Hat jemand eine Nicht-Lehrbuch-Analogie, um Elemente einer Schaltung zu erklären?

Ich habe mich gefragt, ob jemand mit Analogien erklären kann, was Induktivitäten, Kondensatoren, Transistoren, Dioden und Operationsverstärker tun.

Ich verstehe die Grundidee; Ich bin derzeit ein Student der Elektrotechnik. Ich kenne die Lehrbuchdefinitionen bereits, aber ich habe mich nur gefragt, ob jemand eine Analogie hat, um alles zusammenzufassen, was nicht aus einem Lehrbuch stammt. :) Ich möchte mein Verständnis weiter verbessern, aber um ehrlich zu sein, ist es schwierig, schmerzhaft und langweilig, nur Dinge aus Klassen und Büchern zu lernen, denn als Student ist es immer noch eine Herausforderung, das GROSSE Bild zu sehen.

Eine Wasserflussanalogie ist klassisch und weitreichend für das Verständnis von Stromkreisen. Denken Sie an Wasser, das in einem Rohrsystem fließt. Dies ist etwas schwer in den AC-Bereich einzustellen, hart, aber für DC eine Erwähnung wert und ein guter Ausgangspunkt.

Analogien für einige Definitionen:

• Ladung ⟶ Wassermenge [ k g$[\mathrm{C}]$ $\longrightarrow$$[\mathrm{kg}]$
• Strom ⟶ Wasserdurchfluss [ k g / s$[\mathrm{C/s}]$ $\longrightarrow$$[\mathrm{kg/s}]$
• Potential ⟶ Druck [ P a$[\mathrm{J/C}]$ $\longrightarrow$$[\mathrm{Pa}]$
  • Spannungs- oder Potentialdifferenz ⟶ Druckdifferenz [ P a$[\mathrm{J/C}]$ $\longrightarrow$$[\mathrm{Pa}]$
• Widerstand ⟶ Ein schmaler Teil eines Rohrs oder eines Mühlrads.$[\mathrm{\Omega}]$ $\longrightarrow$

(Siehe in diesem Zusammenhang diese andere Antwort: /physics/161650/could-someone-intuitively-explain-to-me-ohms-law/161701#161701 )

Analogien für die Schaltungsteile:

• Kondensator Eine vollständige Blockierung des Rohrs mit einer elastischen Membran (Kein Wasser passiert jemals die Membran, aber durch Druckaufbau auf einer Seite wird sie sich ausdehnen und die gegenüberliegende Seite mit gleichem Druck "drücken", aber die Kraft ist in die entgegengesetzte Richtung gerichtet.)$\longrightarrow$

• Diode A Einwegkugelventil (A Diode verhindert in einer Richtung aufzuladen , sondern erlaubt , ohne Widerstand in die andere Richtung)$\longrightarrow$

• Batterie Eine Pumpe, die Wasser zu einem Startpunkt zurückführt.$\longrightarrow$

• Operationsverstärker (Operationsverstärker) Eine Pumpe, die den Druck erhöht (an einer Stelle im Rohrkreis ).$\longrightarrow$

• Transistor Ein einstellbares Ventil (Transistoren sind "Einsteller", bei denen ein kleines Signal große Änderungen an Strom / Spannung bewirken kann)$\longrightarrow$

• Induktor Ein schweres Mühlrad (zuerst bewegt es sich nicht, aber nach einiger Zeit widersteht es dem Durchfluss und gibt ihm keinen Widerstand mehr.)$\longrightarrow$

Ich werde es versuchen ... Das ist alles auf den Kopf gestellt und sollte durch Lesen eines Lehrbuchs nach überprüft werden.

Als erstes ist zu beachten, dass die meisten dieser Komponenten nur mit einem oszillierenden elektrischen Signal, dh Wechselstrom, sinnvoll sind. Sie sind in einem Gleichstromkreis nicht sehr nützlich [ obwohl ich wetten kann, dass jemand an einen denken kann ... siehe Kommentare ]

• Induktor : Grundsätzlich eine Drahtspule. Wenn ein Strom fließt, steigt ein Magnetfeld an. Dies erfordert Arbeit, wenn Sie das Magnetfeld "aufladen", damit es der Stromänderung widersteht . Dies führt zu einer scharfen Spitze im Signal und verwandelt sich in einen stumpfen Buckel. So wird das Signal geglättet (nützlich in einer Gleichrichterschaltung).

