电路创意/小组 68a
我们是来自计算机系统学院，索菲亚理工大学的学生。我们 68 小组分为两个小组；我们构成第一个 68a 小组。以下是我们的姓名
卡特琳娜·斯拉沃娃，埃莉奥诺拉·托多罗娃，拉多斯拉夫·丹切夫，赫里斯蒂娜·马拉科娃，埃莱娜·赫里斯托娃，卢博米尔·内迪亚尔科夫，迪米塔尔·佩特科夫，艾哈迈德·卡拉曼，阿尔珀·穆特鲁，塔梅尔·艾丁和基里尔·克雷拉诺夫。
在本实验中，我们讨论了如何构建转换器以及如何使用 Microlab 系统研究它们。首先，指导老师向我们介绍了转换器的含义。
转换器是一种设备，它将来自模拟设备（如麦克风）的电压的连续波动转换为数字信息（?!?! Circuit-fantasist (讨论) 06:29, 19 May 2008 (UTC))，这些信息可以存储或处理在采样器、数字信号处理器或数字记录设备中。转换器通常分为两种类型：电压到电流转换器和电流到电压转换器。
在本实验中，我们回到了几个世纪以前。我们感觉自己身处欧姆的原始实验室。格奥尔格·西蒙·欧姆生活在 1789 年至 1854 年间。他的发明令人惊叹。即使在今天，我们也把他认为是最古怪、最有创造力的人之一。在他的一个实验中，他取了一段导体。他在两端拉伸了它。他开始测量两端的电压和电流。但在那些年里，没有现代仪器，也没有像我们现在可以使用的那些便利设施——他用原始的东西创造了电的历史。所以他用指南针测量电流，用静电计测量电压。
遵循他的想法，我们试图在实验室条件下重复他的实验。我们决定让我们的科学实验更有趣、更具吸引力。我们没有使用导体，而是使用了石墨。石墨具有阻抗，因此它具有电压。我们发现，如果我们测量导体的两端，其中一端为 0V，另一端为最大 V。 赫里斯蒂娜·马拉科娃 68 (讨论) 2008 年 3 月 20 日星期四，下午 4:45
惠斯通电桥以查尔斯·惠斯通爵士的名字命名，尽管他并不是这种电路的实际发现者。实际上，是他发明了它的用途，但第一个描述这个著名电路的人是塞缪尔·亨特·克里斯蒂。在实验开始时，我们讨论了惠斯通电桥的结构，它由一个公共电压源组成，该电压源连接两个包含四个电阻的并联分支。当我们深入研究这种结构时，我们得出一个结论，即它由两个分压器组成。然后，我们使用两支铅笔的石墨作为分压器来构建惠斯通电桥，然后对其进行了研究。这对于我们小组的所有学生以及讲师来说都非常有趣 :) （这段文字由 拉多斯拉夫·丹切夫 编写）
卡特琳娜·斯拉沃娃，扎丽娜·彭科娃 65gr，埃莉奥诺拉·托多罗娃，拉多斯拉夫·丹切夫，赫里斯蒂娜·马拉科娃，埃莱娜·赫里斯托娃，卢博米尔·内迪亚尔科夫，帕夫林·斯托亚诺夫 64，迪米塔尔·佩特科夫，乔治·吉兹多夫 65，艾哈迈德·卡拉曼 68，阿尔珀·穆特鲁 68，塔梅尔·艾丁 68，玛丽亚·格奥尔基耶娃 65 和基里尔·克雷拉诺夫。
2008 年 4 月 3 日星期四，下午 4:45
“晶体管可能是 20 世纪最重要的发明，而发明背后的故事充满了冲突的自我和绝密的研究。”
问题始于 1907 年，当时 AT&T（美国电话电报公司）面临着亚历山大·格雷厄姆·贝尔的电话专利到期后出现的竞争。而解决方案是跨大陆电话服务。1906 年，古怪的美国发明家李·德福雷斯特开发了真空管三极管。它是一种可以放大信号的设备，包括人们希望在电话线上传输的信号，因为它们从一个交换机箱跨越到另一个交换机箱。AT&T 买下了德福雷斯特的专利，并极大地改善了该管。它允许信号沿线路定期放大，这意味着只要沿线路有放大器，电话对话就可以持续任何距离。但使这种放大成为可能的真空管极其不可靠，耗电量过大，并且产生热量过高。
