Электронная оболочка атома 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Состояние электронов в атоме

Выдающийся датский физик Нильс Бор (рис. 1) предположил, что электроны в атоме могут двигаться не по любым, а по строго определенным орбитам.

Рис. 1. Бор Нильс Хендрих Давид (1885–1962)

При этом электроны в атоме различаются своей энергией. Как показывают опыты, одни из них притягиваются к ядру сильнее, другие – слабее. Главная причина этого заключается в разном удалении электронов от ядра атома. Чем ближе электроны к ядру, тем они прочнее связаны с ним и их труднее вырвать из электронной оболочки. Таким образом, по мере удаления от ядра атома запас энергии электрона увеличивается.

Электроны, движущиеся вблизи ядра, как бы загораживают (экранируют) ядро от других электронов, которые притягиваются к ядру слабее и движутся на большем удалении от него. Так образуются электронные слои.

Каждый электронный слой состоит из электронов с близкими значениями энергии; поэтому электронные слои называют еще энергетическими уровнями.

Правила распределения электронов

Ядро находится в центре атома каждого элемента, а электроны, образующие электронную оболочку, размещаются вокруг ядра слоями.

Число электронных слоев в атоме элемента равно номеру периода, в котором находится данный элемент.

Например, натрий Na – элемент 3-го периода, значит, его электронная оболочка включает 3 энергетических уровня. В атоме брома Br – 4 энергетических уровня, т. к. бром расположен в 4-м периоде (рис. 2).

Максимальное число электронов на энергетическом уровне рассчитывается по формуле: 2n², где n – номер энергетического уровня.

Таким образом, максимальное число электронов на:

1 слое – 2

2 слое – 8

3 слое – 18 и т. д.

У элементов главных подгрупп номер группы, к которой относится элемент, равен числу внешних электронов атома.

Внешними называют электроны последнего электронного слоя.

Например, в атоме натрия – 1 внешний электрон (т. к. это элемент IА подгруппы). В атоме брома – 7 электронов на последнем электронном слое (это элемент VIIА подгруппы).

Строение электронных оболочек элементов 1-4 периодов

Строение электронных оболочек элементов 1–3 периодов

В атоме водорода заряд ядра равен +1, и этот заряд нейтрализуется единственным электроном (рис. 3).

Рис. 3. Схема строения атома водорода

Следующий за водородом элемент – гелий, тоже элемент 1-го периода. Следовательно, в атоме гелия 1 энергетический уровень, на котором размещаются два электрона (рис. 4). Это максимально возможное число электронов для первого энергетического уровня.

Рис 4. Схема строения атома гелия

Элемент № 3 – это литий. В атоме лития 2 электронных слоя, т. к. это элемент 2-го периода. На 1 слое в атоме лития находится 2 электрона (этот слой завершен), а на 2 слое –1 электрон. В атоме бериллия на 1 электрон больше, чем в атоме лития (рис. 5).

Аналогично можно изобразить схемы строения атомов остальных элементов второго периода (рис. 6).

Рис. 6. Схемы строения атомов некоторых элементов второго периода

В атоме последнего элемента второго периода – неона – последний энергетический уровень является завершенным (на нем 8 электронов, что соответствует максимальному значению для 2-го слоя). Неон – инертный газ, который не вступает в химические реакции, следовательно, его электронная оболочка очень устойчива.

Американский химик Гилберт Льюис дал объяснение этому и выдвинул правило октета, в соответствии с которым устойчивым является восьмиэлектронный слой (за исключением 1 слоя: т. к. на нем может находиться не более 2 электронов, устойчивым для него будет двухэлектронное состояние).

После неона следует элемент 3-го периода – натрий. В атоме натрия – 3 электронных слоя, на которых расположены 11 электронов (рис. 7).

Na

Рис. 7. Схема строения атома натрия

Натрий находится в 1 группе, его валентность в соединениях равна I, как и у лития. Это связано с тем, что на внешнем электронном слое атомов натрия и лития находится 1 электрон.

Свойства элементов периодически повторяются потому, что у атомов элементов периодически повторяется число электронов на внешнем электронном слое.

Строение атомов остальных элементов третьего периода можно представить по аналогии со строением атомов элементов 2-го периода.

Четвертый период включает в себя 18 элементов, среди них есть элементы как главной (А), так и побочной (В) подгрупп. Особенностью строения атомов элементов побочных подгрупп является то, что у них последовательно заполняются предвнешние (внутренние), а не внешние электронные слои.

Четвертый период начинается с калия. Калий – щелочной металл, проявляющий в соединениях валентность I. Это вполне согласуется со следующим строением его атома. Как элемент 4-го периода, атом калия имеет 4 электронных слоя. На последнем (четвертом) электронном слое калия находится 1 электрон, общее количество электронов в атоме калия равно 19 (порядковому номеру этого элемента) (рис. 8).

Рис. 8. Схема строения атома калия

За калием следует кальций. У атома кальция на внешнем электронном слое будут располагаться 2 электрона, как и у бериллия с магнием (они тоже являются элементами II А подгруппы).

Следующий за кальцием элемент – скандий. Это элемент побочной (В) подгруппы. Все элементы побочных подгрупп – это металлы. Особенностью строения их атомов является наличие не более 2-х электронов на последнем электронном слое, т. е. последовательно заполняться электронами будет предпоследний электронный слой.

Так, для скандия можно представить следующую модель строения атома (рис. 9):

Рис. 9. Схема строения атома скандия

Такое распределение электронов возможно, т. к. на третьем слое максимально допустимое количество электронов – 18, т. е. восемь электронов на 3-м слое – это устойчивое, но не завершенное состояние слоя.

У десяти элементов побочных подгрупп 4-го периода от скандия до цинка последовательно заполняется третий электронный слой.

Схему строения атома цинка можно представить так: на внешнем электронном слое – два электрона, на предвнешнем – 18 (рис. 10).

Рис. 10. Схема строения атома цинка

Следующие за цинком элементы относятся к элементам главной подгруппы: галлий, германий и т. д. до криптона. В атомах этих элементов последовательно заполняется 4-й (т. е. внешний) электронный слой. В атоме инертного газа криптона будет октет на внешней оболочке, т. е. устойчивое состояние. 

 

Подведение итога урока

 

 

На этом уроке вы узнали, как устроена электронная оболочка атома и как объяснить явление периодичности. Познакомились с моделями строения электронных оболочек атомов, с помощью которых можно предсказать и объяснить свойства химических элементов и их соединений.

 

 

Список литературы

1. Оржековский П. А. Химия: 8-й класс: учеб для общеобр. учрежд. / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013. (§44)
2. Рудзитис Г. Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§37)
3. Хомченко И. Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы.
   – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008. (с. 37–38)
4. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В. А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003. (с. 38–41)

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «chem.msu.su» (Источник).
2. Интернет-портал «dic.academic.ru» (Источник).
3. Интернет-портал «krugosvet.ru» (Источник).

 

Домашнее задание

1. с. 250 №№ 2–4 из учебника П. А. Оржековского «Химия: 8-й класс» / П. А. Оржековский, Л. М. Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.
2. Запишите распределение электронов по слоям в атоме аргона и криптона. Объясните, почему атомы этих элементов с большим трудом вступают в химическое взаимодействие.

 

КриптоПро | Услуги УЦ

Удостоверяющие центры ООО «КРИПТО-ПРО»

Основное направление деятельности компании ‑ разработка средств криптографической защиты информации и развитие Инфраструктуры Открытых Ключей (Public Key Infrastructure) на основе использования международных рекомендаций и российских криптографических алгоритмов. Продукты компании широко используется различными государственными и коммерческими организациями в системах электронного документооборота, сдачи налоговой и бухгалтерской отчетности, системами исполнения бюджета, городского заказа и интегрированы в прикладные системы ведущих российских ИТ производителей.

Во многих случаях, организация собственного Удостоверяющего центра экономически не целесообразна. В целях снижения затрат на организацию защищенного, юридически значимого электронного документооборота предлагаем вам воспользоваться нашими услугами в части создания сертификатов ключей проверки электронных подписей (сертификатов открытых ключей) и осуществляемых на следующих технологических площадках:

Аккредитованный Удостоверяющий центр по 63-ФЗ «Об электронной подписи»

Описание процесса регистрации и получения квалифицированного сертификата ключа проверки электронной подписи

Сервис проверки электронных подписей и квалифицированных сертификатов ключей проверки электронной подписи

---

Неаккредитованный Удостоверяющий центр

Описание процесса регистрации и получения неквалифицированного сертификата ключа проверки электронной подписи

 

---

Центр управления сертификатами VPN-сетей

Описание процесса регистрации и получения сертификата для аутентификации и защиты сетевого трафика

 

---

Центр управления TLS-сертификатами аутентификации серверов

Описание процесса регистрации и получения сертификатов для аутентификации серверов

 

---

Мы предоставляем организациям (юридическим лицам) услуги по изготовлению и управлению ключами электронной подписи пользователей информационных систем, включая процедуру подачи и обработки запросов на сертификаты, верификацию запросов на сертификаты, формирования сертификатов, их получения, использования и отзыва. Также наша компания осуществляет иные сервисные функции, связанные с использованием электронных подписей, шифрованием, обеспечением электронного юридически-значимого документооборота и т.п..

В зависимости от требований политики безопасности предприятия, Удостоверяющий центр позволяет использовать несколько схем регистрации и изготовления сертификатов открытых ключей пользователей:

Централизованная схема обслуживания

Централизованная схема регистрации и управления ключами пользователей обеспечивает наиболее строгую политику идентификации пользователей, являющихся владельцами сертификатов открытых ключей.

При использовании централизованной схемы обслуживания в Удостоверяющем центре регистрация и изготовление сертификатов ключей подписей осуществляется при личном прибытии пользователя (либо его уполномоченного представителя, действующего на основании соответствующей доверенности) в Удостоверяющий центр. Генерация ключей подписей осуществляется в Удостоверяющем центре на предоставляемый пользователем ключевой носитель.

Схема процесса регистрации пользователя представлена на рисунке:

Распределенная схема обслуживания

Данная схема обслуживания удобна для организаций, пользователи которых территориально удаленны от Удостоверяющего центра (например, в разных субъектах Российской федерации).

При использовании распределенной схемы обслуживания в Удостоверяющем центре регистрация и изготовление сертификатов ключей подписей осуществляется без личного прибытия пользователя в Удостоверяющий центр и производится на основании заявлений, поступающих в Удостоверяющий центр посредством специализированного программного обеспечения Удостоверяющего центра, электронной почты, почтовой либо курьерской связи.

