Paso 3: Cartilla de teoría de circuitos
Ahora, en mi parte favorita de la electricidad: circuitos!
Circuitos de explotan los conceptos de física mencionadas con el fin de aprovechar y manipular la electricidad. Circuitos se componen de elementos del circuito, discretos componentes diseñados para realizar una función específica mediante la manipulación de electricidad según una ley física. Una comprensión del funcionamiento de componentes de circuito SIDA en el análisis de circuitos complejos. El circuito básico del generador de Marx por sí sólo requiere tres componentes únicos: resistencias, condensadores y boquetes de chispa. Sin embargo, con el fin de proporcionar una adecuada introducción a la electrónica, a introducir varios otros componentes importantes.
Resistencias: Oponerse a la corriente. Resistencias de añadir resistencia, el análogo eléctrico de la fricción, a un circuito. Las cargas eléctricas, como lámparas, añadir resistencia, o impedancia si se trata de componentes reactivos a un circuito. Los cables poseen una calidad específica innata, material denominada resistividad y la resistencia de un alambre puede calcularse como el producto de la resistencia y longitud dividido por su área de sección transversal del cable. La resistencia de una resistencia, el voltaje en un resistor y la corriente a través de una resistencia está todos relacionada por ley de Ohm. Potenciómetros, reóstatos y los trimmers son tipos de resistencias variables, que pueden ser configurados para circuitos de divisor de tensión ajustable de forma. Resistencias sirven para limitar la corriente y voltaje en circuitos. En este Instructable, utilizaremos resistencias para disminuir la carga y descarga de condensadores.
Condensadores: Almacenar energía en un campo eléctrico. Condensadores a menudo están compuestos por dos placas conductoras paralelas en que carga se acumula cuando se aplica un voltaje. Entre las placas, estos forma un campo eléctrico uniforme con magnitud proporcional a la densidad de carga superficial de las placas. Como acumula la carga, el campo eléctrico, y así el voltaje entre las placas aumenta en magnitud. Una vez que el voltaje en el condensador es igual a la tensión de la fuente, corriente dejará de fluir. Disminuyendo la superficie de las placas aumenta la tensión por la carga de la unidad y disminuir la acumulación de la carga máxima por consiguiente. De esta manera, el producto de la tensión y la carga de un condensador es constantes y define una cualidad innata de cada condensador se llama capacitancia, C. La energía (en julios) almacenada en el campo eléctrico de un capacitor en cualquier instante puede calcularse como 1/2CV ^ 2. Cuando un condensador se carga a través de un resistor (un circuito RC), la diferencia del voltaje entre el condensador y la oferta disminuye y carga disminuye. Usando cálculo, podemos resolver una ecuación diferencial de primer orden para la corriente por el circuito RC con un voltaje constante en función del tiempo. El resultado indica que la corriente disminuye exponencialmente a cero, con mayor disminución resultante de valores más pequeños de la capacitancia y la resistencia. El producto de la resistencia y la capacitancia en un circuito RC se conoce como la constante de tiempo RC. Oposición del condensador para frenar las corrientes cambiantes (es decir, las frecuencias bajas) se conoce como su reactancia, X. En circuitos de CA, resistencia de compuestos reactancia a la impedancia compleja Z, se define como la suma de ortogonal resistencia y reactancia vectores. En definitiva, a muy altas frecuencias (aproximaciones al infinito), condensadores de no ofrecen ninguna impedancia y actúan como cortocircuitos. A muy baja frecuencia (acercándose a 0; C.C.), condensadores de ofrecen impedancia infinita y actúan como circuitos abiertos. En este Instructable, utilizaremos condensadores como el elemento de almacenamiento de energía primaria.
Inductores y transformadores: Almacenar energía en un campo magnético. Inductores son el análogo magnético de condensadores y reflejan su comportamiento. Inductores son simplemente bobinas de alambre, y como tal, el alambre sí mismo puede exhibir inductancia parásita no ideal (además, dos hilos mentira adyacentes puede exhibir capacitancia parásita). Inductores de aprovechan los principios del electromagnetismo, descrita por la ley de Ampère y de Faraday. De la ley de Ampère, funcionamiento actual a través de un alambre produce un campo magnético que rodea el cable. De la ley de Faraday, un campo magnético cambiante (flujo magnético) a través de un circuito induce una corriente que contrarresta el campo magnético. La combinación de las leyes, vemos que los campos magnéticos resultando de los lazos en un inductor sirven para mantener la corriente que fluye por el inductor. Este comportamiento característico de los inductores se mide la inductancia, L. La energía almacenada en el campo magnético de un inductor en cualquier momento puede calcularse como 1/2LI ^ 2. Como con el condensador, podemos resolver una ecuación diferencial de primer orden para la corriente por el circuito RL (resistencia-inductor circuito) como una función del tiempo. Encontramos que la corriente poco a poco acerca a un valor igual a V/R (voltaje dividido por la resistencia) según una exponencial con una inclinación que aumenta con la disminución de los valores de inductancia y resistencia, producto de que se conoce como la constante de tiempo RL. Cuando la corriente a través de cambios de un inductor, se induce una FEM (fuerza electromotriz, voltaje) a través del inductor que se opone directamente a la corriente que lo produce. La magnitud de la f.e.m. producida es proporcional a ambos la tasa de cambio de la corriente por el inductor y la inductancia del inductor. De esta manera, el inductor se opone a corrientes de cambio rápidas (es decir, altas frecuencias), dándole una reactancia, X, que refleja que el condensador. En definitiva, a muy altas frecuencias (aproximaciones al infinito), condensadores de no ofrecen ninguna impedancia y actúan como cortocircuitos. A muy baja frecuencia (acercándose a 0; C.C.), condensadores de ofrecen impedancia infinita y actúan como circuitos abiertos. Así, la respuesta en frecuencia del inductor es inverso del condensador. Los puntos de vector de la reactancia inductiva en la dirección opuesta al vector de la reactancia capacitiva. Por lo tanto, existe cierta frecuencia en la que cancelación reactancias inductivas y capacitivas. Es en esta frecuencia resonante que el voltaje y corriente oscilará en un inductivo capacitivo (LC; tanque) circuito como energía chapotea hacia adelante y hacia atrás [indefinidamente] entre campo de magnético del inductor y del condensador eléctrico.