• Kondensator : Ein Ladungsspeicher: Anfangs lässt er den Strom schnell einfließen, widersteht jedoch beim Laden dem Fluss und zeigt einen immer größeren Widerstand gegen den Fluss, bis sein Potential dem Antriebspotential entspricht. Die ansteigende Ladung auf der angetriebenen Seite induziert eine ähnliche Ladung auf der anderen Seite und so weiter überträgt so einen sich ändernden Strom (obwohl sie für Gleichstrom offen ist). In Reihe, kann als Filter verwendet werden - es hat eine sehr niedrige Impedanz für Signale mit seiner Resonanzfrequenz. Parallel dazu werden Differentiale zwischen den beiden Schienen geglättet (wieder Gleichrichter)

• Diode : : Strom kann nur in eine Richtung fließen.

• Transistor : Der Name bedeutet Transferwiderstand - was Ihnen nichts sagt! Grundsätzlich verbinden Sie den Kollektor mit der oberen Schiene (z. B. +5 V), den Emitter über einen Widerstand mit Masse und die Basis ist Ihr Signaleingang. Wenn nichts an die Basis angeschlossen ist, schwimmt der Emitter auf eine bestimmte Spannung, die durch einfache ohmsche Spannungsteilung (z. B. + 2 V) gegeben ist. Wenn Sie einen Strom in die Basis einspeisen, verringert dies den effektiven Widerstand des Kollektor-Emitter-Übergangs und die Spannung des Emitters steigt an. Reduzieren Sie den Basisstrom und der Emitter fällt wieder ab. Der Ausgang (Emitter) folgt also einfach dem, was der Eingang (Base) tut. Der clevere Teil ist, dass der Strom in der Ausgabe vom Collector kommt und so stark sein kann, wie Sie möchten - Sie haben verstärkt das Basissignal! (Kerannng!)

• OP-Verstärker : Ein Spannungsverstärker: Dies ist eine "komplexe" integrierte Schaltung, die aus vielen der oben genannten besteht. Grundsätzlich; kleine Spannungsdifferenz an den Eingangsanschlüssen = große $ V_ {diff} $ an den Ausgängen. Verstehen Sie all das gut, bevor Sie sich Sorgen machen wie ?

Viel Glück beim Studium!

Dinge aus Klassen und Büchern zu lernen ist schwer und schmerzhaft und langweilig

Willkommen beim Engineering. :-)

Analogien können von Anfang an hilfreich sein, aber letztendlich gibt es keinen Ersatz dafür, das Thema direkt zu verstehen, insbesondere wenn Sie zu komplexeren Themen wie Operationsverstärkern gelangen. Das Verständnis des Gesamtbildes erfordert Zeit und eine breite Wissensbasis. Seien Sie versichert, dass Ihre harte und schmerzhafte Arbeit wird sich auszahlen. Achten Sie besonders auf die Grundlagen - Schaltungsanalyse, Elektronik, E & M-Felder, Signalanalyse. Wenn Sie studieren und (was noch wichtiger ist) Hausaufgaben machen, werden Sie sich ein Bild über das Verhalten elektronischer Schaltkreise und die tieferen mathematischen Modelle dahinter machen.

Davon abgesehen ist die Wasserfluss-Analogie nicht schrecklich. Wenn Sie einen starken mathematischen Hintergrund haben, kann die mechanische Analogie (Spannung / Strom / Widerstand = Kraft / Geschwindigkeit / Reibung) hilfreich sein. Das sind natürlich nur so gut wie Ihr Verständnis von Hydraulik und Mechanik.

Was mehr helfen könnte, ist das Lesen vieler Erklärungen zum gleichen Thema. Manchmal wählen Schulen schreckliche Lehrbücher aus, suchen Sie also in Ihrer Bibliothek nach anderen. Es gibt auch viele Startererklärungen zu diesen Konzepten online. ( William Beaty hat einige gute Sachen.)