Схема процесса регистрации пользователя представлена на рисунке:

Распределенная схема обслуживания с Оператором Удостоверяющего Центра

Данная схема обслуживания удобна для организаций, являющихся владельцами информационных систем, использующих электронную цифровую подпись.

Распределенная схема с оператором основывается на предоставлении Удостоверяющим центром обслуживающейся организации — Оператору Удостоверяющего Центра полномочий по регистрации пользователей и принятию решений по управлению (изготовлению, отзыву, приостановлению/возобновлению действия) сертификатов ключей подписей. Управление сертификатами ключей подписей осуществляется с использованием специализированного программного обеспечения, предоставляемого Удостоверяющим центром.

Схема процесса регистрации пользователя представлена на рисунке:

C организацией — Оператором Удостоверяющего Центра заключается договор на предоставление услуг удостоверяющего центра, предоставляются необходимые программные средства.

Дополнительную информацию Вы сможете получить связавшись с нами удобным для Вас способом.

Контактная информация

По вопросам обслуживания на Удостоверяющем Центре ООО «КРИПТО-ПРО» обращайтесь:

Адрес:  127018, ул. Сущёвский вал, д. 18 (cхема проезда).

• Тел: +7 (495) 995-48-20
• E-mail: [email protected]

/>/>

Электронные конфигурации атомов | Задачи 183

 

Задача 183. 
Среди приведенных ниже электронных конфигураций указать невозможные и объяснить причину невозможности их реализации: а) 1р³ б) 3p⁶ в) 3s²; г) 2s²; д) 2d⁵; е) 5d²; ж) 3f¹²; з) 2р⁴ и) 3p⁷.
Решение:
а) Электронная конфигурация 1p³ не реализуется, потому что первый энергетический уровень (n = 1 ) содержит только s-подуровень. Максимальное число электронов на каждом энергетическом уровне равно  2n², где n  — главное квантовое число. Так на первом энергетическом уровне (n = 1) может находиться максимальное число электронов 2(2

^. 1² = 2). Следовательно, не только неправильно указан подуровень, но общее число электронов.

б) 3p⁶ – электронная конфигурация возможна, потому что на третьем энергетическом уровне содержатся s-, p- и d-подуровни. На p-подуровне содержится три атомные орбитали, а в каждой орбитали, согласно правилу Хунда, может находиться максимальное число электронов равное двум. Поэтому на 3p-подуровне может максимально находиться шесть электронов (3 ^. 2 = 6).

в) Электронная конфигурация 3s² верна, потому что на третьем энергетическом уровне (n = 3) находятся s-, p- и d-подуровни. Согласно

правилу Хунда, на s-подуровне, состоящем из одной атомной орбитали, может находиться максимальное число электронов равное двум. 

г) Электронная конфигурация 2s² реализуется, потому что на втором энергетическом уровне (n = 2) содержатся s- и  p-подуровни, и на s-подуровне, в его единственной атомной орбитали, может содержаться максимальное число электронов равное двум.  

д) Электронная конфигурация 2d5 не реализуется, потому что во втором энергетическом уровне (n = 2) d-подуровень не содержится, в этом слое расположены только s- и p-подуровни.

е) Электронная конфигурация 5d² реализуется, потому что на пятом энергетическом уровне (n = 5) содержатся s-, p- d- и f-подуровни. Подуровень d содержит пять атомных орбиталей, в которых может находиться максимальное число электронов равное десяти (5 ^. 2 = 10). Запись 5d² означает, что на 5d-подуровне содержится два неспаренных электрона.

ж) Электронная конфигурация 3f¹² не реализуется, потому что на третьем энергетическом уровне (n = 3) могут находиться только s-, p- и d-подуровни.

з) Электронная конфигурация 2p4 реализуется, потому что на втором энергетическом уровне (n = 2) могут находиться только s- и  p-подуровни. Подуровень p состоит из трёх атомных орбиталей, на которых, согласно

правилу Хунда, может находиться до шести электронов.

и) Электронная конфигурация 3p7 не реализуется, потому что на p-подуровне, состоящем из трёх атомных орбиталей, согласно правилу Хунда, максимальное число электронов равно 6.

---

Задача 184. 
Сколько вакантных Зd-орбиталей имеют возбужденные атомы: а) С1; б) V; в) Мn?
Решение:
а) электронная конфигурация атома хлора имеет вид: …3s²3p⁵3d⁰. Графическое заполнение валентного энергетического слоя атома хлора можно представить следующей схемой:

Таким образом, внешний энергетический уровень атома хлора имеет свободные орбитали на 3d-подуровне, что позволяет электронам переходить в возбуждённое состояние (перемещаться на более высокие свободные орбитали). У атома хлора возможно три состояния перемещения электронов на более высокие свободные орбитали, электроны с s- и p-подуровней переходят на 3d-подуровень:

1) При затрате некоторой энергии один из 3p-электронов атома хлора может быть переведён на вакантную 3d-орбиталь, при этом энергия атома возрастает, так что возникающая электронная конфигурация (1s²2s22p⁶3s²3p⁴3d¹) соответствует одному из возбуждённых состояний атома хлора. Графически это можно представить схемой:

В данном случае 3d-подуровень содержит четыре вакантные орбитали возбуждённого атома хлора.

2) При затрате некоторой энергии два из 3p-электронов атома хлора могут быть переведены на вакантные 3d-орбитали, при этом энергия атома возрастает, так что возникает электронная конфигурация (1s²2s²2p⁶3s²3p³3d²), которая соответствует одному из возбуждённых состояний атома хлора. Графически это можно представить схемой:

В таком возбуждённом состоянии атом хлора содержит три вакантные 3d-орбитали.

3) При затрате некоторой энергии один из 3s- и два 3p-электронов могут быть переведены на свободные 3d-орбитали, при этом энергия атома возрастает, так что возникающая конфигурация (1s²2s²2p⁶3s¹3p³3d³) также соответствует одному из возможных состояний хлора: 

б) Электронная конфигурация валентного энергетического уровня атома ванадия имеет вид: …3d³4s². Графическая схема заполнения электронами имеет вид: 

В возбуждённом состоянии атома ванадия один 4s-электрон может быть переведён на свободную 3d-орбиталь, так что возникающая электронная конфигурация валентного уровня (3d⁴4s¹) соответствует возбуждённому состоянию атома ванадия, что можно представить в виде схемы:

При возбуждении атома ванадия остаётся вакантной одна 3d-орбиталь.

в) Электронная конфигурация валентного энергетического уровня атома марганца имеет вид: …3d⁵4s². Графическая схема заполнения электронами имеет вид: 

При возбуждении атома марганца один s-электрон переходит на 3d-орбиталь, при этом получается электронная конфигурация валентного уровня (3d⁶4s¹) соответствует возбуждённому состоянию атома марганца, что можно представить в виде схемы:

Из схемы вытекает, что при возбуждении атома марганца свободных d-орбиталей нет, так как на 3d-подуровне распределяются два спаренных электрона и четыре неспаренных.  Таким образом, атом марганца ни в основном, ни в возбуждённом состоянии не имеет свободных d-орбиталей.

---

Задача 185. 
Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы: а) В; б) S; в) Аs; г) Сг; д) Нg; е) Еu?
Решение:
а) Электронная формула атома бора 1s²2s²2p¹. Валентность орбитали в этом атоме являются орбитали внешнего (второго) электронного, т.е. 2s-, 2p-орбитали. Графическая схема заполнения электронами этих орбиталей имеет следующий вид:

Следовательно, атом бора содержит один неспаренный 2p-электрон.

б) Электронная конфигурация валентного электронного слоя атома серы имеет вид: …2s²2p⁴. Графическая схема заполнения электронами этого слоя имеет следующий вид:

Следовательно, атом серы в стационарном состоянии содержит два неспаренных электрона -, 2p-подуровне.

в) Электронная конфигурация валентного электронного слоя атома мышьяка имеет вид: …4s²4p³. Графическая схема распределения валентных электронов имеет следующий вид:

Таким образом, атом мышьяка имеет три неспаренных электрона на 4p-подуровне.

г) Электронная конфигурация валентного электронного слоя атома хрома имеет вид: …3d⁵ 4s¹. Графическая схема заполнения электронами этого слоя имеет следующий вид:

Следовательно, атом хрома в стационарном состоянии содержит шесть неспаренных электронов, из которых пять на 3d-подуровне и один на 4s-подуровне.

д) Электронная конфигурация валентного электронного слоя атома ртути имеет вид: … 6s²6p⁰. Графическая схема заполнения электронами этого слоя имеет следующий вид:

Атом ртути не содержит ни одного неспаренного электрона.

е) Электронная конфигурация валентного электронного слоя атома европия имеет вид: …4f⁷ 6s². Графическая схема заполнения электронами этого слоя имеет следующий вид:

Таким образом, атом европия содержит семь неспаренных 4f-электронов.  

Ответ: а) 1; б) 2; в) 3; г) 6; д) 0; е) 7.

---

Задача 186. 
Составить электронно-графические схемы ионов Ее²⁺ и Ее³⁺. Чем можно объяснить особую устойчивость электронной конфигурации иона Ее³⁺?
Решение:
Электронная формула атома железа имеет вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s². Графическая схема размещения электронов в квантовых ячейках атома железа будет иметь следующий вид:

При отдаче двух 4s-электронов атомом железа образуется ион Ее²⁺, графическая схема размещения электронов в котором будет иметь вид:

При отдаче трёх электронов (двух 4s- и одного 3d) атомом железа образуется ион Ее³⁺, графическая схема размещения электронов в котором будет иметь вид:

Таким образом, на внешнем энергетическом уровне иона Ее²⁺ содержится два 3s-, шесть 3p- и шесть 3d-электронов. Причём на 3d-подуровне содержатся четыре неспаренных и два спаренных электрона. Ион Ее³⁺ отличается от Ее²⁺ тем, что содержит на 3d-подуровне на один электрон меньше, и все они неспаренные, такая система 3d-подуровня является энергетически более устойчивой. Электростатическое взаимодействие между ядром и электронной плотностью у иона Ее³⁺ больше, чем у иона Ее²⁺. 

---

Задача 187.  
Указать особенности электронных конфигураций меди и хрома. Сколько 4s-электронов содержат невозбужденные атомы этих элементов?
Решение:
Так как число электронов в атоме элемента равно его порядковому номеру, то общее число электронов в атоме меди и хрома соответственно равно 29 и 24.

