现实生活中的反向控制
来看一个现实生活中的例子. 你应该见过所谓的 应急灯, 它通常安装在各种幽深的过道或是楼梯间上. 多数情况下, 应急灯都是熄灭的, 过道和楼梯是通过普通的日光灯使用市电照亮的.
而一旦停电, 应急灯就亮起来了. 没电时它反而亮起来了, 所以你看, 这就是一种"无中生有"呀!
而一旦供电恢复, 它又自动灭了.
当然了, 为啥它没电时还能亮起, 相信你也能猜到, 它的内部肯定是自带有蓄电池之类的.
有电的时候, 在它不需要工作的业余时间里, 它就偷偷在给自己充电呢!
这叫什么? 这叫 机器学习! 你有它勤奋吗? 你的业余时间是不是从来不充电, 都是在打游戏, 刷短视频呢?
这样的电器元件可以称为 有源器件, 这里所谓有源, 简单理解就是自带电源. 应急灯自带电源, 这个没啥稀奇的, 在整个停电的故事中, 真正让我们感兴趣的是它能根据外部供电的情况作出一个反向的操作:
外面来电, 它就熄灭;
外面没电, 它就亮起.
显然, 不难猜想, 外面的电产生了一个效应, 这个效应控制了(或者说抑制了)灯的点亮; 而一旦外面停电, 这种抑制效应解除, 灯自然就亮起了.
如果这一切由人去控制而不是自动控制的话, 又或者说这个应急灯没那么智能还无法自动控制的话, 那无非就是一旦观察到停电, 你就手动把应急灯的开关按下或电闸拉下以点亮应急灯.
一个初步设想的电路原型如下:
把开关连在一个弹簧上, 因为弹力的作用, 开关默认是闭合的, 灯亮起;
如果你手动去往下拉开关, 也可以熄灭灯, 但一旦你松手, 开关又被自动回弹, 灯又重新亮起.
如果你打算实现一个"人肉智能应急灯", 那无非就是雇一个人在那里一直拉着它, 然后告诉这个人说:
- 没电时, 你就松手;
- 有电时, 你就一直拉着...
当然, 我相信你不会这么去做, 也没有人愿意这么去做. 现在, 要做的就是让外部的市电取代这个人去拉着它, 所谓拉着它, 无非也就是提供一个力.
电能够提供力吗? 显然太能了!
要知道 供电部门 通常也称 电力部门.
电通过电磁感应是能够生磁的, 最终产生磁力, 有一种电器就叫电磁铁.
制作一个简易的电磁铁也很简单, 你把一段长长的导线一圈一圈绕在一根铁柱上, 形成线圈, 然后把线圈同上电, 就可以产生磁力, 吸起铁块:
最终, 通过把它交给电去控制, 让电取代你去做这个按下开关或拉下电闸的动作, 可以这样去设计应急灯:
这里弹簧开关用一个弹性铁片替代, 可以被电磁铁吸引.
弹性开关, 默认情况会因弹性的存在而紧紧贴住另一端, 因此是默认闭合的.
停电情况用另一个开关模拟, 外部的市电接在电磁铁上.
- 当有电时, 线圈电磁感应产生的磁力克服弹性开关的弹性从而将开关拉下, 应急电路断开, 灯熄灭;
- 当停电时, 电磁力消失, 铁片回弹, 点亮应急灯.
在上述例子中, 通过一个开关去控制另一个开关, 这样的一个控制原型抽取出来, 就形成了所谓的 继电器 这种电器元件.