Электронные компоненты и их обозначения в схемах

Эта статья описывает принципы и области применения различных

электронных схем, она не предназначена для подробного объяснения их

работы. Цель состоит в том, чтобы кратко описать, как работают эти схемы

и, что более важно, как и где они могут быть использованы в

транспортных средствах.

Описанные схемы являются примерами. Для получения более подробной информации доступно множество книг и статей по  теории электроники. В целом, понимание основных электронных принципов поможет показать, как работают электронные блоки управления, начиная от простого блока задержки освещения салона и заканчивая самой сложной системой управления двигателем.

Основные схемы, описанные здесь, часто известны как дискретные компоненты.

На рисунке  показаны символы, используемые для построения схем, которые будут описаны уже в следующей статье.

Ниже приводится простое и краткое описание показанных компонентов.

Резисторы или сопротивления, являются наиболее широко используемым компонентом в электронных схемах. При выборе подходящего резистора необходимо учитывать два фактора, а именно значение Ом и номинальную мощность. Резисторы используются для ограничения протекания тока

и обеспечения необходимого изменения напряжения. Большинство резисторов, используемых в электронных схемах изготавливаются из небольших углеродных стержней, и размер стержня определяет сопротивление. Углеродные резисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC) и это необходимо учитывать для некоторых задач. Тонкопленочные резисторы обладают

более стабильными температурными свойствами и изготавливаются путем нанесения слоя углерода на изолированный материал, такой как стекло, керамика. Величина сопротивления может быть получена очень точно с помощью спиральных канавок, вырезанных в углеродной пленке. 

Для применений в цепях более высокой мощностью резисторы обычно наматываются проволокой, однако это может привести к возникновению индуктивности в цепи. Переменные формы большинства резисторов

доступны либо в линейной, либо в логарифмической форме.

Конденсатор - это устройство для хранения электрического заряда. В своей простой форме он состоит из двух пластин, разделенных изоляционным материалом. Одна пластина может иметь избыток электронов по сравнению с другой. На транспортных средствах его основное применение заключается в

уменьшении образования дуги на контактах и в цепях подавления радиопомех.

а также в электронных блоках управления. Конденсаторы описываются как две пластины, разделенные диэлектриком. Площадь пластин A, расстояние между ними d и диэлектрическая проницаемость (ε) диэлектрика определяют величину емкости. Рассчитать емкость конденсатора можно по следующей формуле:

Листы металлической фольги, изолированные бумагой, часто используются для изготовления конденсаторов. Листы сворачиваются вместе в жестяную банку. Для достижения более высоких значений емкости необходимо уменьшить расстояние между пластинами, чтобы сохранить общий размер устройства. Это

достигается путем погружения одной пластины в электролит для нанесения слоя оксида, обычно толщиной 104 мм, что обеспечивает более высокое значение емкости. Проблема, однако, заключается в том, что теперь это делает устройство осознающим полярность и способным только выдерживать низкие напряжения. Доступны переменные конденсаторы, которые изменяются

путем изменения любой из переменных, приведенных в предыдущем уравнении. Единицей измерения емкости является фарад (F). Цепь имеет емкость в один фарад (1 F), когда накопленный заряд равен одному кулону, а разность потенциалов составляет 1 В.

На рисунке показан конденсатор, заряженный от источника тока.

Диоды для простоты понимания следует рассматривать как клапаны, пропускающие ток только в одну сторону и для большинства применений это приемлемое описание. Диод представляет собой простой PN-переход, позволяющий передавать электроны из материала N-типа (с отрицательным смещением) в материал P-типа (с положительным смещением). Эти материалы обычно изготавливаются из легированного кремния. Диоды не являются идеальными устройствами, для их работы требуется напряжение около 0,6 В 

чтобы включить диод в его прямом смещенном направлении. Стабилитроны очень похожи по своей работе, за исключением того, что они предназначены для пробоя и проведения тока в обратном направлении при заданном напряжении. Их можно рассматривать как своего рода предохранительный клапан, не дающему проходить току в обратном направлении.

Транзисторы - это устройства, которые позволили разработать современные сложные и небольшие электронные системы. Они заменили компоненты теплового типа. Транзистор используется либо в качестве твердотельного переключателя, либо в качестве усилителя. Транзисторы изготавливаются из тех же полупроводниковых материалов P- и N-типа, что и диоды, и могут быть выполнены в формате NPN или PNP. Эти три клеммы известны как база, коллектор и эмиттер. Когда на базу подается правильное смещение, цепь между коллектором и эмиттером будет проводить ток. Базовый ток может быть порядка в 200 раз меньше тока эмиттера.

Другим типом транзисторов является полевой транзистор. Это устройство имеет

более высокий входной импеданс, чем биполярный тип, описанный выше. Полевые транзисторы сконструированы в своей основной форме как

n-канальные или p-канальные устройства. Эти три терминала известны как затвор, источник и сток. Напряжение на клемме затвора управляет проводимостью цепи между стоком и источником. 

Дальнейшим и важным достижением в области транзисторной технологии является биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Биполярный транзистор с изолированным затвором  представляет собой трехполюсное силовое полупроводниковое устройство, отличающееся высокой эффективностью и быстрой коммутацией. Он переключает электроэнергию во многих современных приборах: электромобили, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения, кондиционеры и даже стереосистемы с переключаемыми усилителями. Поскольку он предназначен для быстрого включения и выключения, усилители, которые его используют, часто синтезируют сложные сигналы с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. 

Катушки индуктивности чаще всего используются как часть схемы генератора или усилителя. В этих приложениях важно, чтобы индуктор был стабильным и имел разумные размеры. Основная конструкция индуктора представляет собой катушку провода, намотанную на формирователь. Именно магнитный эффект изменения тока придает этому устройству свойства индуктивности. Индуктивность является сложным свойством для управления, особенно поскольку значение индуктивности увеличивается из-за магнитной связи с другими устройствами. Помещение катушки в банку уменьшит это, но затем в банке индуцируются вихревые токи, и это влияет на общее значение индуктивности. Железные сердечники используются для увеличения значения индуктивности, поскольку это изменяет проницаемость сердечника. Однако это также позволяет использовать регулируемые устройства путем изменения положения сердечника. Это позволяет изменять значение только на несколько процентов, но полезно для настройки схемы. Индукторы, в частности 

более высоких значений, часто известны как дроссели и могут использоваться в цепях постоянного тока для сглаживания напряжения. Величина индуктивности равна Генри (H). Цепь имеет индуктивность в один Генри (1 Ч), когда ток, изменяющийся со скоростью один ампер в секунду, индуцирует в ней электродвижущую силу в один вольт.