Введение в электронику
Введение в электронику читать книгу онлайн
Книга известного американского специалиста в простой и доступной форме знакомит с основами современной электроники. Основная ее цель — теоретически подготовить будущих специалистов — электриков и электронщиков — к практической работе, поэтому кроме детального изложения принципов работы измерительных и полупроводниковых приборов, интегральных микросхем рассмотрены общие вопросы физики диэлектриков и полупроводников. Обсуждение общих принципов микроэлектроники, описание алгоритмов цифровой обработки информации сопровождается примерами практической реализации устройств цифровой обработки сигналов, описаны принципы действия и устройство компьютера. Книга снабжена большим количеством примеров, задач и упражнений, выполнение которых помогает пониманию и усвоению материала. Предназначена для учащихся старших курсов средних специальных учебных заведений радиотехнического профиля, а также будет полезна самостоятельно изучающим основы электроники.
Внимание! Книга может содержать контент только для совершеннолетних. Для несовершеннолетних чтение данного контента СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО! Если в книге присутствует наличие пропаганды ЛГБТ и другого, запрещенного контента - просьба написать на почту [email protected] для удаления материала
РЕЗЮМЕ
• Законы взаимодействия электростатических зарядов: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
• Электрический заряд (Q) измеряется в кулонах (Кл).
• Один кулон равен заряду 6,24х1018 электронов.
• Электрический ток — это медленный дрейф электронов из области отрицательного заряда в область положительного заряда.
• Сила тока измеряется в амперах.
• Один ампер (А) — это ток, протекающий в проводнике, когда через заданную точку проходит заряд в один кулон за одну секунду.
• Соотношение между силой тока, зарядом и временем описывается формулой:
I = Q/t
• Носителями заряда при наличии электрического тока в металлах являются электроны (отрицательные заряды).
• Перемещение дырок (положительных зарядов) направлено противоположно движению электронов.
• Ток электронов течет в цепи от отрицательного полюса к положительному.
• Электроны перемещаются по проводнику очень медленно, но отдельные электроны могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света.
• С помощью степенного представления выражаются
очень большие и очень маленькие числа.
• Если показатель степени десяти положительный, десятичная запятая перемещается вправо.
• Если показатель степени десяти отрицательный, десятичная запятая перемещается влево.
• Префикс милли- обозначает одну тысячную.
• Префикс микро- обозначает одну миллионную.
Глава 2. САМОПРОВЕРКА
1. Какова сила тока в цепи, если за 5 секунд через заданную точку протекает 7 кулон?
2. Опишите, как направлен поток электронов в цепи по отношению к распределению потенциала в цепи.
3. Запишите следующие числа с помощью степенного представления:
а. 235;
б. 0,002376;
в. 56323,786.
4. Что обозначают следующие префиксы?
а. Милли-
б. Микро-
Глава 3. Напряжение
ЦЕЛИ
После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:
• Перечислить шесть основных источников напряжения.
• Описать шесть различных методов получения электричества.
• Дать определение элемента и батареи.
• Описать различие между первичными и вторичными элементами.
• Описать, на какие типы подразделяются элементы и батареи.
• Перечислить способы соединения элементов или батарей для увеличения выходного тока или напряжения, или и того, и другого.
• Дать определения приложенного напряжения и падения напряжения.
• Описать два типа заземления электрических цепей.
В кусочке медной проволоки имеет место хаотичное движение электронов. Для появления электрического тока электроны должны двигаться в определенном направлении. Для того, чтобы заставить электроны в медной проволоке двигаться в заданном направлении, им должна быть сообщена энергия. Энергию сообщает источник, соединенный с проволокой.
Сила, которая заставляет электроны двигаться в заданном направлении, определяется разностью потенциалов или напряжением.
Напряжение возникает при удалении электронов со своих орбит в атомах. Таким образом, любой вид энергии, отрывающий электроны от атомов, может быть использован для получения напряжения. Но надо помнить, что энергия никогда сама по себе не возникает. Имеет место просто переход энергии из одной формы в другую. Источник напряжения — это не просто источник электрической энергии. Скорее это способ преобразования других видов энергии в электрическую. Существует шесть основных источников напряжения — трение, магнетизм, химические реакции, свет, тепло и давление.
Трение является самым старым способом получения электричества. Стеклянная палочка зарядится, если ее потереть куском меха или шелка. Генератор Ван де Граафа — устройство, работающее на том же принципе, что и стеклянная палочка, и способное создавать напряжение в миллионы вольт (рис. 3–1). Однако кроме научных исследований, он нигде практически не используется.
Рис. 3–1. Генератор Ван-де-Граафа способен создавать разность потенциалов в миллионы вольт.
В настоящее время основным методом получения электрической энергии является магнетизм. Если проводник перемещается в магнитном поле, на его концах возникает разность потенциалов, существующая в течение всего времени перемещения относительно магнитного поля. Устройство, основанное на этом принципе, называется генератором (рис. 3–2).
Рис. 3–2. Генератор использует магнетизм для получения электричества.
Генератор может вырабатывать как постоянный, так и переменный ток. Когда электроны текут только в одном направлении, ток называется постоянным.
Когда направление движения электронов периодически изменяется на противоположное, ток называется переменным. Генератор может приводиться в движение нагретым паром, водой, ветром или бензиновыми и дизельными двигателями. Схематическое обозначение генератора переменного тока показано на рис. 3–3.
Рис. 3–3. Схематическое обозначение генератора переменного тока.
Вторым основным методом получения электричества в настоящее время является использование химических батарей.
Электроды батареи состоят из двух разнородных металлов, например меди и цинка, погруженных в раствор соли, кислоты или щелочи. Электроды обеспечивают контакт между электролитом (раствором соли, кислоты или щелочи) и цепью. Электролит извлекает свободные электроны из медного электрода, оставляя его положительно заряженным.
Цинковый электрод притягивает свободные электроны в электролите и таким образом приобретает отрицательный заряд. Несколько таких элементов могут быть соединены вместе и образовать батарею. На рис. 3–4 показаны схематические обозначения элемента и батареи.
Рис. 3–4. Схематические обозначения элемента и батареи. Комбинация двух или более элементов образует батарею.
В настоящее время используется много различных типов элементов и батарей (рис. 3–5).
Рис. 3–5. Некоторые из широко используемых в настоящее время химических элементов и батарей.
Световая энергия может быть преобразована в электрическую энергию при попадании света на фоточувствительную пленку в фотовольтаической ячейке (солнечном элементе) (рис. 3–6).
Рис. 3–6. Фотовольтаическая ячейка может преобразовывать солнечный свет прямо в электричество.
Солнечные элементы состоят из фоточувствительных материалов, расположенных между металлическими электродами. Когда поверхность фоточувствительного материала освещается светом, происходит выбивание электронов с орбит атомов, расположенных на поверхности материала. Это происходит за счет энергии света. Каждая отдельная ячейка вырабатывает небольшое напряжение. На рис. 3–7 показано схематическое обозначение солнечного элемента.
