Qualcuno ha un'analogia non da manuale per spiegare gli elementi di un circuito?

Mi chiedevo se qualcuno potesse spiegare con analogie cosa fanno induttori, condensatori, transistor, diodi e amplificatori operazionali?

Capisco l'idea di base; Sono attualmente uno studente di ingegneria elettrica. Conosco già le definizioni del libro di testo, ma mi chiedevo solo se qualcuno avesse una sorta di analogia per riassumere tutto ciò che non è qualcosa di un libro di testo. :) Mi piacerebbe migliorare ulteriormente la mia comprensione, ma ad essere sincero, imparare cose da lezioni e libri è difficile, doloroso e noioso, perché come studente è ancora una sfida vedere l'immagine GRANDE.

Un'analogia flusso di acqua è classico e abbastanza buona lontano in comprensione circuito elettrico. Pensa all'acqua che scorre in un sistema di tubazioni. Questo è un po 'difficile da regolare nell'area AC, difficile, ma merita una menzione per DC e un buon punto di partenza.

Analogie per alcune definizioni:

• Caricare $[\mathrm{C}]$ $\longrightarrow$ Quantità d'acqua $[\mathrm{kg}]$
• attuale $[\mathrm{C/s}]$ $\longrightarrow$ Portata d'acqua $[\mathrm{kg/s}]$
• Potenziale $[\mathrm{J/C}]$ $\longrightarrow$ Pressione $[\mathrm{Pa}]$
  • Differenza di tensione o potenziale $[\mathrm{J/C}]$ $\longrightarrow$ Differenza di pressione $[\mathrm{Pa}]$
• Resistenza $[\mathrm{\Omega}]$ $\longrightarrow$ Una parte stretta di un tubo o una ruota del mulino.

(In questo contesto, vedi questa altra risposta: /physics/161650/could-someone-intuitively-explain-to-me-ohms-law/161701#161701 )

Analogie per le parti del circuito:

• Condensatore $\longrightarrow$Un blocco totale del tubo con una membrana elastica (L'acqua non passa mai attraverso la membrana, ma aumenta la pressione su un lato che la espande e "spinge" il lato opposto con uguale pressione, ma la forza ha diretto la direzione opposta)

• Diodo $\longrightarrow$Una valvola a sfera unidirezionale (un diodo impedisce la carica in una direzione ma consente senza resistenza nell'altra direzione)

• Batteria $\longrightarrow$ Una pompa che restituisce acqua al punto di partenza.

• Amplificatore operazionale (Op amp) $\longrightarrow$ Una pompa che aumenta la pressione (posizionata in un punto nel circuito del tubo).

• Transistor $\longrightarrow$ Una valvola regolabile (i transistor sono "regolatori" in cui un piccolo segnale può apportare grandi cambiamenti di corrente / tensione)

• induttore $\longrightarrow$Una ruota del mulino pesante (all'inizio non si muove, ma dopo qualche tempo lo fa e non dà più resistenza al flusso.)

Ci proverò ... Questo è tutto al di sopra della mia testa e dovrebbe essere verificato leggendo un libro di testo dopo.

La prima cosa da notare è che la maggior parte di questi componenti ha senso solo con un segnale elettrico oscillante, cioè AC. Non sono molto utili in un circuito DC [ anche se scommetto che qualcuno può pensarne uno ... vedi commenti ]

• Induttore : sostanzialmente una bobina di filo. Quando una corrente inizia a fluire un campo magnetico inizia a salire. Questo richiede lavoro quando si "carica" ​​il campo magnetico in modo che resista al cambiamento di corrente . Questo fa un forte picco nel segnale, si trasforma in una gobba smussata. Quindi leviga il segnale (utile in un circuito raddrizzatore).

• Condensatore : un dispositivo di accumulo di carica: inizialmente, consente alla corrente di fluire rapidamente ma, mentre si carica, resiste al flusso e presenta una resistenza sempre crescente al flusso fino a quando il suo potenziale è uguale al potenziale di guida. La carica crescente sul lato condotto induce una carica simile sull'altro lato e quindi trasmette una corrente variabile (anche se è un circuito aperto per CC). In serie, può essere usato come filtro: avrà un'impedenza molto bassa per i segnali alla sua frequenza di risonanza. Parallelamente, leviga i differenziali tra le due guide (di nuovo i raddrizzatori)

• Diodo : cancello a una via: la corrente può fluire solo in una direzione.

• Transistor : il nome significa Transfer Resistor - che non ti dice nulla! Fondamentalmente, si collega il Collector alla guida superiore (ad es. + 5V), l'Emettitore a terra tramite un resistore e la Base è l'ingresso del segnale. Senza nulla collegato alla base, l'Emettitore fluttuerà fino a una certa tensione data dalla semplice divisione della tensione ohmica (diciamo + 2V). Quando si inietta una corrente nella base, ciò riduce la resistenza effettiva della giunzione collettore-emettitore e l'emettitore aumenta di tensione. Ridurre la corrente di base e l'Emettitore cadrà di nuovo. Quindi l'uscita (Emitter) seguirà semplicemente ciò che sta facendo l'input (Base). La parte intelligente è che la corrente in uscita proviene dal Collector, quindi può essere forte come vuoi - hai amplificato il segnale Base! (kerannng!)

• Amplificatore operazionale : un amplificatore di tensione: questo è un circuito integrato "complesso", composto da molti dei precedenti. Fondamentalmente; piccola differenza di tensione tra i terminali di ingresso = grande $ V_ {diff} $ tra le uscite. Comprendi tutto quanto sopra prima di preoccuparti di come ?

Buona fortuna con i tuoi studi!

imparare cose da lezioni e libri è difficile, doloroso e noioso

Benvenuti in ingegneria. :-)

Le analogie possono essere utili all'inizio, ma alla fine non c'è sostituto per comprendere direttamente l'argomento, specialmente quando si arriva ad argomenti più complessi come gli amplificatori operazionali. Comprendere il quadro generale è qualcosa che richiede tempo e un'ampia base di conoscenze. Stai certo che il tuo duro e doloroso lavoro ti ripagherà. Prestare particolare attenzione alle basi: analisi dei circuiti, elettronica, campi E&M, analisi del segnale. Mentre studi e (cosa più importante) fai i compiti, otterrai intuizione sul comportamento dei circuiti elettronici e anche sui modelli matematici più profondi dietro di loro.

Detto questo, l'analogia del flusso d'acqua non è terribile. Se hai un forte background matematico, l' analogia meccanica (tensione / corrente / resistenza = forza / velocità / attrito) potrebbe aiutare. Naturalmente, questi sono solo buoni quanto la tua comprensione dell'idraulica e della meccanica.

Ciò che potrebbe aiutare di più è leggere molte spiegazioni sulla stessa materia. A volte le scuole scelgono libri di testo terribili, quindi cerca altri nella tua biblioteca. Ci sono anche molte spiegazioni iniziali di questi concetti online. ( William Beaty ha delle cose buone.)