Я почти уверен, что ответ на этот вопрос должен быть очевиден - даже для меня...
Давно я читал и пытался построить простые электронные схемы. Питание почти всегда осуществляется либо через батарею/ячейку, либо через переменный ток, должным образом выпрямленный в постоянный.
У меня сложилось впечатление, что электронные схемы редко работают от сети переменного тока.
Ваше впечатление правильное .
AC очень часто меняет полярность. Большинство полупроводниковых устройств были разработаны с учетом особых условий полярности. Если бы кто-то поменял полярность между двумя входами на множество разных компонентов, из него вышел бы волшебный дым.
Например, возьмем операцию mosfet. Ожидается, что NMOS будет блокировать ток от стока к истоку до тех пор, пока затвор не будет активирован. Если у вас есть переменный ток между стоком и истоком, то он позволяет току течь в обратном направлении (теряя управление затвором).
Нет ничего невозможного в том, чтобы спроектировать электронную схему с активными устройствами на переменном токе, но это значительно усложняет задачу. Я также должен уточнить это утверждение: во многих электронных схемах есть сигналы с компонентами переменного тока, но они обычно имеют смещение постоянного тока для предотвращения переключения полярности. Это было бы что-то вроде 5VppAC со смещением постоянного тока 2,5 В, что было бы сигналом переменного тока от 0 до 5 В. Это всегда остается одной и той же полярностью, даже если он передает сигнал переменного тока.
Ключевое слово - в контексте вопроса - ЛИНЕЙНОСТЬ.
Возьмем простой пример широко используемой электронной схемы: «линейные» усилители на основе транзисторов (схемы с сосредоточенными параметрами или интегральные). Транзисторы - очень нелинейные устройства.
Для получения синусоидальных выходных сигналов с малыми искажениями необходимо использовать только определенную часть входной-выходной характеристики. Следовательно, мы используем постоянное напряжение/постоянный ток для смещения устройства в подходящей рабочей точке (в пределах ограниченной квазилинейной части функции ввода-вывода). Затем входной сигнал вызывает колебание вокруг этой рабочей точки, что приводит к приемлемому качеству выходного сигнала.
Вы правы, схема редко питается от переменного тока. Некоторые аналоговые схемы могут работать от сети переменного тока, а цифровые — нет. Это связано с самой природой того, как он был разработан, и с тем, как он оказался эффективным и простым в реализации. Есть системы, которые используют сигнал переменного тока для кодирования данных в некоторых очень старых системах, но для этого требуется много компонентов высокой мощности, что нецелесообразно с современными технологиями. Примером могут служить старые игровые автоматы казино, которые использовали аналоговый сигнал, чтобы заставить барабаны вращаться, а монетоприемник сбрасывал монеты одну за другой. Кроме того, в некоторых механических счетчиках для подсчета использовалось переключение сигнала переменного тока.
Транзисторы в том виде, в каком они есть сейчас, предназначены для эффективной работы с сигналами постоянного тока (если вы рассматриваете цифровые данные как постоянный ток, поскольку некоторые пуристы сказали бы, что на самом деле это смещение переменного тока). Это то, что является наиболее энергоэффективным и компактным в интегральных схемах. Кроме того, кодирование данных для сигнала переменного тока (хотя и возможно) намного сложнее, чем для сигнала постоянного тока, поскольку вы можете использовать простой механизм обнаружения фронта. Чтобы сделать это с переменным током, вам нужно использовать детекторы пика или подобные схемы, что нецелесообразно.
Теперь, если вы хотите понять, почему технологии перешли на постоянный ток, подумайте вот о чем: представьте, что вы пытаетесь включить/выключить сложные схемы с помощью постоянного тока, это легко, потому что ваш сигнал имеет только два состояния: полностью включен и полностью выключен. С переменным током у вас будет (как предположение): сигнал переменного тока или нет сигнала. Реле могут быть совместимы с вашим сигналом переменного тока, но они работают просто из-за магнитного поля. Чтобы ваше реле оставалось постоянно включенным, вам нужно выпрямить свой сигнал (чтобы он не качался), что дает выпрямленный переменный ток ...
Короче говоря, это связано как с историческими, так и с технологическими причинами.
Первой электронной лампой был диод, основным свойством которого было получение постоянного напряжения из переменного тока (в одну сторону). Триодная лампа основана на диоде (DC) и была первым устройством со стабильными свойствами усиления или переключения. Это было реализовано путем управления потоком электронов от отрицательного катода к положительному аноду через сетку. Таким образом, слабое напряжение сетки модулирует постоянное напряжение (постоянное колебание), и это делает усилитель. Это устройство было необходимо в основном для телеграфии и ранних радиостанций. Использование сети переменного тока делает усиление чрезвычайно сложным и, в конце концов, бесполезным.
После этого на рынке и в промышленности по всему миру появилось множество приложений с электронными лампами.
Транзистор изобретен как прямая замена триодным лампам, основанным точно на той же концепции, и сегодня ИС состоит из миллионов транзисторов, которым требуется питание постоянного тока.
Однако существуют полупроводниковые устройства, такие как тиристор или симистор, которые могут питаться от сети переменного тока, но в большинстве случаев нуждаются в схеме перехода через нуль с надлежащим входным сигналом, который должен каким-то образом быть связан с частотой сети переменного тока и т. д.
Наиболее интересные схемы поддерживают какое-то внутреннее состояние, то есть хранят информацию. Для этого цепям нужна электрическая энергия. Чистый переменный ток (ток и напряжение в фазе) по своей природе регулярно проходит период, в течение которого энергия не поступает. Это затрудняет создание схемы, которая может сохранять состояние: схема как бы должна запускаться заново каждый период переменного тока. Вы можете обойти эту проблему, сохраняя энергию в какой-либо другой форме (магнитной, механической, в конденсаторе и т. д.), но зачем беспокоиться? Постоянный ток может поставлять энергию все время, поэтому большинство схем работают с постоянным током.
Вышеизложенное в основном относится к цифровым схемам. Аналоговая схема может питаться переменным током, но тогда на выходе будет присутствовать компонент переменного тока, что в большинстве случаев будет представлять проблему (особенно, когда выход подается в человеческое ухо).
Творог