二战结束后，一支由物理学家、化学家和工程师组成的科学家团队被组建起来，旨在开发一种固态半导体开关来替代有问题的真空管。1947 年 11 月 17 日，沃尔特·布拉顿，一位能制造或修理几乎所有东西的实验物理学家，在一个装满水的保温瓶里进行了一次实验。他制造的硅装置本应帮助他研究电子在半导体表面上的行为。这个浸水的装置创造了布拉顿迄今为止见过的最大放大倍数。通过打开正电压，他进一步增加了效果；将其改为负电压可以完全消除它。似乎电子在表面上阻止放大的行为，在某种程度上被水抵消了——建造放大器的最大障碍已被克服。不幸的是，这种巨大的放大倍数跃升只适用于特定类型的电流——频率非常低的电流。这对于电话线来说是行不通的，因为电话线必须处理人声中所有复杂的频率。因此，下一步是让它在所有频率下都能工作。
事实上，该设备的工作原理就好像根本没有氧化层一样。当布拉顿反复戳弄金触点时，他意识到那是因为根本没有氧化层。他无意中把它洗掉了。布拉顿对自己感到非常愤怒，但他还是决定继续调整点接触。令他惊讶的是，他实际上获得了电压放大——更重要的是，他可以在所有频率下获得它！金触点在锗中制造了空穴，这些空穴抵消了表面电子产生的影响，就像水做的那样。但这比使用水的版本要好得多，因为现在，该设备在所有频率下都提高了电流。
布拉顿已经设法在某些频率下获得大的放大倍数，并且在所有频率下获得小的放大倍数——现在他只需要将两者结合起来。他知道关键部件是一块锗片和两个相隔只有几分之一毫米的金点接触。沃尔特·布拉顿用金箔围绕一个塑料三角形，并在其中一个点上切开。通过将三角形的尖端轻轻地放在锗上，他看到了惊人的效果——信号通过一个金触点输入，并在它通过另一个金触点输出时增强。第一个点接触晶体管诞生了。
他在 12 月 23 日的一次小组会议上展示了这个小小的塑料三角形。这是官方的——这个小小的锗、塑料和金部件是第一个工作的固态放大器。
(本文由 Radoslav Danchev 撰写)
在白板上构建电路
[edit | edit source]晶体管作为放大器
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这个实验室练习的第一部分是在白板上构建一个晶体管开关。我们从关于晶体管行为的讨论开始。讲师问我们晶体管的真正功能是什么，晶体管由哪些部分组成。知道答案的人很少。我们从前一年了解到晶体管可以放大电流。但在这次练习中，我们深入研究了它的结构，并理解了晶体管只不过是一个受电控制的电阻器。实际上并没有真正的放大。晶体管的真正功能是调节而不是放大。（本文由 Radoslav Danchev 撰写）
在实验室课程中，我们以电子学中通常解释的方式来想象晶体管——就像一个可变电阻器。它们是电控电阻器，被称为有源晶体管。通常，晶体管两端的电压会增加其值，但实际上它会衰减。晶体管会降低电源电压。似乎晶体管可以调节它——这是晶体管的主要功能之一。
让晶体管充当开关
[edit | edit source]在讨论完什么是晶体管之后，我们开始讨论晶体管开关的意义。我们得出结论，这是一种具有两种状态的元件——OFF 和 ON。当开关关闭时，没有电流流过它，因此晶体管关闭。发射极-基极结上的耗尽区很大。基极和发射极之间没有电位差。发射极-集电极端子作为开路。第二种状态是 ON——然后晶体管以最大的能力打开。基极-发射极结上存在电压。发射极-基极结上的耗尽区尽可能缩小。这里有一个关于晶体管开关的演示文稿：http://www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objID=SSE3703 非常有趣！看看吧！
最终，我们了解了晶体管和晶体管开关的具体含义，以及它们的通用用途。因此，我们开始构建一个。构建方案在照片中。 Hristina Malakova68 (talk)
使用更简单的转换器组装晶体管开关
[edit | edit source]- 这里有一些关于晶体管开关电路的问题。在这个电路中，基极电阻 Rb 实际上做什么？我们是否可以将 1000V 或更高的电压施加到晶体管开关输入端？集电极电阻 Rc 在这个电路中实际上做什么？提示：将晶体管开关表示为由三个转换器组成的电路（一个 电压到电流、一个电流到电流和一个 电流到电压 转换器）。请参见下面的图片。 Circuit-fantasist (talk) 14:32, 20 April 2008 (UTC)
