Введение в электронику

В электрических и электронных цепях существует два типа напряжений — приложенное напряжение и падение напряжения.

Потенциал или напряжение, подведенное к цепи, называется приложенным напряжением (рис. 3-23).

Рис. 3-23. Потенциал, приложенный к цепи, называется приложенным напряжением.

Напряжение подсоединено к цепи, ток течет от отрицательного вывода источника напряжения и возвращается к положительному выводу источника напряжения. 12-вольтовая батарея, подсоединенная к цепи дает приложенное к цепи напряжение 12 вольт.

При перемещении электронов по цепи они встречают сопротивление. Проходя через нагрузку, электроны теряют энергию. Отданная энергия называется падением напряжения (рис. 3-24).

Рис. 3-24. Энергия, поглощенная цепью при прохождении тока через нагрузку (сопротивление), называется падением напряжения. Падение напряжения имеет место при протекании тока в цепи.

В большинстве случаев энергия отдается в виде тепла. Энергия, которую теряют электроны в цепи, равна энергии, сообщаемой им источником.

Еще раз повторим, что энергия, введенная в цепь, называется приложенным напряжением. Энергия, выделяемая в цепи на нагрузке, называется падением напряжения.

Падение напряжения имеет место, когда в цепи течет ток. Ток течет по цепи от отрицательного полюса к положительному. Внутри источника напряжения ток течет от положительного электрода к отрицательному.

Падение напряжения в цепи равно приложенному к цепи напряжению, так как энергия не может создаваться или уничтожаться, а только переходит из одной формы в другую. Если 12-вольтовый источник подсоединен к 12-вольтовой лампе, то источник напряжения обеспечивает приложенное напряжение 12 вольт, а на лампе происходит падение напряжения 12 вольт. Вся энергия потребляется в цепи. Если две одинаковые 6-вольтовые лампы подсоединены последовательно к тому же 12-вольтовому источнику (рис. 3-25), то на каждой лампе происходит падение напряжения 6 вольт, а общее падение напряжения равно 12 вольт.

Рис. 3-25. На каждой из двух одинаковых 6-вольтовых ламп, подключенных к источнику 12 вольт, происходит одинаковое падение напряжения по 6 вольт.

Если две разные лампы соединены последовательно, например как 9-вольтовая и 3-вольтовая лампы (рис. 3-26), то на 9-вольтовой лампе происходит падение напряжения 9 вольт, а на 3-вольтовой лампе — 3 вольта. Сумма падений напряжения равна приложенному напряжению 12 вольт.

Рис. 3-26. Когда две лампы, рассчитанные на различное напряжение последовательно подсоединены к 12-вольтовому источнику, падение напряжения на каждой лампе будет разным, в зависимости от напряжения, на которое рассчитана лампа, и ее сопротивления.

3–4. Вопросы

Земля — это термин, используемый для обозначения нулевого потенциала. Все другие потенциалы являются либо положительными, либо отрицательными по отношению к земле.

Все электрические цепи и приборы заземлены с помощью защитного заземления. Следовательно, между любыми двумя приборами или цепями не существует разности потенциалов, и, следовательно, не будет течь ток. Все цепи связаны с общей точкой на распределительном щитке (который содержит размыкатели или предохранители) (рис. 3-27).

Рис. 3-27. В домовом распределительном щитке все цепи связаны с общей точкой (нейтральной шиной).

Эта общая точка (нейтральная шина) соединена толстым медным проводом с медным стержнем, закопанным в землю или прикреплена к водопроводной трубе. Заземление защищает пользователя от электрического поражения в случае ошибочного соединения.

Защитное заземление используется и в автомобилях. Здесь в качестве земли используется шасси автомобиля. Это можно проверить, посмотрев, куда подсоединены провода от аккумулятора. Обычно отрицательный электрод прикручен болтом прямо к раме автомобиля. Эта и любая другая точка на раме автомобиля рассматривается как земля. Земля служит частью общей электрической цепи.

Таким образом, земля определяется как нулевая точка, относительно которой измеряются все напряжения. Следовательно, напряжение в любой точке цепи может быть измерено по отношению к земле. Измеренное напряжение может быть положительным и отрицательным по отношению к земле.

В больших корпусах электронного оборудования шасси или металлический корпус также служит землей (точкой отсчета), как и в автомобиле. В небольших электронных устройствах, которые используют пластмассовый корпус, все компоненты связаны с печатной платой. В этом случае землей является медная подложка печатной платы, которая работает как общая точка цепи.

3–5. Вопросы

РЕЗЮМЕ

• Напряжение возникает при одновременном возникновении избытка и недостатка электронов на разных концах проводника.

• Источник напряжения обеспечивает способ преобразования некоторых видов энергии в электрическую.

• Шестью основными источниками напряжения являются: трение, магнетизм, химический, свет, тепло и давление.

• Магнетизм является основным методом, используемым для получения напряжения.

• Химические элементы являются вторым основным методом получения напряжения.

• Напряжение может также быть использовано для получения магнетизма, химических реакций, света, тепла и давления.

• Элемент содержит положительный и отрицательный электроды, разделенные раствором электролита.

• Батарея является комбинацией двух или более элементов.

• Элементы, которые не могут быть заряжены, называются первичными элементами.

• Элементы, которые можно подзаряжать, называются вторичными элементами.

• Сухие элементы являются первичными элементами.

• Жидкостно-кислотные батареи и никель-кадмиевые (NiCd) элементы являются примерами вторичных элементов.

• Элементы и батареи могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно для повышения напряжения, тока или и того, и другого.

• Когда элементы или батареи соединены в последовательно-дополняющей конфигурации, выходной ток остается таким же, как у каждого элемента в отдельности, а выходное напряжение увеличивается: