理论。不幸的是，他理论中大部分内容都被傅里叶和纳维尔等伟大的头脑完全推翻，因为欧姆认为电的传递发生在“相邻粒子”之间。尽管如此，他的实验无疑是有效的，他的定律也是有效的。18年后，古斯塔夫·基尔霍夫用他的两个定律概括了格奥尔格·欧姆的工作。当时电路是测量桥，比如1843年的惠斯通电桥、开尔文双电桥和RC电路。1832年发生了两项重大发现。第一个是电磁感应的发现，由法拉第[2]和约瑟夫·亨利[3]独立完成，第二个是巴伦·西林·冯·坎斯塔特发明电报[4]。电磁感应的发现告诉我们，电流与流体略有不同。电流在流过的导线周围产生磁场，而变化的磁场也会产生电场。

${\mathcal {E}}=-{{d\Phi _{B}} \over dt}$.

其中${\mathcal {E}}$是电动势，单位是伏特，${Phi_{B}}$是磁通量，单位是韦伯。这条定律告诉我们，“磁流体”，也称为磁场，产生的电动势等于磁通量变化速率的负值。发现两种类型的电感：“互感”和“自感”。此后不久，伊波利特·皮克西[5]制造了第一台发电机File:Electrical generator.

电路开始包含电感元件，RL电路也出现了。语句

${\frac {d\Phi }{dt}}=L{\frac {di}{dt}}$

导致

$i(t)={\frac {1}{L}}\int _{0}^{t}v(\tau )d\tau +i(0)$.

这意味着我们可以使用电感来减缓$i(t)$的增长率。

从工程的角度来看，电报的发明非常有趣。你可以看到在1898年，欧洲、美洲、非洲和亚洲之间已经有了电报线路。File:Telegraph Lines[6]。两个问题也随之出现

1. 如何支撑这些数千公里的电报线。

2. 如何使用我们的发电机和发电站为电报供电。

换句话说，我们是否可以使用法拉第称为莫尔斯电码传输的场的新型流体。麦克斯韦在他的文章“论力的物理线”[7]（我建议阅读这篇非凡的作品）中开始对磁现象和电现象进行哲学思考，并意识到电场和磁场是同一个电磁波的一部分。我们不需要机械介质来承载这种波，因为在这种情况下，能量是振荡的。这就是RLC电路的起源。File:Picture of RLC

RLC电路产生了电磁波的磁场部分和电场部分，因此该电路被称为谐振电路或调谐电路。电磁波的自然频率是

$\omega _{o}={1 \over {\sqrt {LC}}}$

二极管发展的原因。进化还是天才革命

关于电子历史的一点概述。我的目的是展示二极管的发明并非偶然。1803年，约翰·道尔顿运用被遗忘的德谟克利特的理论来解释元素为何以固定的质量比例组合，换句话说，为什么我们有SO₂、CO₂、Na₂O，但从没有S0_1.8或Na_2.1O。道尔顿将此总结为“倍比定律”。之后，在1827年，罗伯特·布朗进行了他的历史性实验，而J. Desaulx在50年后的1877年提出，这种现象是由水分子热运动引起的。 [此处我想放一个灯泡图] 1883年，托马斯·爱迪生观察到，当一个金属板连接到灯丝的正极时，电流会在白炽灯的灯丝和真空中的金属板之间流动，而当金属板连接到负极时，电流就不会流动。他实际上重新发现了热电子二极管的原理。这个原理是这样的：如果我们将阳极加热到特定温度，一些电子可能会获得足够的能量，从金属板中分离出来，并通过真空到达阴极。 此处我想放一个热电子二极管图

如果你好奇，爱迪生是如何在那个时代就成功地制造出真空，以及世界是如何在J.J.汤姆逊实验之前就了解电子的，请点击以下链接：

1.[http:[8]]

2.[http:[9]]

因此，爱迪生的发现告诉我们一个非常重要的信息，此后历史证明，电气工程师开始从物理学家中分离出来，这个信息就是：“电子是我们的士兵，我们可以控制它们”。当然，与加热真空管二极管的操作等效的过程是蒸发[此处放一张蒸发图，以及热电子二极管工作原理图]。在第一种情况下，蒸发使流体升温，在宏观层面上意味着分子增加了动能并飞走，当达到适当的水平时。第二种情况的工作原理相同，但爱迪生不知道是什么类型的键或能量将电子束缚在一起，肯定不是化学键或重力。这种现象被称为电子发射。电子作为原子的一部分是在1898年由约翰·约瑟夫·汤姆逊爵士发现的。[关于汤姆逊的三个实验的更多信息 [http:[10]]]]。在他获得诺贝尔奖的演讲“负电荷载体”[11]中，他谈到了二极管工作原理的抽象概念，正如我们将在下一节中看到的。

评论

我很喜欢阅读这篇文章。但遗憾的是，我看到之前的一次编辑删除了一些图片。 [12]。我是否可以做些什么来帮助恢复它们？ --DavidCary (talk) 03:00, 25 May 2008 (UTC)

嗨，David！感谢你的帮助意愿。两个月前我决定让我的学生参与到电路理念项目中，某种程度上说，是“玩玩而已”；但结果证明非常成功和令人兴奋，以至于我完全投入到这个新的网络项目中。我在讨论中谈到了这个项目的开始，我们和我的学生一起完成了页面，该页面专门用于著名的欧姆实验。

总的来说，你可以通过表达你对学生页面中所讨论的具体电路现象的意见来支持这个“开放式学生维基教科书项目”。我很抱歉没有邀请你（例如，你可以看到我邀请了 Bill Beauty）；但我希望你会注意到这个新的举措。

David，你知道如何恢复删除的图片吗？这些图片是学生创建的；可能他们没有添加许可证标签。问题是学期已经结束，学生都走了，我电脑上也没有这些图片的副本。

此致，Circuit-fantasist (talk) 10:16, 25 May 2008 (UTC)

好的，我和WhiteKnight谈了一下...还需要做什么？--DavidCary (talk) 12:57, 23 June 2008 (UTC)

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