電路想法/64a組

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64a組學生頁面

我們是來自計算機系統學院，索菲亞理工大學的學生。我們的 64 組分為兩個小組；我們組成第一個 64a 小組。以下是我們的姓名

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。

實驗 1：透過 Microlab 系統調查無源電阻電路

實驗 2：基於計算機的歐姆定律實驗

2008 年 3 月 20 日，星期四，下午 1:45

一根電線本身與電阻不同，它有長度；這就是為什麼偉大的電氣電路科學家歐姆在他的實驗中使用它。你可以摸摸電線，感受它在較大電流下的反應。在這個特殊的練習中，我們透過調查導電泡沫的電壓分佈進行了實驗，如圖片所示。如你所見，我們將電線連線到泡沫的兩個邊緣，並從 DAC1 和 DAC2 施加電壓。我們使用“探針”進行了大量測量，以調查導電泡沫的電壓分佈。

在使用基於計算機的Microlab系統並分析結果後，我們發現我們構建了一個並聯電壓求和電路。如果我們施加兩個大小相同但極性相反的電壓（一個正極，另一個負極），我們將會看到中心點的電壓為 0 伏。

導電泡沫非常有趣，因為我們可以看到電壓是如何在其上分佈的。 PavlinPanev 64

實驗 3：構建全波整流橋電路

2008 年 4 月 3 日，星期四，下午 1:45

參與本次實驗的人員：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。

調查一個 LED

在這個練習中，我們重新建立了著名的全波整流橋電路。為了視覺化它的工作原理（電流流動的位置），我們決定用不同顏色的 LED 替換普通的整流二極體。此外，我們還使用另一個 LED 作為負載。首先，我們調查了 LED 本身，以熟悉它的行為。我們發現它的效能很好，可以滿足我們的目的，它會發光並正常工作。很明顯，我們必須將一個保護電阻與整流橋電路串聯連線。 PavlinPanev 64

在白板上構建電路

步驟 1. 我們開始在白板上構建電路，方法是連線負載（測試的紅色 LED）。這裡我們假設 DAC 1 產生從 0 到 10 伏的正電壓（這是正半波）。注意我們如何勾勒出未來橋的“正”部分的倒置 S 形。 PavlinPanev 64

步驟 2. 然後我們假設 DAC 1 產生從 0 到 -10 伏的負電壓（這是負半波），並連線了未來橋的剩餘“負”部分的真實 S 形。只是，結果出現了短路：（我們該怎麼辦？我們開始思考……
我們已經知道二極體可以作為解耦元件（開關）；因此，我們在兩個相對的“正”橋腿中放置了兩個紅色 LED，充當正半波的整流和視覺化二極體。我們預計，由於所有三個二極體（包括“負載”）都以相同的方向連線，它們將使電流以正確方向流動，並在正半波期間發光。

步驟 3. 但是這還不夠...:( 為了消除衝突，我們不得不在這兩個相反的“負”橋臂上再加兩個（現在是綠色的）LED，再次充當負半波的整流和視覺化二極體。我們解決了短路問題；我們成功地“發明”了著名的*全波橋*整流電路！

您可以在圖片上看到我們是如何製作全波橋的——無論電流是從 - 到 + 還是從 + 到 -，我們的紅色負載 LED 都會始終亮著！現在我們可以進行一個真正的實驗，看看我們的電路是否真的能工作。 PavlinPanev 64

將電路安裝在原型 PCB 上

這是一個真正的動手練習，我們在這個真實的原型 PCB 上安裝了真實的電路；我們將兩個整流 LED 和 LED 負載焊接到板上，並用電線連線它們。這樣我們終於得到了一個真正的全波橋整流器，它不需要任何測量裝置。想象一下，它應該透過二極體本身來指示其狀態（電流方向）！我們迫切地想知道它是否會像我們假設的那樣工作？測試它會很有趣。 PavlinPanev 64

透過Microlab 調查電路

在我們透過*Microlab* 系統為電路供電後，我們就可以開始調查電路的工作原理了。

正輸入電壓

它按預期工作 - 當我們施加正輸入電壓時，三個紅色 LED 亮起，另外兩個 LED 熄滅。一切都正常，正如我們所期望的那樣。 User:PavlinPanev 64

負輸入電壓

然後我們在負輸入電壓下測試了電路；結果再次符合預期。我們對自己的工作感到滿意，因為我們做得很好。著名的全波橋不僅在理論上工作，而且在現實中也工作！ PavlinPanev 64

