在前面的文章中,我们讨论了无源电子元件,如电阻,电容器,电感器,及ransformers.无源元件在设计各种模拟电路时特别有用。
现代电子的真正乐趣始于半导体和数字电子。电子学是关于信号(以电压或电流的形式)和通过元件和电路处理信号的。半导体电子是通过将电子信号处理为二进制值(0和1,或低和高)而实现的。半导体电子学对信号进行二进制处理的应用导致了数字电子学形式的布尔逻辑的实现。就这样,电子技术开始用于“计算”。很快,工程师和研究人员设计出了测量各种物理量的方法,将它们转换成模拟电信号,并将这些模拟信号数字化为数字值。他们还设计了将数字信号转换为等效模拟电信号的方法。现在,计算机也可以与物理世界互动并作出反应。
大多数现代电子学都是关于“电子计算”及其在现实世界中的应用。电子计算与显示技术和输入/输出电子设备相结合,导致了通用计算机的发展。电子计算与各种通信技术相结合,推动了电信、电视、互联网技术的发展。电子计算与无线通信和传感器相结合,导致了移动电子和可穿戴设备的发展。电子计算与传感器和执行器的结合导致了嵌入式系统、机器人和自动化等应用的发展。
但是,在我们开始半导体和数字电子的永无止境的旅程之前,最好对电源有一些基本的了解。正是电源赋予了任何电子电路或设备生命。每个电子电路或设备基本上都需要有一个电源部分,或者可能需要作为负载与外部电源电路连接。
电源可以是电力传输线(主电源)、机电系统(交流发电机和发电机)、太阳能或电池和电池等存储设备。电源是将电源的电能转换为适合负载电路的电压、电流和频率的电源转换器。电源可以是交流或直流。与发电机和电源一样,电力提供交流电源,而电池和太阳能装置提供直流电源。电源电路可以从交流或直流电源输入电源,并输出转换为适合负载的交流或直流电源。因此,电源电路可分为交流到交流、交流到直流、直流到直流和直流到交流电源。
各种交流对交流电源包括可变交流电源、隔离变压器和变频器。交直流电源是最常见的。一些交直流电源包括非稳压线性直流电源、线性稳压直流电源(台架电源)、开关稳压电源和纹波稳压电源。例如电池电源、太阳能电源、dc - dc变换器等。电池电源和太阳能电源用于直接供电电子电路,而DC- DC变换器通常用于将输入直流转换为不同的电平,以满足同一设备中的不同电路,而不是使用不同的ac -DC电源获得不同的电压/电流水平。逆变器、发电机和UPS是常用的直流-交流电源。
可变交流电源
可变交流电源采用变压器或可调自耦变压器设计。这些用于将交流电压电平转换为交流电压电平。具有多个绕组或抽头的变压器可用于设计此类电源,否则可使用可调自耦变压器。这些电源转换交流电压和电流电平,而电源频率保持不变。
频率改变
变频器用于转换交流电源的频率。可以使用机电设备(如电机发电机组)或整流器-逆变器组进行设计。整流器首先将AC转换为DC,然后逆变器将DC转换回不同频率的AC。
隔离变压器
隔离变压器用于交流到交流电源,电源和负载电路之间需要阻抗匹配。隔离变压器通常不转换电源的电压等级或频率。这些在连接平衡和不平衡电路时非常有用。
非稳压线性电源
非稳压线性电源是简单的交直流电源。这些设计使用降压变压器、整流、滤波电容器和出血电阻。首先,变压器将交流线路电压转换为所需的电压水平,然后用半波或全波整流器将降低的交流电压转换为直流电压。整流器采用二极管设计。整流器的脉动直流是用滤波电容器平滑的。一个出血电阻器可与滤波电容器并联保护。
无调节电源简单耐用。然而,它们的输出电压可能会因输入电压或负载电流的变化而变化。因此,这些都不太可靠。此外,这些只能设计为输出固定的电压和电流。
线性稳压电源
线性稳压电源是交直流电源。这些是相同的非稳压(蛮力)电源,除了他们使用晶体管电路工作在有源或线性区域,而不是出血电阻。这个有源晶体管阶段使输出到不同的准确直流电压水平。有几种电压调节器集成电路,其中集成了有源晶体管电路。线性稳压电源稳定、安全、可靠、无噪音。有电压调整ic可用于广泛的输入和输出电压,它们输出固定的直流电压。这些供应的主要缺点是成本、规模和能源效率。这些电源由于功耗损失了大量的能量,可能需要使用带有调节ic的散热片。
开关稳压电源
开关稳压电源是一种复杂的交直流电源,往往结合了非稳压电源和稳压电源的优点。在开关电源中,线路电压被整流为直流,然后在开关晶体管的帮助下再次转换为方波交流。然后将高频方波降压或升压,然后再次校正。整流后的直流电压在提供给负载之前经过过滤。
纹波稳压电源
纹波稳压电源是对非稳压交直流电源的改进。它是通过将非稳压电源与工作在饱和区域的晶体管电路相结合而设计的。晶体管电路将直流电源转移到电容器以保持电压水平。纹波调节电源的主要优点是它的能源效率。
可调稳压电源
线性稳压电源可以通过在末端使用可变电阻器来修改,以提供一个可调电压范围。可变电阻可以将输出电压降至可调值。这样一个可调电源然后供电电压范围从零到由电源调节的最大电压。对称线性稳压电源也可以修改为负极性的电源电压。
电池和太阳能电源
电池、电池和太阳能电池板提供直流电源。存储设备或太阳能电池板的电力首先需要过滤,以消除脉动的波纹。然后它可以被调节到所需的直流电压水平使用电压调节器ic。如果需要提高来自电池或太阳能电池板的供电电压,可以使用晶体管作为放大器。
DC-to-DC转换器
DC-DC转换器用于提高或降低直流电压。DC-DC转换器可以是半导体、机电或电化学类型。DC-to-DC smp就像推挽式变换器,巴克转换器,提高转换器,buck-boost变换器是半导体型dc - dc变换器的一些例子。这些电源通常用于转换直流(由市电或其他交流电源整流),以提供不同的直流电平,而不是在一个设备中使用许多交直流电源。
直流至交流电源
这些类型的电源通常用于电源备份。逆变器、UPS和发电机就是此类电源系统的例子。
电子爱好者和工程师最常用的是线性稳压电源和电池电源。其他类型的电源通常是为特定的应用或电路而设计和生产的。有些电路可能需要使用太阳能电池板设计电源。
对于初学者来说,从提供常用直流电压如12V、9V、5V和3V的线性稳压电源开始总是很方便的。对于便携式电路,同样的电压可以使用基于电池的稳压电源来实现。基于电池的调节电源可能需要定期更换电池。因此,提供常用直流电压水平的线性稳压电源是电子电路原型和测试的最佳选择。如果需要,生产电路可以由电池或太阳能电池板供电。
在下一篇文章,我们将讨论电池和电池。
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