Dos bobinas de inductor pueden hiere en el núcleo para formar un transformador. Una bobina se convierte en el bobinado primario del transformador y el otro se convierte en la bobina secundaria del transformador. Los dos devanados compartan inductancia mutua, un acoplamiento magnético o acoplamiento. Cuando la corriente a través de los cambios de bobina primarias, el flujo magnético cambiante a través de la primaria se transfiere a la secundaria a través del núcleo de ferrita. Esto induce una corriente en el secundario es proporcional a la corriente en el primario. La relación de vueltas en la bobina primaria a vueltas en la bobina secundaria determina las magnitudes relativas de las tensiones y corrientes en cada devanado. Tensión del secundario es igual al voltaje primario dividido por la relación. Corriente secundaria es igual a la corriente del primario multiplicada por el cociente. De esta manera, la potencia no creada pero convertirla. Si el cociente es mayor que 1:1, voltaje secundario será mayor y el transformador es un transformador elevador de tensión. El recíproco es cierto para un transformador reductor. Tenga en cuenta que las designaciones de la bobina primarias y secundarias son arbitrarias; un transformador puede invertirse para obtener la relación inversa. En este Instructable, utilizaremos un transformador Step-up la tensión de alimentación.
Diodos: Permiso actual para fluir en solamente una dirección. Los diodos semiconductores se componen de una sola Unión de dos materiales semiconductores dopados. La tensión diagonal (típicamente oscilan entre 0.7-1.4V) es la diferencia de potencial necesaria para que la corriente fluya a través de un diodo en la dirección de avance. Tensión diagonal inversa (por lo general mucho más alta que el voltaje de bias adelante) es la diferencia de potencial en el cual el diodo se descomponen y permiten actual para fluir en la dirección contraria (esto generalmente se considera comportamiento ideal no; sin embargo, en el caso de diodos Zener, la descomposición resultantes del diagonal reverso se explota por su efecto de "avalancha"). El terminal negativo (cátodo) de un diodo es indicado por una banda (ver imagen). Los diodos se utilizan para rectificación de CA a la C.C. usando una configuración de cuatro-diodo llamada un puente rectificador o de diodo de onda completa. En este Instructable, utilizaremos diodos para rectificar la AC en un circuito de multiplicador de tensión Cockcroft-Walton.
Transistores: Cambiar y amplificar corriente. Durante la segunda mitad del siglo XX, la proliferación de transistores de estado sólidos electrónica dispositivos de conmutación anterior obsoleto, como relés y tubos de vacío y desató la revolución de la electrónica digital. Aunque hay varias clases diferentes de los transistores, la mayoría se adhiere a una estructura básica común que consta de tres pines: una base (o puerta), colector (o drenaje) y el emisor (o fuente). Transistores de ensambladura bipolar (BJT) se componen de dos uniones semiconductoras adyacentes en configuración NPN o PNP. Para un BJT, una pequeña señal en la base puede modular el flujo de una corriente más grande entre el colector y el emisor. Las propiedades de alta ganancia de algunos transistores pueden ser explotadas de forma lógica circuitos con Estados binarios. En este Instructable, utilizaremos un transistor NPN de potencia para el transformador de corriente.
Boquetes de chispa: Conducir la electricidad sólo en altos voltajes. Boquetes de chispa consisten en dos electrodos separados por aire u otro dieléctrico. Hasta un cierto voltaje, el dieléctrico actuará como un aislante e inhiben la actual. Sin embargo, una vez que la magnitud del campo eléctrico entre los electrodos ha superado la rigidez dieléctrica específica, el dieléctrico será avería y conducta. Para la ionización del aire, comúnmente se utiliza la aproximación áspera de 1kV por mm de separación. En este Instructable, utilizaremos boquetes de chispa para provocar el disparo del generador de Marx.
Componentes de la especialidad - actuadores, transductores y sensores: Convertir energía eléctrica en energía de otra forma y viceversa. El término "transductor" se utiliza para referirse a cualquier cosa que facilita tal conversión. Motores y solenoides son ejemplos de actuadores, que convierten energía eléctrica en movimiento angular y lineal. Micrófonos, altavoces y materiales piezoeléctricos también caen bajo la definición de transductor. El término "sensor" puede referir a un transductor que se utiliza la energía mínima o ambiente para obtener información, como la intensidad de la luz o la concentración química, sobre el entorno.
Circuitos integrados: Circuitos todos paquete en diminutos chips. La densidad de integración de circuitos integrados ha crecido exponencialmente desde la invención del CI por Jack Kilby. Este fenómeno de crecimiento, conocida como ley de Moore, ha visto ICs se hacen más pequeños, más rápido y más barato al mismo tiempo. La tecnología actual permite que miles de millones de transistores individuales a empaquetar en un solo IC. En este Instructable, usaremos un temporizador TLC555, un IC de aficionados comunes, para generar una señal de onda cuadrada.
