На основе повседневного опыта, трудно представить себе ток без наличия напряжения. Обычно напряжение представляют как силу, вызывающую, или даже причину электрического тока. Нет напряжения - и нет тока. Аналогично для воды: нет давления - и вода не течет.
Эта точка зрения, что напряжение является причиной и протекания тока, глубоко укоренились в умах большинства, если не всех начинающих электронщиков. И вы так думаете?
Если это так, то у вас проблемы! Такое упрощенное представление о напряжении, в качестве движущей силы для тока, среди прочего препятствует пониманию транзистора.
Именно поэтому мы тщательно развернем эту тему.
Согласны ли вы с утверждением, что напряжение предстает перед нами двояко:
1 - напряжение "само в себе", полученные от источника напряжения.
2 - напряжение в результате протекания тока через сопротивление.
Но последняя фраза может вызвать возражения.
Что может быть причиной, результат которой – напряжение?
Может ли ток течь через сопротивление без наличия напряжения?
Конечно, напряжение и ток неразрывно связаны между собой. Если мы возьмем некоторое сопротивление (сопротивление R), если к нему приложено напряжение, можем вычислить ток по закону Ома (I = U / R). Если, в свою очередь, через сопротивление течет ток, должно быть напряжение или падение напряжения согласно такому же закону Ома (U = I × R).
Так в чем же проблема?
В принципе, это не проблема, это просто ваше воображение. Если вы безоговорочно согласиться с формулировкой что напряжение (или падение напряжения) может быть результатом протекания электрического тока, вы можете спокойно пропустить оставшуюся часть материала в этом разделе.
Если до сих пор вы считали, что причина всегда напряжение, а ток – результат, читайте все.
Первый вопрос: что такое падение напряжения? Это «падение напряжения2 и «напряжение» одно и то же?
Разговорный термин «падение напряжения» может привести к заблуждению.
Возьмем, например, плоскую батарею с напряжением 4,5 В. При подключении лампочки, напряжение уменьшается, и говорят, что есть напряжение, упало с 4,5 В до скажем, 3,5 В. Иногда напряжение в сети падает ниже номинального, и говорят, что есть падение напряжения.
Такое обозначение падения напряжение означает уменьшение напряжение совсем иное, нежели падение напряжение, которое используется в электронике.
Рассмотрим эту тему более внимательно.
Если читали мои статьи в EdW 12/96 - EdW 4/97, то знаете гидравлические аналоги электрических цепей. Если вы только начинаете и тема для вас незнакома, запомните только главное.
Электрический ток это поток конкретных носителей (электронов).
Движение электрического тока подобно потоку воду. Там плывут электроны, тут частицы воды. Напряжение электрическое есть эквивалент давления воды. Но это давление еще не поток. Давление воды может быть очень большим, но если все краны закрыты, то потока воды не будет. Давление есть фактор, вызывающий поток воды, так что само давление еще не все – так же необходим путь для воды.
В случае открытия крана водоснабжения это просто – чем больше зазор, он же сечение, через которое может течь вода, тем больше поток воды. Мы можем сказать, что кран создает потоку воды большее или меньшее сопротивление.
Количество текущей воды зависит не только от сечения крана, но также от давления – чем выше давление, тем больше поток воды (так же как от сечения). Количество текущей воды зависит и от давления и от сопротивления крана. Вы не должны сомневаться, что количество воды зависит от давления, действующего? Увеличенное давление - больше воды. То же самое верно и в электрической цепи: ток (обозначенные буквой I) зависит от напряжения (обозначается U) и сопротивления (обозначается буквой R). Чем выше напряжение, тем больше ток (при одинаковом сопротивлении).
Это и есть основной закон Ома! То есть. Математическое выражение, наиважнейшее для электро(техники)ники.
I=U/R
На ваш взгляд – выглядит так, причина потока воды (электрического тока) есть давление (напряжение), а не наоборот!
Не обязательно! Я объясню. На рисунке 1 показан огромный сборник воды с высотой обозначенной буквой h. Несомненно, давление воды на дне сборника зависит от этой высоты, иными словами от высоты водяного столба. Если на высоте дна установить манометр, то он покажет значение того давления. На рисунке 1 есть манометр А. Смонтируем длинную горизонтальную трубу на уровне дна. На другом конце установим манометр В и клапан (кран).
Кран закрыт.
Манометры А и В показывают одно давление?
Так!
Вы уверены?
Несомненно, показания должны быть одинаковы, только если трубка горизонтальная и манометры установлены на одной высоте.
Теперь открываем немного клапан на конце трубы. Вода начинает течь.
Что-то изменилось?
Манометр А и дальше показывает то же самое давление, а манометр В показывает теперь давление немного меньше.
Откройте кран еще больше – поток воды увеличиться и показания манометра В станут еще меньше.
Рассмотрим крайний случай.
Откроим полностью кран (предположим, что это новый шаровой кран, и есть такая возможность). Теперь клапан не препятствует потоку воды. Вода течет из нашей трубы сильным потоком.
Предположим, что сборник огромен и количество вытекаемой воды не влияет на уровень – примем, что уровень воды и давление на дне сборника (манометр А) все время постоянно.
Что теперь показывает манометр В.
Подумайте!
На первом манометре А, показания не меняются. Это давление зависит от высоты h, и вызывает поток воды, который испытывает сопротивление, обусловленное длинной трубы.
А второй манометр В показывает значение близкое к нулю!
Вы не согласны?
Примите во внимание, что вода течет через длинную, относительно тонкую трубку. Испытывая сопротивление.
Если полностью открыть кран, сопротивление потоку будет оказывать только трубка.
При постоянном давлении (точка А), поток воды обратно пропорциональна сопротивлению трубки. Вы уже знаете, - это еще одна иллюстрация закона Ома. Для электрической цепи.
На представленном рисунке 1 установлен манометр С. Он не подключен к трубе, и показывает значение ноль. При полностью открытом клапане, манометр B, который находится близко к выпускной трубе будет означать давление близко к нулю (ровно ноль будет показано, если он будет помещен точно на выходе трубы).
Примечание: при полном открытии клапана в точке А давление постоянно, давление в точке С, как известно, равно нулю, в точке B – очень близка к нулю. Когда кран был закрыт и не было потока воды (тока), манометры А и В показывали одно и то же давление. Позже, когда открываем стоповый кран, поток воды возрастает и пропорционально уменьшается показания манометра В. Можем сказать проще, что между точками А и В появилось давление (разница между давлениями, но это еще одно давление)!
Помните, что свойства трубки не меняется в ходе эксперимента – скажем сопротивление трубки постоянно в течении времени. Оно не давало о себе знать, пока не было потока воды. Но дало о себе знать, когда появился поток – заметьте разницу давления между концами трубки. Заметьте, что давление между точками А и В зависит от воды. Вы согласны с выводом, что причина давления (разницы давления), был поток воды?
Ну, наконец в этом мы видим причину и следствие: причина есть поток воды, а следствие – падение давление между точками А и В.
Ровно то же самое в электрической цепи – представленной на рисунке 2. Вольтметр Va показывает одно и то же напряжение питания. Когда ключ S разомкнутый, то через резистор R1 безусловно не течет ток. Конечно, вольтметр VB показывает то же самое что и вольтметр VA, а вольтметр VD безусловно показывает ноль.
Когда замкнем контакты выключателя S и будем уменьшать величину активного сопротивления потенциометра Rx, тогда напряжение в точке В (VB) будет уменьшаться, а напряжение на резисторе R1 (VD) – расти. Конечно, сумма напряжений VD и VB всегда будет равна напряжению питания VA.
При уменьшении сопротивления потенциометра до нуля, на резисторе R1 возникает полное напряжение: вольтметр VB покажет ноль, а показания вольтметров VA и VD будут ровны.
Какой из этого вывод?
Выводов можно сделать несколько, но я хочу, что бы ты привык так же к понятию падения напряжения в результате протекания ток через сопротивление.
Может быть, вы скажете, что это зависит от точки зрения. Вы правы, потому что напряжение и ток обратно пропорциональны (закон Ома), но речь не идет о том, главное что вы знали, не всегда ток является результатом действия напряжения. Как вы видите может быть наоборот, и такое положение вещей очень нам пригодится при анализе работы транзистора.
Теперь вы уже усвоили для себя такое понятие напряжения? Так что по аналогии с водой, перепад давления и давления, это дно и то же?
Да. ЭТО ОДНО И ТО ЖЕ! Но на самом деле, давление равное нулю может быть только в идеальном вакууме. Мы имеем дело с атмосферным давлением. Оно повсюду в нашей жизни и атмосферное давление часто рассматривается в качестве, эталонного, нулевого давления. Не верите? Как вы думаете измеряет давление врач? Существует только разница между кровяным давлением и атмосферном. (Точно так же на рисунке 1 манометр С показывает ноль). Таким образом, во многих случаях то что мы называем давлением, на самом деле разность давления.
То же самое и с напряжением. Да же по определению напряжение и есть разность потенциалов. На практике, почти всегда за начальную точку отсчета принимают (землю, общий провод, массу, один из полюсов батареи питания, или металлического корпуса или шасси устройства). Все напряжения измеряются относительно это потенциала.
Если мы говорим напряжении, между любой точкой схемы, то измеряется напряжение между землей и этой точке.
Иногда напряжение измеряется не относительно земли. А непосредственно на выводах компонента, например на выводах, одного резистора. В таком случае мы говорим, что это падение напряжение на резисторе.
На рисунке 2 вольтметр Vb показывает напряжение в точку В, а вольтметр Vd показывает напряжение на резисторе R1.
Может быть, то, что я сейчас объяснил для вас очевидно, но для большинства начинающих инженеров – электронщиков это не ясно.
Наверное, думаю, что роль выключателя S и потенциометра Rx на рисунке 3 будет выполнять транзистор. Вы почти правы, но такое представление может ввести в заблуждение в дальнейшем. Нам нужно будет найти другую модель. Что бы понять работу транзистора нам придется понять, что такое источник тока.
Это будет в следующем месяце.
Главная 