PavlinPanev 64，感謝您的參與。您的文字非常有用且資訊量大；您寫的內容正是我們這個頁面所需要的。以這種方式繼續開發頁面。在您的插入內容後新增四個波浪號（它們將被您的使用者名稱和建立日期替換）。我也把你使用者頁面上的照片放了一些；你只需要說一些關於自己的話。致敬，Circuit-fantasist (talk) 05:16, 25 April 2008 (UTC)

實驗 4：具有正反饋的運算放大器電路

運算放大器簡要介紹

運算放大器，簡稱運放，是電子電路中的基本元件之一。事實上它是一種抽象。在運放這個詞下，我們理解一個具有極好效能的差分放大器，例如巨大的 A_d - 差模增益、兆歐姆電阻等等。下圖是一個差分放大器，我用 OrCad 儀器製作的。

我們有兩個連線到電源 V1 的雙極電晶體。電晶體 Q2 具有恆定的基極電源，而電晶體 Q1 具有可變的基極電源。讓我們看看 PSpice 生成的時序圖

在時間 t=0 時，兩個基極源電源都等於 2V，Q1 和 Q2 的電壓近似相等。然後 V3 源開始非常緩慢地降低其電壓。由於這個動作，Q1 的電阻增加，Iq1 發射極電流減小。根據第一基爾霍夫定律，另一個 Iq2 發射極電流以與 Iq1 下降相同的量增加。在生成的時序圖中，您可以看到，當源電源下降時，Q1 的 Uce 增加到飽和，而 Q2 的 Uce 對稱下降。當 V3 下降 0.5V 時，Vout 改變 10V。

現在我們用運放替換了離散差分放大器

以及時序圖

綠線代表差分放大器。這裡我們可以看到運放與我的差分放大器略有不同。它與普通放大器相比，具有非常改進的動態特性，改進的頻率特性等等，所有這些都是以更多電晶體和更高的複雜度為代價的。結論是，對我們來說，運放是一種抽象。我們不關心運放內部是什麼，而是運放的功能。正如麻省理工學院的 Anant Agarwal 教授所說，“...運放在程式設計中的類似物是 printf() 函式...” 使用起來非常簡單，但是如果我們看看它的實現，事情就會迅速發生變化。 --77.70.25.29 (talk) 14:46, 14 May 2008 (UTC)zdravko64

什麼是負反饋

負反饋的思想是設法保持平衡。具有負反饋的電路實際上扮演了*主動調節元件*的角色——無論電阻是多少，它都會保持這種平衡（這裡是什麼意思？ Circuit-fantasist (talk) 17:09, 27 April 2008 (UTC))。運放試圖做的僅僅是像一個真正思考的人類一樣。

看看圖片。輸入電壓 Vin 和輸出電壓 Vout 之間的差值 ∆V 被施加到運放的差分輸入。問題是運放試圖使 ∆V 非常接近 0 伏，以便運放補償差值。但是它不能超過放大器本身的電壓（這裡是什麼意思？ Circuit-fantasist (talk) 17:09, 27 April 2008 (UTC))。請注意，運放不會從輸入電壓源獲取能量來供電負載；相反，它使用自己的電源。輸入電流非常低（納安和皮安）；所以，我們可以說它們是電壓輸入。

負反饋跟隨器只是重複輸入值，無論遇到什麼障礙。以這種方式，它就像一個真正的人類。 PavlinPanev 64

通用負反饋電路

在 Pavlin 向我們介紹了負反饋的概念後，是時候建立和檢查具有負反饋的真實電路了。我將再次使用*OrCad* 系統來模擬兩種最流行的反饋型別。這類方案的基本原則是

"V- 小於或等於 V+"

第一個電路是理想的電壓分配器（為什麼它是理想的，這意味著什麼？） Circuit-fantasist (talk) 06:18, 19 May 2008 (UTC)

根據上面提到的規則，V-=0。那麼 R9 的電壓為 V8-0。電流 I1 為

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

R10 的電壓為

I1*R10=-Vout

這讓我們得出

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

在本例中，Vout = -Vin，因為 R10=R8=1k。時間圖如下所示

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

將負反饋電路轉換為正反饋電路

總體思路

如果我們在將反饋從輸出端應用到減法器的輸入端時犯了一個錯誤，結果導致它變成了加法器，會發生什麼？在生活中，這意味著愚弄某人做錯事（例如，做一些壞事而不是做一些有用的事，反之亦然）。他/她“認為”他/她在以正確的方式做出反應，但實際上他/她在做完全相反的事情！

如果我們交換運放的輸入端（通常是無意地），我們可以再現這種情況。結果，運放“迷失方向”；就像人類一樣，它“認為”它正在以正確的方式做出反應，但實際上它正在做完全相反的事情。

透過這種方式，我們可以引入正反饋的偉大理念。它非常有用（例如，所有觸發器 RAM 都基於這個強大的理念）。 PavlinPanev 64

將非反相放大器轉換為具有滯後的反相比較器

同樣地，如果我們在構建非反相放大器時犯了一個錯誤，交換了反相和非反相輸入端，會發生什麼？讓我們試試。

施密特觸發器

從抽象世界回到現實，我想向大家展示，正反饋中沒有任何魔法、生命或類似的東西，只有基於非常強大的數學基礎的純粹物理學。正反饋用運放的等效模型經典地解釋。

現在，如果我們將 V- 接地，並將 V+ 連線到依賴源，我們將創造出在數學和程式設計中稱為遞迴的東西。

這意味著 V+=A*V+。遞迴的終點在哪裡？這就是運放飽和的時候。知道了這一點，我們可以建立一個比較器，它將 V+ 值與零進行比較，如果大於零則形成正脈衝，否則形成負脈衝。使用這個比較器，我們可以從正弦波中形成方波。

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

如何研究電路

研究電路

TINAE（論文）關於二極體（作者：Zdravko64）

二極體背後的概念

當一個人聽到一個陌生的詞時，他首先會感到困惑。他試圖理解這個詞的意思，如果失敗了，他會嘗試將這個詞與比喻聯絡起來。“二極體”這個詞源於希臘語，意思是兩個電極或兩個“ode”。第一個電極稱為陽極：在希臘語中，ana- + hodos 表示上升之路，第二個電極稱為陰極：在希臘語中，kathodos 表示下降之路。好的，我們有一個詞，實際上意味著類似於山丘或上升的土地，如果我們有一輛腳踏車，我們可以從山丘上下來，不需要任何額外的努力。但是，當我們試圖爬上這座山丘時，可能很難到達山頂，而且我們可能會以非常低的速率開始行走，或者向後走。回到電力世界，電子是騎著腳踏車的村民，而二極體就是山丘。帶有二極體的電路可以表現為滑雪道。當升降機從底部到頂部工作時，滑雪者非常高興，但是，如果我們改變升降機方向，所有滑雪者都會想知道發生了什麼，並且沒有人會進行下山滑雪。

接下來的問題是，“為什麼我們需要這樣的部件？” 以及“二極體出現之前電路是什麼樣的？” 這些答案需要引入一些歷史概念。 Zdravko64

你的文字非常有趣、引人入勝，並且獨具特色！你的工作應該得到獎勵！請在寫下你的評論之前建立帳戶並登入，以便 **載入史冊**。:) 然後在你的評論後面寫下四個波浪號；維基標記會將它們替換成你的使用者名稱。

順便說一下，我的固態錄音機的電池發生了故障 :( 結果，我沒有記錄下我們這次非常有趣的實驗室練習。請幫助我恢復這些寶貴的資料！Circuit-fantasist (talk) 20:54, 3 April 2008 (UTC)

二極體發明之前的電路

讓我帶你回到 19 世紀初，在這一章中，我想進入偉大的物理學家（或者，正如當時人們所說的，偉大的自然哲學家）的思想。1800 年，威尼斯自然哲學家亞歷山德羅·吉塞佩伯爵和安東尼奧·阿納斯塔西奧·伏特做出了一項偉大的發明。這一切始於與他的同事路易吉·伽伐尼的一場爭論。在一系列動物實驗之後，伽伐尼發現，如果在解剖過程中用金屬手術刀接觸某個腿部神經，就會發生肌肉收縮。他認為，人體中存在某種“生命電”，它流經神經。伏特不同意這種觀點。1792 年，他寫道：

“我相信，電介質從未因器官的自身作用、任何生命力的作用或從動物的某一部分傳播到另一部分而被激發和移動，而是由於它在金屬連線處接收到的衝動而被決定和約束。” [1]

他們當時的思考方式是不是令人難以置信？伏特認為，電流是一種流體。他不知道存在電子，更不知道元素是由原子組成的，因為這在 1827 年才得到證實，當時植物學家羅伯特·布朗使用顯微鏡觀察漂浮在水中的塵埃顆粒，發現它們在不規則地移動——這種現象後來被稱為“布朗運動”。科學家們懷疑這並不是一種普通的流體。伏特用不同的化學元素代替青蛙的腿，發現這些元素和聚集體（電極）在電解質（伽伐尼元件）中發生解離，獲得確定的電化學電位（參見電化學序列表）。伏特所需要做的就是將兩個具有不同電化學電位的伽伐尼元件連線起來。伽伐尼元件的正電極被稱為 *陰極*，負電極被稱為 *陽極*。那麼，這裡合理的問題是，“電池是二極體嗎？” Zdravko64

Zdravko64，你的問題適合我的教學目的，因為我打算在 4 月 9 日星期三的下一堂課上問我的學生相反的問題：“二極體是電池嗎？”如果你能在你的二極體論文中以及在課堂上回答這個問題，我會很高興。 Circuit-fantasist (talk) 16:01, 7 April 2008 (UTC)

Circuit-fantasist，當我開始寫這種型別的文章時，我的意圖是創造一份真正有用且嚴肅的作品，類似於某種科學作品，但表達方式不那麼複雜。現在我意識到，這更像一篇論文。我希望，我們能夠進行一些團隊合作，你給我一些指導，說明如何改進我的推理以達到我的目標。如果您能告訴我如何在這裡新增圖片，我就可以從我的講義筆記本和實驗室筆記中新增圖片。提前感謝。 Zdravko64 19:26, 14 April 2008

嗨，Zdravko！週三之後我才能幫你。Circuit-fantasist (討論) 2008年4月14日 18:10 (UTC)

我們有形成山丘的電位差。但下一個關鍵詞——耗盡，就出現了。伏特電池的主要缺點是電荷的不可逆移動。當我們連線陰極和陽極時，我們從陽極獲取Zn離子，它會取代硫酸中較弱的2H離子。氫離子與陰極帶電，變成原子，然後飛走。陰極中的電荷移動到陽極（根據本傑明·富蘭克林的定義，方向是從正極到負極），陽極變為正極，更多的Zn負離子被丟擲。很明顯，在一段時間後，陽極要麼消失，要麼酸會變成鹽。無論如何，這個過程都會停止。然後電池將變成電介質。好的，但如果電池是理想的，它永遠不會耗盡。電池具有固定的電位差，並且使用適當的相反高壓，我們可以設法越過山丘。根據疊加原理，兩個電壓要麼相加，要麼相減，取決於兩個源的電流方向。這意味著我們從第一個山丘上下來，進入第二個山丘，如果那個山丘的升高相同，我就會加速並獲得動能。否則我的動能會變成勢能，如果勢能足夠，我會越過山丘或停在山丘末端，但如果勢能不足，我就會折返回去，並穿過第一個山丘。

伏特發現了另一件有趣的事情。他注意到電池有能力將電荷從陽極轉移到陰極。這種力被稱為電動勢（emf）。在這種情況下，電動勢是由解離過程提供的。這種力在二極體中缺失。但在伏特電池中，如果我們移除電動勢，意味著移除鹽橋或在酸中放置一個將陽極和陰極隔開的隔板，兩個電極將立即使其電位差相等。結果，電極將變為中性。我們如何防止這種情況發生？Zdravko64

1827年，歐姆定律出現在他著名的著作《用數學方法研究電流》（Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet）中，他在書中給出了他對電學的完整理論。不幸的是，他理論中大部分內容都被傅立葉和納維爾等偉大的頭腦完全推翻，因為歐姆認為電的傳遞發生在“相鄰粒子”之間。儘管如此，他的實驗無疑是有效的，他的定律也是有效的。18年後，古斯塔夫·基爾霍夫用他的兩個定律概括了格奧爾格·歐姆的工作。當時電路是測量橋，比如1843年的惠斯通電橋、開爾文雙電橋和RC電路。1832年發生了兩項重大發現。第一個是電磁感應的發現，由法拉第[2]和約瑟夫·亨利[3]獨立完成，第二個是巴倫·西林·馮·坎斯塔特發明電報[4]。電磁感應的發現告訴我們，電流與流體略有不同。電流在流過的導線周圍產生磁場，而變化的磁場也會產生電場。

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

.

其中 ${\mathcal {E}}$ 是電動勢，單位是伏特， ${Phi_{B}}$ 是磁通量，單位是韋伯。這條定律告訴我們，“磁流體”，也稱為磁場，產生的電動勢等於磁通量變化速率的負值。發現兩種型別的電感：“互感”和“自感”。此後不久，伊波利特·皮克西[5]製造了第一臺發電機File:Electrical generator.

電路開始包含電感元件，RL電路也出現了。語句

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

導致

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

.

這意味著我們可以使用電感來減緩 $i(t)$ 的增長率。

從工程的角度來看，電報的發明非常有趣。你可以看到在1898年，歐洲、美洲、非洲和亞洲之間已經有了電報線路。File:Telegraph Lines[6]。兩個問題也隨之出現

1. 如何支撐這些數千公里的電報線。

2. 如何使用我們的發電機和發電站為電報供電。

換句話說，我們是否可以使用法拉第稱為莫爾斯電碼傳輸的場的新型流體。麥克斯韋在他的文章“論力的物理線”[7]（我建議閱讀這篇非凡的作品）中開始對磁現象和電現象進行哲學思考，並意識到電場和磁場是同一個電磁波的一部分。我們不需要機械介質來承載這種波，因為在這種情況下，能量是振盪的。這就是RLC電路的起源。File:Picture of RLC

RLC電路產生了電磁波的磁場部分和電場部分，因此該電路被稱為諧振電路或調諧電路。電磁波的自然頻率是

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

二極體發展的原因。進化還是天才革命

關於電子歷史的一點概述。我的目的是展示二極體的發明並非偶然。1803年，約翰·道爾頓運用被遺忘的德謨克利特的理論來解釋元素為何以固定的質量比例組合，換句話說，為什麼我們有SO₂、CO₂、Na₂O，但從沒有S0_1.8或Na_2.1O。道爾頓將此總結為“倍比定律”。之後，在1827年，羅伯特·布朗進行了他的歷史性實驗，而J. Desaulx在50年後的1877年提出，這種現象是由水分子熱運動引起的。 [此處我想放一個燈泡圖] 1883年，托馬斯·愛迪生觀察到，當一個金屬板連線到燈絲的正極時，電流會在白熾燈的燈絲和真空中的金屬板之間流動，而當金屬板連線到負極時，電流就不會流動。他實際上重新發現了熱電子二極體的原理。這個原理是這樣的：如果我們將陽極加熱到特定溫度，一些電子可能會獲得足夠的能量，從金屬板中分離出來，並透過真空到達陰極。此處我想放一個熱電子二極體圖

如果你好奇，愛迪生是如何在那個時代就成功地製造出真空，以及世界是如何在J.J.湯姆遜實驗之前就瞭解電子的，請點選以下連結：

1.[http:[8]]

2.[http:[9]]

因此，愛迪生的發現告訴我們一個非常重要的資訊，此後歷史證明，電氣工程師開始從物理學家中分離出來，這個資訊就是：“電子是我們計程車兵，我們可以控制它們”。當然，與加熱真空管二極體的操作等效的過程是蒸發[此處放一張蒸發圖，以及熱電子二極體工作原理圖]。在第一種情況下，蒸發使流體升溫，在宏觀層面上意味著分子增加了動能並飛走，當達到適當的水平時。第二種情況的工作原理相同，但愛迪生不知道是什麼型別的鍵或能量將電子束縛在一起，肯定不是化學鍵或重力。這種現象被稱為電子發射。電子作為原子的一部分是在1898年由約翰·約瑟夫·湯姆遜爵士發現的。[關於湯姆遜的三個實驗的更多資訊 [http:[10]]]]。在他獲得諾貝爾獎的演講“負電荷載體”[11]中，他談到了二極體工作原理的抽象概念，正如我們將在下一節中看到的。

理想二極體的幻想

歡迎來到現實世界！二極體作為抽象概念

不同型別的二極體

基本二極體電路和我們的實驗室實驗

結語

嗨，David！感謝你的幫助意願。兩個月前我決定讓我的學生參與到電路理念專案中，某種程度上說，是“玩玩而已”；但結果證明非常成功和令人興奮，以至於我完全投入到這個新的網路專案中。我在討論中談到了這個專案的開始，我們和我的學生一起完成了頁面，該頁面專門用於著名的歐姆實驗。

總的來說，你可以透過表達你對學生頁面中所討論的具體電路現象的意見來支援這個“開放式學生華夏公益教科書專案”。我很抱歉沒有邀請你（例如，你可以看到我邀請了 Bill Beauty）；但我希望你會注意到這個新的舉措。

David，你知道如何恢復刪除的圖片嗎？這些圖片是學生建立的；可能他們沒有新增許可證標籤。問題是學期已經結束，學生都走了，我電腦上也沒有這些圖片的副本。

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

好的，我和WhiteKnight談了一下...還需要做什麼？--DavidCary (talk) 12:57, 23 June 2008 (UTC)

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