Введение в электронику

2–1. Вопросы

Электрический ток представляет собой медленный дрейф электронов из области отрицательного заряда в область положительного заряда. Для измерения силы тока используется ампер (А). Эта единица названа в честь французского физика Андре Мари Ампера (1775–1836). Ампер представляет силу тока в проводнике, когда заряд в один кулон перемещается через заданную точку за одну секунду. Соотношение между ампером и кулоном за секунду выражается формулой:

I = Q/t

где I — сила тока в амперах, Q — величина электрического заряда в кулонах, t — время в секундах.

_{ПРИМЕР. Чему равна сила тока в амперах, если через точку в электрической цепи прошло 9 кулон заряда за 3 секунды?}

_Дано:

 _{Q = 9 Кл; t = 3 с}

 _{I =?}

_{Решение:}

 _{I = Q/t = 9/3 = 3; I = 3 А}

_{ПРИМЕР. По цепи течет ток 5 ампер. Сколько времени займет прохождение 1 кулона заряда через данную точку цепи?}

_Дано:

_{I = 5 А; Q = 1 K;}

_{t =?}

_{Решение:}

_{I = Q/t; 5 = 1/t; 1/5 = t; 0,2 секунды = t} 

Отрицательно заряженные электроны, как правило, являются носителями заряда в электрической цепи. Следовательно, электрический ток — это поток отрицательных зарядов. Принято считать, что направление тока противоположно направлению потока электронов. Позднее было установлено, что при перемещении электрона от одного атома к другому создаются положительные заряды, называемые дырками, которые перемещаются в противоположном направлении (рис. 2–2, 2–3). Электроны и ток при этом остаются такими же.

Рис. 2–2. Когда электроны перемещаются от одного атома к другому, они вызывают появление противоположно движущихся положительных зарядов, называемых дырками.

Рис. 2–3. Направление движения электронов противоположно направлению движения дырок.

Если электроны добавляются на одном конце проводника и берутся для этого с другого конца, то по проводнику течет ток. По мере своего медленного перемещения по проводнику свободные электроны сталкиваются с атомами, освобождая при этом другие электроны. Эти новые свободные электроны перемещаются по направлению к положительно заряженному концу проводника и сталкиваются с другими атомами. Дрейф электронов от отрицательно заряженного конца проводника к положительному происходит вследствие отталкивания зарядов. Кроме того, положительно заряженный конец проводника с дефицитом электронов притягивает электроны как противоположные по знаку заряды.

Дрейф электронов происходит медленно (примерно три миллиметра в секунду), но отдельные электроны, сталкиваясь с атомами, освобождают электроны, движущиеся почти со скоростью света (2,99х10⁸ метров). Представим себе длинную трубу, заполненную шариками для пинг-понга (рис. 2–4).

Рис. 2–4. Электроны в проводнике взаимодействуют подобно шарикам от пинг-понга в трубе.

При добавлении шарика к одному концу трубы, из другого конца трубы шарик выталкивается. Хотя отдельные шарики тратят некоторое время на перемещение по трубе, частота их столкновений может быть очень высокой.

Устройство, которое удаляет электроны с одного конца проводника (положительного) и добавляет их к другому концу проводника (отрицательному), называется источником тока. Он может рассматриваться как своеобразный насос (рис. 2–5).

Рис. 2–5. Источник напряжения может рассматриваться как насос, снабжающий нагрузку электронами и поддерживающий избыток электронов.

2–2. Вопросы

В электронике обычно встречаются очень малые и очень большие числа. Степенное представление — это метод, использующий одноразрядные числа и степени десяти для отображения больших и малых чисел. Например, 300 в степенном представлении имеет вид 3x10². Показатель степени показывает количество нулей справа или слева от десятичной занятой в числе. Например:

Если степень отрицательная, десятичная запятая перемещается влево. Например:

На рисунке 2–6 перечислены некоторые часто используемые степени десяти как положительные, так и отрицательные, а также префиксы и символы, связанные с ними.

Рис. 2–6. Используемые в электронике префиксы.

Например, ампер (А) — это большая единица силы тока, не часто встречающаяся в маломощных электронных цепях. Наиболее часто используемыми единицами являются миллиампер (мА) и микроампер (мкА). Миллиампер равен одной тысячной (1/1000) ампера или 0,001 А. Другими словами, 1000 миллиампер равны одному амперу.

Микроампер равен одной миллионной (1/1 000 000) ампера или 0,000001 А; 1 000 000 микроампер равны одному амперу.

_{ПРИМЕР.Сколько миллиампер содержится в 2 амперах?}

_{Решение:} 

_{1000 мA/1 A = Х мА/2 А (1000 мА = 1 А)}

_{(1)(Х) = (1000)(2)}

_{Х = 2000 мА} 

_{ПРИМЕР. Сколько ампер содержится в 50 микроамперах?}

_{Решение:} 

_{1 000 000 мкА/1 А = 50 мкА/Х А}

_{(1)(50) = (1000000)(Х)}

_{50/1000000 = Х}

_{0,00005 = Х} 

2–3. Вопросы