¿Alguien tiene una analogía que no sea de libro de texto para explicar los elementos de un circuito?

Me preguntaba si alguien podría explicar con analogías qué hacen los inductores, condensadores, transistores, diodos y amplificadores operacionales.

Entiendo la idea básica; Actualmente soy estudiante de Ingeniería Eléctrica. Ya conozco las definiciones de los libros de texto, pero me preguntaba si alguien tenía algún tipo de analogía para resumir todo lo que no es algo de un libro de texto. :) Me gustaría mejorar aún más mi comprensión, pero para ser honesto, solo aprender cosas de las clases y los libros es difícil, doloroso y aburrido, porque como estudiante todavía es un desafío ver la GRAN imagen.

Una analogía del flujo de agua es clásica y bastante buena en la comprensión del circuito eléctrico. Piense en el agua que fluye en un sistema de tuberías. Esto es algo difícil de ajustar en el área AC, difícil, pero vale la pena mencionarlo para DC y un buen punto de partida.

Analogías para algunas definiciones:

• Cargar $[\mathrm{C}]$ $\longrightarrow$ Cantidad de agua $[\mathrm{kg}]$
• Actual $[\mathrm{C/s}]$ $\longrightarrow$ Tasa de flujo del agua $[\mathrm{kg/s}]$
• Potencial $[\mathrm{J/C}]$ $\longrightarrow$ Presión $[\mathrm{Pa}]$
  • Diferencia de voltaje o potencial $[\mathrm{J/C}]$ $\longrightarrow$ Diferencia de presión $[\mathrm{Pa}]$
• Resistencia $[\mathrm{\Omega}]$ $\longrightarrow$ Una parte estrecha de una tubería o una rueda de molino.

(En este contexto, vea esta otra respuesta: /physics/161650/could-someone-intuitively-explain-to-me-ohms-law/161701#161701 )

Analogías para las partes del circuito:

• Condensador $\longrightarrow$Un bloqueo total de la tubería con una membrana elástica (nunca pasa agua por la membrana, pero la presión acumulada en un lado hace que se expanda y "empuje" el lado opuesto con la misma presión pero la fuerza dirigida en sentido contrario)

• Diodo $\longrightarrow$Una válvula de bola unidireccional (un diodo evita la carga en una dirección pero permite sin resistencia en la otra dirección)

• Batería $\longrightarrow$ Una bomba que devuelve el agua a un punto de partida.

• Amplificador operacional ( amplificador operacional) $\longrightarrow$ Una bomba que aumenta la presión (colocada en un punto del circuito de la tubería).

• Transistor $\longrightarrow$ Una válvula ajustable (los transistores son "ajustadores" donde una pequeña señal puede hacer grandes cambios en la corriente / voltaje)

• Inductor $\longrightarrow$Una rueda de molino pesada (al principio no se mueve, pero después de un tiempo sí lo hace y ya no da resistencia al flujo).

Voy a intentarlo ... Todo esto está fuera de mi alcance y debería verlo leyendo un libro de texto después.

Lo primero a tener en cuenta es que la mayoría de estos componentes solo tienen sentido con una señal eléctrica oscilante, es decir, CA. No son de mucha utilidad en un circuito DC [ aunque apuesto a que alguien puede pensar en uno ... ver comentarios ]

• Inductor : Básicamente una bobina de alambre. Cuando una corriente comienza a fluir, un campo magnético comienza a elevarse. Esto requiere trabajo mientras "carga" el campo magnético para que resista el cambio de corriente . Esto hace un pico agudo en la señal, se convierte en una joroba roma. Entonces suaviza la señal (útil en un circuito rectificador).

• Condensador : un dispositivo de almacenamiento de carga: inicialmente, permite que la corriente fluya rápidamente, pero a medida que se carga, resiste el flujo y presenta una resistencia cada vez mayor al flujo hasta que su potencial sea el mismo que el potencial de conducción. La carga ascendente en el lado accionado induce una carga similar en el otro lado y, por lo tanto, transmite una corriente cambiante (aunque sea de circuito abierto para CC). En serie, se puede usar como filtro: tendrá una impedancia muy baja para las señales en su frecuencia de resonancia. En paralelo, suaviza los diferenciales entre los dos rieles (rectificadores de nuevo)

• Diodo : compuerta unidireccional: la corriente puede fluir solo en una dirección.

• Transistor : el nombre significa resistencia de transferencia , ¡que no te dice nada! Básicamente, conecta el colector al riel superior (por ejemplo, + 5V), el emisor a tierra a través de una resistencia y la base es su entrada de señal. Sin nada conectado a la base, el emisor flotará a un cierto voltaje dado por la simple división de voltaje óhmico (digamos, + 2V). Cuando inyecta una corriente en la Base, esto reducirá la resistencia efectiva de la unión del Colector-Emisor y el Emisor aumentará de voltaje. Reduzca la corriente base y el emisor volverá a caer. Entonces la salida (Emitter) simplemente seguirá lo que está haciendo la entrada (Base). La parte inteligente es que la corriente en la salida proviene del colector, por lo que puede ser tan fuerte como desee: ¡ha amplificado la señal base! (kerannng!)

• OP-amp : un amplificador de voltaje: este es un circuito integrado "complejo", compuesto por muchos de los anteriores. Básicamente; pequeña diferencia de voltaje en los terminales de entrada = $ V_ {diff} $ grande en las salidas. ¿Comprende todo lo anterior antes de preocuparse por cómo ?

¡Buena suerte con sus estudios!

aprender cosas de las clases y los libros es difícil, doloroso y aburrido

Bienvenido a la ingeniería. :-)

Las analogías pueden ser útiles desde el principio, pero en última instancia no hay sustituto para comprender directamente el tema, especialmente cuando se abordan temas más complejos como los amplificadores operacionales. Comprender el panorama general es algo que requiere tiempo y una amplia base de conocimientos. Tenga la seguridad de que su trabajo duro y doloroso dará sus frutos. Preste especial atención a los conceptos básicos: análisis de circuitos, electrónica, campos de E&M, análisis de señales. A medida que estudies y (más importante) hagas la tarea, ganarás intuición sobre el comportamiento de los circuitos electrónicos y también sobre los modelos matemáticos más profundos detrás de ellos.

Dicho esto, la analogía del flujo de agua no es terrible. Si tiene una sólida base matemática, la analogía mecánica (voltaje / corriente / resistencia = fuerza / velocidad / fricción) podría ayudar. Por supuesto, esos son tan buenos como su comprensión de la hidráulica y la mecánica.

Lo que podría ayudar más es leer muchas explicaciones sobre el mismo tema. A veces las escuelas escogen libros de texto terribles, así que busca a otros en tu biblioteca. También hay muchas explicaciones iniciales de estos conceptos en línea. ( William Beaty tiene algunas cosas buenas).