Тема 4.2 Правила выполнения функциональных схем автоматики Язык схем

На рис. 110 а изображен рисунок с батареей, лампочкой и выключателями, а на рис. 110 б изображена схема, включающая в свой состав те же элементы.

Рис.111. Рисунок а и схема б

Рис. 112. Изображение системы управления

Часто в схемах-рисунках остаются непонятные места, плохо или небрежно прорисованные элементы, которые плохо читаются.

 

Рис. 113. Простые рисунки и схемы

Поэтому возникла необходимость при составлении схем прибегать к общепринятым условным обозначениям соответствующих элементов.

Рис. 114. Обозначение некоторых основных элементов схем

Такие схемы называются электрическими принципиальными схемами и несут больше упорядоченной информации, чем рисунок.

Рис. 115. Принципиальная электрическая схема каскада управления и его рисунок

 

Рис. 116. Схема Н.Тесла

Эта схема была разработана Н. Тесла в 1898 году, где тщательно прорисованы ее элементы, часть из которых по своему изображению соответствуют привычной нам «современной» форме.

Даже по прошествии многих десятилетий после смерти Николы Тесла загадочные эксперименты этого великого физика продолжают будоражить умы ученых и живо обсуждаются в средствах массовой информации. Предполагается, что Тесла путем проведения электрических опытов мог сформировать импульс огромной мощности и послать его в любую точку земного шара.

Молекулы, атомы и электроны Атом – это положительно заряженное ядро с вращающимися вокруг него электронами, несущими отрицательные заряды (рис.117).

Рис.117. Схема строение атома

 

Рис. 118. Ядро, удерживающее свои электроны

Рис.119. Хаотично движущиеся электроны

 

Если электроны поместить в электрическое поле, то хаотично движущиеся заряды (электроны) начнут двигаться в одном направлении.

Рис.120. Направленное движение зарядов

 

Это движение заряженных частиц и есть электрический ток.

Полупроводники. Диоды и транзисторы

Есть вещества, которые пропускают электрический ток – проводники и вещества, не пропускающий электрический ток – диэлектрики.

У проводников молекулы и атомы устроены таким образом, что электроны находятся в «свободном» состоянии, т.е., не «привязаны» к одному и тому же месту.

Когда же мы прикладываем электрическое поле, электроны начинают движение – начинает течь электрический ток.

У диэлектриков картина иная – электроны жестко привязаны к своим «хозяевам», поэтому «сдвинуть» их с места тяжело.

Полупроводики - это вещества и материалы, которые вроде проводят электрический ток, а вроде и не проводят.

Ядро атома, и электроны, вращающиеся вокруг ядра, являются заряженными частицами. Причем, ядро заряжено положительно, а электроны несут отрицательные заряды. Количества положительных и отрицательных зарядов равны.

Полупроводники устроены таким образом, что если до этого полного комплекта атому недостает одного-двух электронов, он их охотно «присвоит».

А если на наружной орбите электронов «мало», то атом «предпочтет отпустить их на свободу», превратившись в так называемый положительный ион.

В зависимости от того, «отпускает» ли атом электрон или, напротив, забирает его себе, полупроводники делятся на 2 типа: n-полупроводники и p-полупроводники.

Когда атомы полупроводника «отпускают» электроны, то именно эти электроны при своем движении образуют ток.

Это – n-полупроводники (от negative – отрицательный, т.к. заряд электрона отрицателен).

« Забрав» электрон, атом становится нейтральным, количество положительных и отрицательных зарядов уравновешивается.

Но ведь откуда-то этот электрон был забран, значит в том месте, где был этот забранный электрон, заряда стало не хватать, баланс нарушен, и атом с «похищенным» электроном будет уже не нейтральным, а положительно заряженным.

Образовалась так называемая «дырка», причем положительно заряженная. Эти «дырки» и становятся носителем тока.

Такие «дырочные» полупроводники называются p-полупроводниками (от positive – положительный).

Диод

Когда мы берем два разных полупроводника (p- и –n) и соединяем их вместе, то получаем устройство, называемое диодом.

Диод интересен тем, что пропускает ток только в одном направлении.

Это можно объяснить так: когда мы прикладываем плюс к p-полупроводнику, а минус – к n-полупроводнику, то свободные положительные заряды (дырки) устремляются к минусу, а отрицательные (электроны из n-части) – к плюсу. Т.е. все заряды устремляются в нужную им сторону, что проявляется образованием электрического тока (рис. 121а).

  

а)                                            б)

Рис.121. Схема устройства диода

 

Если же изменить полярность, тогда немногочисленные «дырки» (p) оттянутся к минусу, а свободные электроны (n) – к плюсу. При этом на границе p-n-перехода возникнет потенциальный барьер, который не даст возможности зарядам зарядам «течь» (рис.121б).

Рис. 122. Прямое и обратное включение диода

 

Изображение диода на схеме похоже на стрелку, указывающую, куда должен течь электрический ток.