将电路安装在原型 PCB 上
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上面的图片展示了我们如何构建一个晶体管开关。这对我们来说是一个非常有趣的任务。我的一些同事也参与了这个项目。我非常认真地观察着他们。首先，讲师找到一个原型印刷电路板 (PCB)，并交给了我们。然后我们开始构建我们的“发明”。我们将电源电压焊接到 PCB 上。然后，我们将 npn 晶体管放在板上。焊接它的引脚非常困难……但我们成功了！
调查电路
[edit | edit source]然后我们放了一个灯泡，用作集电极负载。灯泡的电流值为 100mA。我们将一个按钮连接起来，用于控制灯泡的开闭。我们将按钮焊接在电源正极和晶体管基极之间。当灯泡关闭时，按钮也关闭。在这种情况下，晶体管被截止。我们还连接了一个接触点，可以在那里测量晶体管开关的输出（集电极）电压。这是我们在我们的“发明”上做的最后一步。我们的晶体管开关工作得很好，我们测试了几次。非常棒。值得一做。
得出结论
[edit | edit source]最后，我们得出结论，如果我们想让晶体管开关正常工作，我们必须注意一些情况
- 晶体管必须完全饱和。否则它会开始发热。
- 如果 Rb 不够小，晶体管会被阻塞，并且会开始发热。它的行为将类似于放大器。
- 晶体管必须处于两种最终状态——饱和（完全导通状态）或截止（截止状态）。
实验 4：带正反馈的运算放大器触发电路
[edit | edit source]让带滞后的比较器具有记忆功能（“发明”一个基本的触发器）
一个简单的反向比较器
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问题：错误切换。
在本实验中，我们有机会讨论了最有趣的电子元件之一——放大器，特别是运算放大器。运算放大器可以有或没有反向连接。那些没有反向连接的放大器极其敏感。讲师告诉我们，最简单的无反向连接放大器是比较器。该器件的功能是记录电流通过放大器时的状态。比较器是一种逻辑信号，这意味着：“+”对应于“1”，而“-”对应于“0”。Hristina Malakova68 (talk)
在电路中引入滞后
[edit | edit source]具有滞后的系统可以概括为一个系统，该系统可以处于任意数量的状态，而与系统的输入无关。许多物理系统自然地表现出滞后。人类设计的系统有时会有意地表现出滞后。例如，考虑一个控制炉子的恒温器。炉子要么关闭，要么打开，中间没有其他状态。恒温器是一个系统；输入是温度，输出是炉子的状态。如果我们希望保持 23 度的温度，那么我们可以将恒温器设置为在温度降至 21 度以下时打开炉子，并在温度超过 25 度时关闭炉子。该恒温器具有滞后。假设温度为 24 度。根据这些信息，我们无法预测炉子是否会打开；无法预测恒温器的瞬时输出，只知道其瞬时输入。（该文本由 Eleonora Todorova 撰写）
正如我们之前所说，当运算放大器没有反向连接时，它极其敏感，其电压-电流特性会发生变化。为了忽略这种变化，使用了称为滞后的现象。滞后实际上是一种正向反向连接。它的工作原理就像笔的按下或抬起。没有平均状态——笔要么按下，要么抬起，这就是滞后的机制。它增强了放大器在相同方向上的性能，这就是变化消失的方式。为了在比较器方案中使用滞后，我们需要改变电源的类型。它不能是硬电源，而应该是一个方案（运算放大器）可以自行控制的电源，且朝正向控制。我们在方案中添加了一个分压器。这允许电流通过电阻器 R1 和 R2，它们的阻值相等。Hristina Malakova68 (talk)
在白板上可视化电路
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在白板上调查电路
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这是一个施密特触发器，它是由一个运算放大器构成的。正如您在图片中看到的，我们首先在白板上绘制了它的传输特性。然后，我的同事之一和老师在白板上进行了演示，向我们展示了电压是如何变化的。它就像一个动画。Hristina Malakova68 (talk)
用滞后曲线说明电路的工作原理
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滞后代表物理系统的历史依赖性。如果你推动某物，它会屈服：当你释放时，它会完全弹回吗？如果没有，它就表现出滞后，在某种广义上。这个术语最常用于磁性材料，就像韦氏词典所暗示的那样：当来自麦克风的信号的外部磁场关闭时，磁带中微小的磁畴不会恢复到它们的原始配置（按照设计，否则你对音乐的记录就会消失！）滞后发生在许多其他系统中：如果你在切割一块坚韧的肉时对你的叉子施加一个很大的力，它并不总是会恢复到它的原始形状：叉子的形状取决于它的历史。
滞后可用于过滤信号，使输出通过考虑最近的历史而缓慢地做出反应。（该文本由 Eleonora Todorova 撰写）
什么是施密特触发器？
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施密特触发器是一种比较器应用，当输入电压向上通过正向参考电压时，它将输出电压切换为负。然后，它使用负反馈来防止输出电压切换回另一个状态，直到输入电压通过较低的阈值电压，从而稳定了切换，防止噪声在通过触发点时快速触发。
在上面的图中，输入电压从零开始增加，沿着底部的水平线。输出电压保持在垂直线上的零。但是，当输入电压达到 1.7 伏时，输出电压从零急剧上升到 5 伏。降低输入电压，如顶部的水平线所示，不会导致输出立即降至零。只有当输入电压降至 0.9 伏时，才会发生这种情况。输入电平（输出上升到最大值的电平）和输入电平（输出下降到零的电平）是不同的（该文本由 Radoslav Danchev 撰写）。
- Radoslav，我还没有理解为什么滞后曲线向右倾斜。请解释一下。Circuit-fantasist (talk) 13:44, 28 April 2008 (UTC)
- 好吧，现在我同意……Circuit-fantasist (talk) 06:31, 19 May 2008 (UTC)
在下图中，施密特触发器的动作以另一种方式演示。黑色图形表示有噪声的逻辑信号。这是施密特触发器的输入。绿色图形是输出信号。输出保持在零，直到输入超过 1.7 伏。然后输出急剧上升到 5 伏，并保持在 5 伏，直到输入下降到 0.9 伏。然后输出下降到零。从非常嘈杂的输入中恢复了几乎完美的输出（该文本由 Radoslav Danchev 撰写）。
问题：我们如何让它记忆？
[edit | edit source]在实验结束时，我们讨论了一个非常有趣的事情——我们如何让一个设备记忆。这对我们来说非常激动，因为作为未来的计算机工程师，我们必须了解计算机 RAM 的构建方式。这个创造的秘诀如下：
目标是创建一个 RS 触发器（锁存器，触发器），它可以记忆施加到它的信号。为了获得触发器，我们必须获得 100% 的正向反向连接（反馈）。因此，我们可以获得一个具有正向反向连接的放大器，这意味着我们必须创建一个滞后。为了获得正向反馈，我们必须连续连接两个反相器。
一个触发器的秘密是为逻辑 1 提供 10V，为逻辑 0 提供 -10V，并在特定时刻将触发器切换到另一个状态。我们还需要提供偏置电压，这意味着传入信号必须获得一个位于滞后循环中间的值。换句话说，这个值必须介于两个阈值之间。Hristina Malakova68 (talk)
如果我们应用一个初始输入量，其大小在滞后环内，会发生什么？
一个小贴士：我们能否在这里使用强大的偏置理念？Circuit-fantasist (讨论) 13:49, 28 April 2008 (UTC)