有人用非教科书类比来解释电路的元素吗?

电器工程 电容 就职
2022-01-29 03:50:29

我想知道是否有人可以类比解释电感器、电容器、晶体管、二极管和运算放大器的作用?

我了解基本思想;我目前是一名电气工程专业的学生。我已经知道教科书的定义,但我只是想知道是否有人有某种类比来总结所有不是教科书的东西。:) 我想进一步提高我的理解力,但老实说,仅仅从课堂和书本中学习东西是困难的、痛苦的和无聊的,因为作为一个学生,看到全局仍然是一个挑战。

3个回答

水流类比是经典的,在理解电路方面还有很长的路要走。想想在管道系统中流动的水。这有点难以适应 AC 区域,很难,但对于 DC 来说值得一提,并且是一个很好的起点。

一些定义的类比:

  • 收费 [C] 水量[kg]
  • 当前的 [C/s] 水流量[kg/s]
  • 潜在的 [J/C] 压力[Pa]
    • 电压电位差 [J/C] 压力差[Pa]
  • 反抗 [Ω] 管道或磨轮的狭窄部分。

(在这种情况下,请参阅其他答案:https ://physics.stackexchange.com/questions/161650/could-someone-intuitively-explain-to-me-ohms-law/161701#161701 )

电路部分的类比:

  • 电容器 用弹性膜完全阻塞管道(没有水通过膜,但在一侧积聚压力使其膨胀并以相等的压力“推动”相对侧,但力的方向相反)

  • 二极管 单向球阀(二极管防止一个方向充电,但允许另一个方向没有电阻)

  • 电池 将水返回到起点的泵。

  • 运算放大器(Op amp) 提高压力的泵(放置在管道回路中的某个点)。

  • 晶体管 可调阀(晶体管是“调节器”,小信号可以使电流/电压发生较大变化)

  • 电感器 一个沉重的磨轮(起初它不会移动,但一段时间后它会移动并且不再对流动产生阻力。)

我会试一试......这完全不在我的脑海中,应该通过阅读教科书来检查。

首先要注意的是,这些组件中的大多数仅对振荡电信号(即 AC)才有意义。它们在直流电路中用处不大[尽管我敢打赌有人能想到一个……见评论]

  • 电感器:基本上是一个线圈。当电流开始流动时,磁场开始上升。当您“充电”磁场以抵抗电流变化时,这需要工作。这使得信号中的尖峰变成钝峰。所以它可以平滑信号(在整流电路中很有用)。

  • 电容器:一种电荷存储装置:最初,它允许电流快速流入,但在充电时,它会阻止电流流动并对电流产生不断增加的阻力,直到其电位与驱动电位相同。被驱动侧上升的电荷会在另一侧感应出类似的电荷,因此它会传输变化的电流(即使它是直流开路的)。串联时,可用作滤波器 - 它在其谐振频率处对信号具有非常低的阻抗。同时,它平滑了两条轨道之间的差异(再次整流器)

  • 二极管:单向门:电流只能通过一种方式流动。

  • 晶体管:这个名字的意思是转移电阻——它什么也没告诉你!基本上,您将收集器连接到顶部导轨(例如+5V),发射器通过电阻接地,而基座是您的信号输入。没有任何东西连接到基极,发射器将浮动到由简单的欧姆分压给出的特定电压(例如,+2V)。当您将电流注入基极时,这将降低集电极 - 发射极结的有效电阻,发射极电压将升高。降低基极电流,发射极将再次下降。所以输出(Emitter)将简单地跟随输入(Base)正在做的事情。聪明的部分是输出中的电流来自收集器,因此可以随心所欲地强 - 你已经放大了基础信号!(咳咳!)

  • 运算放大器:电压放大器:这是一个“复杂”的集成电路,由上述许多组成。基本上; 输入端的小电压差 = 输出端的大 $V_{diff}$。在担心如何之前了解以上所有内容?

祝你学业顺利!

从课堂和书本上学习东西是困难、痛苦和无聊的

欢迎来到工程学。:-)

类比在一开始可能会有所帮助,但最终没有什么可以替代直接理解该主题,尤其是当您涉及运算放大器等更复杂的主题时。了解大局需要时间和广泛的知识基础。请放心,您辛苦而痛苦的工作得到回报。特别注意基础知识——电路分析、电子学、机电领域、信号分析。当您学习和(更重要的是)做作业时,您将获得对电子电路行为的直觉,以及它们背后更深层次的数学模型。

话虽如此,水流的比喻并不可怕。如果你有很强的数学背景,机械类比(电压/电流/电阻=力/速度/摩擦)可能会有所帮助。当然,这些仅与您对液压和力学的理解一样好。

可能更有帮助的是阅读同一主题的许多解释。有时学校会选择糟糕的教科书,因此请在您的图书馆寻找其他教科书。网上也有很多关于这些概念的入门解释。威廉·比蒂有一些好东西。)