Последовательность заполнения энергетических уровней и подуровней в атоме элемента определяется правилами Клечковского, согласно которым электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он обладает наименьшей энергией (меньшая сумма  n + l). Порядок заполнения подуровней определяется правилом Хунда. Согласно правилу Хунда, минимальной энергии атома соответствует такое распределение электронов по атомным орбиталям данного подуровня, при котором абсолютное значение суммарного спина атома максимально.

Электронные формулы атомов хрома и меди можно выразить следующим образом:

Экспериментально установлено, что на внешнем энергетическом уровне у хрома и меди находится по одному электрону. Объясняется это тем, что произошёл «провал» одного 4s-электрона у атомов хрома и меди на 3d-подуровень.  Происходит это потому, что энергетически выгодным состоянием является состояние атома, когда при четырёх неспаренных электронах на 3d-подуровне происходит заполнение пятой свободной атомной орбитали. Поэтому электронная формула атома хрома имеет следующий вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹.

У атома меди все атомные орбитали 3d-подуровня заполнены, причём четыре полностью, а на пятой находится один неспаренный электрон. Такая система 3d-подуровня, состоящая из девяти электронов является энергетически неустойчивой, и поэтому происходит «провал электрона с 4s-орбитали на 3d-орбиталь. Электронную формулу атома меди можно теперь представить следующим образом: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹.

Таким образом, атомы хрома и меди на внешних энергетических уровнях содержат по одному 4-электрону. Графические схемы распределения электронов по квантовым ячейкам у атомов хрома и меди в стационарном состоянии будут иметь следующий вид:

---

Проектирование электронных схем: этапы и основные соображения | Блог Advanced PCB Design

 

Хотя важно пристегнуть ремень безопасности, мой первый ритуал, когда я садюсь за руль, — это проверить топливный бак. Это потому, что однажды я застрял в дороге из-за того, что не смог этого сделать. Закончившееся топливо — неприятный опыт, особенно если вы уже опаздываете на встречу.

Назовите меня одержимым, но теперь у меня есть привычка смотреть на указатель уровня топлива. У меня появилась такая же одержимость, хотя и по-разному, когда дело доходит до проектирования электронных схем. Это потому, что пренебрежение определенными правилами или лучшими практиками уже приводило меня к неприятностям.

Критический процесс перед началом проектирования электронных схем

Прежде чем вы начнете чертить первое схематическое соединение или визуализировать необходимые компоненты, вы должны убедиться, что проектная спецификация составлена ​​правильно. Спецификация проекта — это документ, составленный на основе требований клиента или руководителя группы.

Требования часто касались характеристик продукта и применения электроники. Как разработчик печатных плат, вы должны убедиться, что приведенные требования достаточны для преобразования в спецификации, которые будут основным руководством при формировании дизайна.

Общие этапы проектирования электронных схем

После того, как у вас будет работающая спецификация, вам нужно будет приступить к созданию прототипа проекта. Разработка электронных схем часто представляет собой гонку со временем в процессе превращения прототипов в пригодные для развертывания производственные единицы. Чтобы попасть туда, вам нужно пройти эти этапы проектирования.

1. Планирование

Есть правда в поговорке, что отсутствие планирования означает планирование неудачи. Вы захотите потратить некоторое время на визуализацию структуры электроники и компонентов, необходимых для работы. На этом этапе обычно выбираются специальные компоненты, такие как ИС связи или питания.

Вы также можете выполнить оценку бюджета мощности, чтобы получить представление об общем энергопотреблении и спланировать соответствующий модуль управления питанием.

2. Схематический чертеж

Следующий этап включает в себя воплощение идеи проекта в схему. Вы будете соединять компоненты таким образом, чтобы схема работала. Если вы работаете над сложной конструкцией, включающей сотни компонентов, целесообразно разделить ее на модули или подсхемы.

 

Подсхемы полезны при проектировании схем.

 

3. Компоновка печатной платы

После проверки всех соединений на схеме вы начнете компоновку печатной платы путем переноса компонентов. Компоновка печатной платы может быть непосильной задачей для начинающих проектировщиков печатных плат, так как есть так много областей, на которые нужно обратить внимание.

Вы начинаете с определения размера печатной платы, расположения компонентов, маршрутизации и запуска DRC, чтобы убедиться, что ни одно из правил проектирования не нарушено. Как только вы убедитесь, что конструкция печатной платы не содержит ошибок, вам необходимо создать производственные файлы для изготовления и спецификацию материалов (BOM) для прототипирования.

4. Прототипирование

Прототипирование включает изготовление печатной платы, часто в небольшом объеме, и сборку компонентов на ней. Проводятся испытания, чтобы убедиться, что печатная плата функционирует в соответствии с требованиями проекта. Любые ошибки в проекте должны быть задокументированы для пересмотра. В противном случае планируется серийное производство печатных плат в больших количествах.

Передовой опыт проектирования электронных схем для проектировщиков печатных плат

Разработчики печатных плат играют важную роль в процессе проектирования электронных схем. Непредвиденная ошибка иногда может создать или разрушить прототип. Независимо от того, над каким дизайном вы работаете, эти советы помогут вам избежать возможных душевных страданий.

Распределение места на печатной плате

Мир требует электроники меньшего размера. Однако вы обязаны определить минимальный размер печатной платы без ущерба для таких факторов, как маршрутизация, помехи и тепловыделение.

Если вы работаете с гибкой печатной платой или продуктом в закрытом корпусе, вы должны убедиться, что дизайн подходит к корпусу, прежде чем производить фактическую печатную плату. Это означает, что вам необходимо тесно сотрудничать с инженерами-механиками или дизайнерами продукта на этапе проектирования.

 

Ограничение пространства является распространенной проблемой при проектировании печатных плат.

 

Размещение компонентов

То, как вы размещаете компоненты на печатной плате, может привести к очень разным результатам для прототипов. Во-первых, аналоговые компоненты должны иметь разумное расстояние от своих высокоскоростных цифровых аналогов. То же самое относится и к компонентам управления питанием, которые должны быть сгруппированы в определенной части печатной платы.

Помимо функциональности, при размещении компонентов следует учитывать удобство обслуживания. Это верно, если вы разрабатываете электронику для промышленных контроллеров, где требуется регулярное техническое обслуживание. Убедитесь, что разъемы «провод-плата» расположены в стратегическом месте, чтобы упростить обслуживание и поиск и устранение неисправностей.

Электромагнитные помехи (EMI)

В условиях меньшего пространства, более высокой скорости и беспроводных электронных устройств все большее внимание уделяется электромагнитным помехам при проектировании печатных плат. Чтобы уменьшить вероятность того, что ваша печатная плата является источником электромагнитных помех или подвержена влиянию электромагнитных помех, вам необходимо обратить внимание на плоскость заземления и текущий обратный путь.

Наличие хорошего разделения слоев заземления, особенно для высокоскоростных сигналов, помогает минимизировать помехи, возникающие через заземляющий медный провод. Кроме того, важно обеспечить кратчайший обратный путь для высокоскоростных сигналов, чтобы предотвратить помехи сигнала другим компонентам.

Сеть подачи энергии

Независимо от того, насколько сложной является ваша конструкция, неправильная конструкция силового модуля может привести к его неработоспособности. Помимо выбора правильных компонентов регулирования мощности или батареи, вы должны убедиться, что дорожки соответствуют плотности тока.

Хорошая конструкция сети подачи питания обеспечивает минимальные потери мощности на печатной плате, и достаточная мощность подается на все компоненты на плате.

Печать этого проекта печатной платы

Важно отметить, что при проектировании любой печатной платы вы должны быть уверены, что постоянно думаете об общей целостности производственного процесса. Если вы измените компонент на схеме, будет ли он изменен позже и доведен до сведения отделов закупок и механиков? Ваша схема уже прошла проверку, и вы ожидаете каких-либо зависаний при проверке конструкции вашей печатной платы?

Электронные схемы очень чувствительны, и в большинстве случаев это относится и к группе, которая их разрабатывает. Старайтесь быть максимально внимательным между проектными группами ECAD и MCAD, используя интуитивно понятное программное обеспечение, которое способно обновляться в режиме реального времени и работать с особенно точной документацией, необходимой для реализации проекта.

Конечно, это помогает проектировать электронные схемы с помощью качественного программного обеспечения для проектирования печатных плат, такого как OrCAD PCB Designer. Вы обнаружите, что такие функции, как пакет анализа Cadence, дают вам хорошее представление о сети подачи питания на вашей печатной плате.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

 

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на Linkedin Посетить сайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЧИТЬ БОЛЬШЕ Электронные автоматические выключатели

– электронный предохранитель

Электронное реле сочетает высокую мощность включения.
Компактные ECB от WAGO вступают в игру, когда основное внимание уделяется как безопасности, так и превосходному соотношению цены и качества.

Автоматические автоматические выключатели WAGO могут многое предложить:

• Они обеспечивают надежную защиту от перегрузок и коротких замыканий.
• Также позволяют включать нагрузки большой емкости 50 000 мкФ и более без увеличения уставки номинального тока.
• Одно-, двух-, четырех- и восьмиканальные модели и номинальный ток от 0,5 до 12 А обеспечивают гибкость, необходимую для настройки номинального тока в соответствии с вашим конкретным приложением.
• При максимальной ширине 45 мм (1,772 дюйма) эти ECB отличаются высокой плотностью каналов для экономии места в шкафу управления.
• Некоторые устройства также доступны с активным ограничением тока, предотвращающим перегрузку блока питания при коротком замыкании.

Новости

Электронные автоматические выключатели от WAGO

Точная защита и экономия места для цепей постоянного тока

Узнайте о преимуществах автоматических выключателей WAGO по сравнению с обычными автоматическими выключателями. Если источник питания не может временно обеспечить высокий избыточный ток, то предохранители и обычные автоматические выключатели часто оказываются неэффективными для селективной защиты отдельных токопроводящих путей на вторичной стороне.

Одноканальные электронные автоматические выключатели (ECB)

Одноканальные электронные автоматические выключатели обеспечивают надежную защиту при ширине всего 6 мм. Штефан Вагнер подробно представляет продукцию.

Новый продукт

Простая защита малых токов

Новый электронный автоматический выключатель WAGO на 0,5 А

Благодаря одноканальному автоматическому выключателю WAGO (787-2861/050-000) даже малые токи нагрузки 0,5 А теперь могут быть легко защищены при управлении схемы. Быстрое и надежное отключение через 4 мс гарантируется всеми семью автоматическими выключателями. Кроме того, автоматический выключатель экономит место в шкафу управления или системной распределительной коробке благодаря своей габаритной ширине всего 6 мм. Различные варианты управления встроенным цифровым входом позволяют устанавливать каналы в определенное состояние для более удобного использования. Цифровой выход сообщает о текущем состоянии. Тот факт, что они имеют одинаковый профиль, позволяет напрямую объединять входные и выходные напряжения в устройствах серий 857 и 2857.

Преимущества для вас:

• Защита от токов нагрузки от 0,5 до 8 А
• Тонкая конструкция толщиной 6 мм (0,236 дюйма) экономит место
• Надежное отключение автоматического выключателя всего за 4 мс

• Перейти к продукту

  Узнайте больше Электронные автоматические выключатели

  Одноканальные электронные автоматические выключатели (ECB)

  Новые модули имеют ширину всего 6 мм (0,236 дюйма), что делает их самыми тонкими ECB, доступными в настоящее время на рынке. Они примерно на 66 % меньше миниатюрных автоматических выключателей, что позволяет сэкономить еще больше места, особенно при использовании в шкафах управления. Эти ECB позволяют включать нагрузки с высокой емкостью более 50 000 мкФ, помогая снизить количество ложных срабатываний из-за пусковых токов.

  Преимущества для вас:

  • 24 В постоянного тока; доступны шесть версий для номинального тока от 1 до 8 А
  • Цветовая маркировка устройств соответствует номинальному току
  • Чрезвычайно тонкая конструкция
  • Включающая способность: > 50 000 мкФ
  • Широкий диапазон температур окружающего воздуха: −25 … +70 ° C (−13 … +158 °F)
  • Сброс и включение/выключение непосредственно на модуле или дистанционно с помощью цифрового входного сигнала
  • Триггерный сигнальный выход – также может быть объединен как групповой сигнал для 30 устройств
  • Сертификаты: CE, UL 61010, UL 2367

  Показать список продуктов

  2-, 4- и 8-канальные ЭАВ

  Компактные автоматические автоматические выключатели WAGO обеспечивают надежную защиту с превосходным соотношением цены и качества. Они обладают выдающимися характеристиками и надежной защитой от перегрузок и коротких замыканий. При максимальной ширине 45 мм (1,772 дюйма) эти ECB отличаются высокой плотностью каналов для экономии места в шкафу управления.

  Преимущества для вас:

  • 2-, 4- и 8-канальный автоматический выключатель с регулируемым током от 0,5 до 12 А
  • Высокая коммутационная способность: > 50 000 мкФ
  • Коммуникационные возможности: удаленный мониторинг и сброс
  • Дополнительное активное ограничение тока
  • Сертификаты: CE, UL 60950, UL 2367, GL

  Показать список продуктов

  Преимущества ECB WAGO для вас

  6

  Простое подключение

  Сигнальный выход можно объединить и сбросить до 30 устройств

  7

  Множество вариантов конфигурации

  Опциональная настройка номинального тока от 1 до 8 А и семь различных вариантов конфигурации для цифрового выхода измерения

  8

  Поворотный переключатель

  Номинальный ток можно отрегулировать в шесть ступеней для каждого канала отдельно; прозрачная, пломбируемая, маркируемая крышка

  9

  Связь

  Быстрая и надежная связь по протоколу IO-Link, сигнальному контакту, беспотенциальному сигналу или протоколу Manchester

  10

  Экономия места в шкафу управления

  До восьми каналов в модуле шириной всего 42 мм (1,653 дюйма)

  Зачем нужна защита вторичного предохранителя?

  На вторичной стороне импульсные источники питания обеспечивают напряжение постоянного тока для нагрузок цепей управления, таких как контроллеры, панели управления, дисплеи и вспомогательные реле. Эти цепи управления также требуют защиты проводки и, если нагрузка не имеет собственного защитного устройства, защиты устройства. Кроме того, директива по машинному оборудованию EN 60204 требует обнаружения опасных замыканий на землю в цепях управления и их отключения в течение пяти секунд.

  Защита от перегрузки по току в первичных импульсных источниках питания очень быстро реагирует на перегрузку по току на стороне выхода. Селективная защита отдельных токовых цепей во вторичной цепи с помощью предохранителей или обычных автоматических выключателей часто оказывается неэффективной, если источник питания не может обеспечить кратковременную перегрузку по току.

  Какие типы предохранителей существуют?

  Термальный

  Возможное применение:

  • Используется в предохранителях NH, DP
  • Для быстрого срабатывания требуются высокие сверхтоки

  Пояснение:

  • В примере: десятикратная перегрузка по току (по отношению к номинальному току предохранителя): срабатывание в диапазоне 30 мс (в лучшем случае) или 200 мс (наихудший случай)
  • Только двукратная перегрузка по току: отключение в пределах 2 с (наилучший случай) или >100 с (наихудший случай).

  Тепловые и магнитные

  Возможное применение:

  • Используется в автоматических выключателях или выключателях защиты двигателей
  • Для быстрого отключения требуются большие токи

  Пояснение:

  • В примере: трех-пятикратная перегрузка по току для В-характеристики и работы на переменном токе, дополнительный коэффициент безопасности: 1,2 или 1,5
  • Таким образом, в В худшем случае необходим ток отключения в 7,5 раз больше номинального тока.

  Электронный

  Возможные области применения:

  • Возможности точной настройки
  • Реакция в течение короткого времени, даже при малых перегрузках по току
  • Возможна защита длинных кабельных трасс и небольших сечений

  Пояснение:

  • Автоматические автоматические выключатели обеспечивают надежную защиту даже при малых перегрузках по току и при большой длине кабеля.

  Как работает ЕЦБ?

  ECB проверяет, превышает ли выходной ток номинальный ток. Как только выходной ток превышает номинальный ток, выход автоматически отключается полупроводниковым переключателем. Время отключения зависит от величины перегрузки по току. Измерение выходного тока, обработка и расчет времени срабатывания, а также срабатывание полупроводникового переключателя выполняются микропроцессором, который контролирует один или несколько выходных каналов. Соответствующее время срабатывания можно найти на графике справа.

  Преимущества ECB

  • Отключение перегрузки по току и короткого замыкания на вторичной стороне – даже при длинных кабелях и проводниках малого сечения – с точностью, скоростью и воспроизводимостью
  • Селективность, особенно с автоматическими выключателями с активным ограничением тока выход
  • Быстрая и надежная связь по протоколу IO-Link, сигнальному контакту, беспотенциальному сигналу или манчестерскому протоколу
  • Удобный монтажный размер и ширина, например, восемь выходных каналов всего на 42 мм (1,653 дюйма) (что экономит более 70 % монтажного пространства по сравнению с миниатюрными автоматическими выключателями)
  • Номинальный ток может быть установлен для каждого канала
  • Удовлетворяют требованиям EN 60204-1 по надежному отключению замыкания на землю через пять секунд

  Связь

  Связь 1.

  0
  Цифровая сигнализация (S/P)

  Электронный автоматический выключатель можно сбросить с помощью цифрового управляющего сигнала. С помощью этого управляющего сигнала также можно включать и выключать ECB 787-2861. Цифровой выходной сигнал показывает состояние канала или сумму каналов для ECB 787-166x. Для некоторых устройств этот сигнал является беспотенциальным (P).

  Связь 2.0

  
  Манчестерский протокол (M)

  ПЛК передает закодированную последовательность импульсов на управляющий вход S1. ECB синхронизируется автоматически. Текущее состояние всех выходных каналов передается обратно одновременно через сигнальный выход S2. Изменение фронта интерпретируется как «высокий» или «низкий». Для каждого канала как его статус, так и его значения напряжения/тока могут быть переданы индивидуально.

  Связь 3.0

  
  IO-Link (I)

  Для каждого канала его состояние и значения напряжения/тока могут передаваться отдельно через интерфейс IO-Link COM3. Номинальный выходной ток также можно настроить через этот интерфейс, если поворотный переключатель устройства установлен соответствующим образом. Циклическая связь IO-Link намного быстрее, чем манчестерский протокол.

  S = сигнал
  P = беспотенциальный сигнал
  I = протокол IO-Link
  M = протокол Manchester

  Это также может вас заинтересовать

  Совместим с нашими ECB

  Эффективные блоки питания

  Стабильное напряжение питания в любое время и в любом месте, в огромном диапазоне приложений — вот что делает блоки питания WAGO такими успешными!

  Учить больше

  Электронные автоматические выключатели

  Многоканальные электронные автоматические выключатели PISA с монтажом на DIN-рейку рассчитаны на токораспределение и защита цепей нагрузки постоянного тока 24В.

  Электронные автоматические выключатели PISA  распределяют ток больших источников питания на несколько выходных каналов с меньшим током и, следовательно, позволяют использовать провода меньшего размера.

  В случае неисправности электронный автоматический выключатель надежно отключает каналы и защищает нагрузку.

  Узнайте больше о новой серии PISA-B

  Узнайте больше о серии PISA11

  Электронный автоматический выключатель

  Сравните	Артикул №		Выход постоянного тока		Введите	Размеры ШхВхГ (мм)			Особенность
  Новый	ПИЗА-B-8CL2-B1			30А	19,2-30 В постоянного тока	52	124	130	8 выходных каналов: 8x NEC класса 2; 3,75 А на канал; Общий аварийный сигнал
  Новый	ПИЗА-B-8CL2-B4			30А	19,2-30 В постоянного тока	52	124	130	8 выходных каналов: 8x NEC класса 2; 3,75 А на канал; Цифровой кодированный сигнал тревоги
  Новый	PISA-B-812-B1			40А	19,2-30 В постоянного тока	52	124	130	8 выходных каналов: 2х 1-12А, 6х 1-10А; Общий аварийный сигнал
  Новый	ПИЗА-B-812-B4			40А	19,2-30 В постоянного тока	52	124	130	8 выходных каналов: 2х 1-12А, 6х 1-10А; Цифровой кодированный сигнал тревоги
  	PISA11. 401		24В	4А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 4x 1A
  	PISA11. 402		24В	8А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 4x 2A
  	PISA11. 403		24В	12А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 4x 3A
  	PISA11. 404		24В	16А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 4x 4A
  	PISA11. 406		24В	20А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 4x 6A
  	PISA11. 410		24В	20А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 4x 10A
  	PISA11. 203206		24В	18А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 2x 3A и 2x 6A
  	PISA11. 206212		24В	20А	18-30 В постоянного тока	45	75	91	4 выходных канала: 2x 6A и 2x 12A
  	PISA11. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника