Jos kysyt useita sähköisen insinöörit, teknikot, tiedemiehet, tai professorit, mihin suuntaan virtaa virtapiirissä virtoja, jotkut sanovat, että se virtaa negatiivinen napa virtalähteen kautta ladata positiiviseen napaan tarjontaa. Toiset sanovat päinvastoin, että nykyinen todella virtaa plus puolella jännitelähdettä miinus.
kuka on oikeassa?, Miten niin moni tekniikan ammattilainen voi hämmentyä niin perusasioista kuin virtauksesta? Tiedämmekö edes, mihin suuntaan virta virtaa? Ja onko sillä oikeastaan väliä, mihin suuntaan virta virtaa? Selvitetään tämä kaikki.
miksi tämä on niin tärkeää?
jokaisen sähköisen sovelluksen perusperiaate on virran virtauksen hallinta. Mieti sitä. Eikö kaikki, mitä teemme elektroniikka suunniteltu ohjaamaan virtaa joissakin tapa tuottaa hyödyllisiä tuloksia, kuten TV, tietokoneet tai matkapuhelimet? Katso kuvaa 1., Tämä hyvin yksinkertainen malli edustaa kaikkia sähköisiä sovelluksia. Tuotamme tuotantopanoksia, jotka ovat tietyntyyppisiä sähköisiä signaaleja, käsittelemme niitä jollain tavalla, sitten luomme asianmukaisia lähtösignaaleja. Esimerkiksi tulosignaali voi tulla mikrofonista. Sitä käsitellään vahvistimella, joka nostaa sen tehotasoa. Lähtö ajaa kaiutinta.
KUVA 1. Yksinkertaistettu malli kaikki elektroniset piirit ja laitteet.
nyt, harkitse uudelleen, mitä on tuossa laatikossa merkitty ”prosessi” kuvassa 1., Yksinkertaisimmillaan se voi olla vain yksi elektroninen komponentti, kuten vastus. Mutta se voisi olla myös piiri, kuten instrumenttivahvistin tai miljoonia mosfetejä kuten Pentium-mikroprosessorissa.
Katso nyt kuvaa 2. Tässä on toinen tapa auttaa sinua visualisoimaan, mitä tapahtuu kaikissa sähkö-tai elektroniikkapiireissä. Jännitelähde käynnistää virran virtauksen kuormituksessa. Jännitelähde voi olla akku, signaaligeneraattori, virtalähde, radiosignaali tai Muuntimen, kuten mikrofonin tai valokennon, signaali. Kuormitus on laite, joka tuottaa jonkin verran hyödyllistä lopputulosta., Se voi olla lamppu, lämmityselementti, Moottori, solenoidi, tai vain toinen elektroninen piiri. Huomaa ohjauselementti. Tämä on elektroninen komponentti tai piiri, joka ohjaa virtaa kuormituksessa.
KUVA 2. Yksinkertaistettu selitys siitä, miten kaikki elektroniset piirit toimivat.
ohjaus-piirit voivat olla monimutkaisempia, kuten op-amp tai erän logiikka portit tai jopa täydellinen kokoelma erilaisia elektronisia piirejä., Komponenttien ja piirien valvoa nykyistä valmistettu alkuperäisen input eri tavoin, joskus monissa eri peräkkäisiä ja rinnakkaisia vaiheita, kunnes sopiva tuotos syntyy. Tärkeintä tässä on se, että virran tuottaminen ja säätely on se, mistä elektroniikassa on kyse.
Perinteiset Nykyinen vs. Elektroni Virtaus
Tiedemiehet, insinöörit, college professorit, ja toiset on tunnettu yli 100 vuotta, että nykyinen on todella liikkuvat elektronit. Silti he ovat jatkaneet alkuperäisen positiivisesta negatiiviseen virtausmalliin., Tämä on tullut tunnetuksi perinteisen virtaa (CCF). Nykyään tätä käsitettä käytetään edelleen laajalti ja sitä opetetaan yhä lähes yleisesti tiede-ja insinööriohjelmissa.
vasta 1900-luvun puolivälissä elektronivirtausta (EF) opetettiin laajalti. Tämä tuli noin seurauksena massiivinen koulutus sähköisen teknikot toisen maailmansodan aikana. Armeija ja Laivasto päätti, että elektroni virtaus oli sopivampi kuin perinteiset virtaa, joten he kehittivät kaikkien niiden luokat ja koulutusta materiaaleja käyttäen elektroni virtaus., Sodan jälkeen electron flow tarttui ja tuli ensisijainen tapa opettaa teknikot yhteisön korkeakouluissa, teknisissä laitoksissa, ja ammattikouluissa. Sitä, miksi tiede -, tekniikka-ja akateemiset yhteisöt kieltäytyivät vaihtumasta elektronivirtaukseen, ei tiedetä. On todennäköistä, että tunne oli, että sähköteoria opetettiin aina tavanomaisen virtausmallin avulla, eikä erityistä tarvetta, halua tai syytä muutokseen ollut. Muutos on vaikeaa ja perinne kuolee kovaa.
just What Is An Electron?,
elektroni on hiukkanen, joka on yksi monista eri osista atomi. Atomit ovat pieniä hiukkasia, joista kaikki aine on tehty. Kaikki mitä tiedämme, tunnemme, näemme, kosketamme ja haistamme koostuu atomeista. Atomit ovat pienin ainehiukkanen, jota kutsumme alkuaineiksi. Elementit ovat luonnon peruspalikoita. Tyypillisiä elementtejä ovat happi, vety, hiili, kupari, hopea, kulta, ja piitä. Jos otat pala kuparia, esimerkiksi, ja jakaa sen uudelleen ja uudelleen, kunnes saat mahdollisimman pienin pala, joka on edelleen tunnistettavissa, kuten kuparia, niin sinulla on yksi atomi kupari., Kaikki, mikä ei ole peruselementti, koostuu kahdesta tai useammasta alkuaineesta, jotka on yhdistetty muodostaen niin sanottuja yhdisteitä. Vesi on kahden vetyatomin ja yhden happiatomin yhdiste-tiedäthän, H2o. suola on natrium-ja klooriyhdiste (HCl). Yhdisteen pienintä tunnistettavaa hiukkasta kutsutaan molekyyliksi.
atomit voidaan jakaa edelleen pienempiin osiin. Koska kukaan ei ole koskaan nähnyt atomia, fyysikot ovat vuosisatojen ajan esittäneet teorioita siitä, miltä atomi näyttää ja mistä se on tehty., Erään suositun teorian mukaan atomi koostuu pienistä hiukkasista, joita kutsutaan protoneiksi ja neutroneiksi, muodostuvasta ydinkeskuksesta. Protoneilla on positiivinen sähkövaraus. Neutronit ovat tietenkin neutraaleja. Ytimen ympärillä kiertävät renkaat tai elektronikuoret. Elektroneilla on negatiivinen sähkövaraus. Elektroneja on yhtä paljon kuin protoneja, joten atomi on sähköisesti tasapainoinen tai neutraali. Atomissa olevien protonien määrä on sen atomiluku ja kyseinen luku vahvistaa alkuaineen ominaisuudet.
Kuvassa 3 näkyy kuparin atomi., Protoneja on 29 ja elektroneja 29. Huomaa atomin ulkokuori. Tätä kutsutaan valenssikuoreksi, koska se sisältää elektroneja, jotka yhdistyvät ja reagoivat muiden alkuaineiden kanssa muodostaen kemiallisia sidoksia yhdisteissä.
KUVA 3. Kupariatomi.
ja ulomman valenssikuoren elektroni tai elektronit vapautuvat tuottamaan virtavirtaa sähkö-ja elektroniikkakomponenteissa ja-piireissä.,
kuinka virta virtaa
virtausvirta useimmissa sähkö-ja elektroniikkapiireissä on elektronivirtaus. On kuitenkin joitakin erikoistapauksia, joissa on kyse muista hiukkasista. Oletetaan, että kuparilanka on kytketty taskulamppukennon positiivisten ja negatiivisten päätelaitteiden väliin kuten kuvassa 4. Ylimäärä elektroneja kerääntyy solun negatiiviseen terminaaliin, kun taas positiivisessa terminaalissa on pulaa elektroneista. Tämän tilan aiheuttaa solun kemiallinen toiminta.
KUVA 4., Elektronivirtaus kuparilangassa.
kun kuparilanka on kytketty soluun, tapahtuu kaksi asiaa. Ensin plusnapa vetää valence elektronit pois kuparin atomien lanka. Kun atomi menettää yhden tai useamman elektronin, siitä tulee positiivinen ioni, koska sillä on nyt enemmän protoneja kuin elektroneja. On positiivinen, ioneja houkutella muita negatiivisia elektroneja naapurimaiden atomien siten luoda ketjureaktion virtaa.
samalla hetkellä, negatiivinen terminaali solun hylkii valence elektroneja lähellä atomien kuparilanka., Nämä vapautuneet elektronit vetävät puoleensa solun positiivisen terminaalin synnyttämiä positiivisia ioneja. Nettotulos on elektronien massiivinen liike akun negatiivisesta terminaalista positiiviseen terminaaliin. Näin virtaa johdot ja kaapelit ja useimmat elektroniset komponentit.
kaikki nykyinen virtaus ei ole elektronin liikettä. Joissakin tapauksissa virta on itse asiassa muiden nykyisten liikenteenharjoittajien liike. Esimerkiksi reiät ovat ainutlaatuisia virtaukselle tietyntyyppisissä puolijohdemateriaaleissa., Ionivirtaus on plasmojen virtausmenetelmä ja akkujen sähkökemialliset reaktiot.
virran kulku Puolijohteissa
puolijohde on erityinen materiaali, jonka ominaisresistanssi tai johtavuus putoaa jonnekin, että hyviä johtimet, kuten kupari ja alumiini, ja eristeet kuten lasi -, keraaminen tai muovinen. Puolijohteet ovat ainutlaatuisia siinä, että ne voidaan tehdä minkä tahansa asteen johtuminen haluttu. Puolijohteet ovat tietenkin materiaaleja, joista valmistetaan diodeja, transistoreja ja integroituja piirejä.,
yleisin puolijohdemateriaali on alkuaine pii (Si). Germanium (Ge) on toinen puolijohde. On myös puolijohdeyhdisteitä, kuten galliumarsenidi (GaAs), indiumfosfidi (InP) ja pii-germanium (SiGe). Pii, kuten muutkin puolijohdemateriaalit, on ainutlaatuinen siinä, että sillä on neljä valenssielektronia. Tämä ominaisuus saa piiatomit sitoutumaan toisiinsa siten, että ne jakavat valenssielektroninsa. Tuloksena on ainutlaatuinen kidehilan rakenne, kuten Kuvassa 5. Vain valenssielektronit näkyvät., Huomaa, miten atomit jakavat valenssielektroninsa vierekkäisten atomien kanssa. Tämän seurauksena jokainen atomi ajattelee, että sillä on ulkoradallaan kahdeksan elektronia. Tämä aiheuttaa materiaalin erittäin vakaa.
KUVA 5. Puhdas pii koostuu atomeista, jotka muodostavat kovalenttisia sidoksia vierekkäisten atomien kanssa muodostaen kidehilan rakenteen.
piiatomit muodostavat niin sanotun kidehilan rakenteen. Kaikki valenssielektronit ovat täysin miehitettyjä, koska ne jaetaan atomien kesken., Mitä tämä tarkoittaa on, että puhtaan piin kidehilan rakenne, ei elektronit ovat saatavilla elektroni virtaus, koska ne ovat kaikki käytössä niiden co-valenttinen joukkovelkakirjoja. Tämän seurauksena puolijohteet, kuten pii puhtaassa tilassa, ovat pohjimmiltaan eristeitä. Tietenkin, jos riittävästi lämpöä käytetään piitä tai korkea ulkoinen jännite, jotkut elektronit voidaan vetää vapaasti aiheuttaa pieni määrä virtaa.
piikäyttäytymisen valmistamiseen lisätään siihen muita kemikaaleja. Tätä prosessia kutsutaan dopingiksi., Seostamalla pii kemikaaleja, jotka ovat joko kolme tai viisi valence elektroneja, voimme luoda pii, jossa nykyinen helposti virtaa. Kuva 6 osoittaa, mitä tapahtuu, kun huumaamme piitä arseenilla (As). Arseenilla on viisi valenssielektronia. Neljä elektroneista yhdistyy viereisten piiatomien elektronien kanssa muodostaen rinnakkaisvalenttisia sidoksia kuten ennenkin. Jäljelle jää kuitenkin yksi ylimääräinen elektroni. Tämä ylimääräinen elektroni on käytettävissä virtaukseen.
KUVA 6., N-tyypin puolijohdemateriaali käyttää elektroneja virtaukseen.
piiseosteista kemikaaleilla, joilla on ylimääräinen elektroni, käytetään nimitystä N-tyypin puolijohde. ”N” tarkoittaa negatiivista, mikä viittaa ylimääräiseen negatiiviseen elektroniin. Kun ulkoinen jännite on sovellettu pala N-tyypin puolijohde, nykyinen helposti virtaa kuin sitoutumattoman elektronit ovat houkutelleet ja veti läpi pii ulkoinen jännite. Jos pii on voimakkaasti seostettu arseenilla, on saatavilla paljon vapaita elektroneja ja virtaa paljon., Tämä on sama kuin sanoa, että materiaali on hyvin alhainen vastus. Jos arseeniatomeja lisätään vain muutama, virtaa varten on käytettävissä vähemmän elektroneja, joten nykyinen taso on pienempi ulkoisella jännitteellä. Tällaisella materiaalilla on paljon suurempi vastus.
Kuten näette, nykyinen virtaus on N-tyypin puolijohde on edelleen elektroneja. Voimme kuitenkin myös huumata piitä materiaalilla, jossa on vain kolme valenssielektronia. Tämä käy ilmi kuvasta 7, jossa pii on seostettu boori (B) – atomeilla.,
KUVA 7. P-tyyppinen puolijohdemateriaali, jossa reiät ovat nykyisiä kantajia.
booriatomin kolme valenssielektronia muodostavat rinnakkaisvalenttisia sidoksia vierekkäisten piiatomien kanssa. Yhdestä piiatomista puuttuu kuitenkin elektroni. Tätä puuttuvaa valenssielektronia kutsutaan reiäksi. Reikä, siksi on ei todellinen hiukkanen, vaan yksinkertaisesti työpaikan valence kuori kidehilan rakenne, joka toimii kuten nykyinen operaattorin. Tämä paikka tai reikä on positiivinen varaus., Jos elektroni kulkee lähellä reikää, se houkutellaan ja se täyttää reiän, täyttäen rinnakkaisvalenttisen sidoksen.
virran virtaus tämäntyyppisessä puolijohdemateriaalissa on reikien kautta. Tällaista puolijohdemateriaalia kutsutaan P – tyyppiseksi materiaaliksi. P tarkoittaa positiivista, mikä viittaa reiän lataukseen.
Kun jännite on sovellettu pala P-tyypin puolijohde, elektronit virtaavat materiaalia negatiiviseen napaan jännite lähde ja täyttää reikiä., Positiivinen varaus ulkoinen jännite lähde vetää elektroneja ulkoisen kiertoradat, luoda uusia reikiä. Näin elektronit liikkuvat reiästä toiseen. Elektronit virtaavat edelleen negatiivisesta positiiviseen, mutta reiät siirtyvät positiivisesta negatiiviseen, koska ne syntyvät ulkovarauksella.
Ionivirtaus
tietyntyyppisissä materiaaleissa, erityisesti nesteissä ja plasmoissa, virtaama on sekä elektronien että ionien yhdistelmä.
kuvassa 8 esitetään jännitekennon yksinkertaistettu piirros., Kaikki solut koostuvat kahdesta elektrodeja eri materiaalien upotettu kemiallisia kutsutaan elektrolyytti. Syntyvä kemiallinen reaktio erottaa syntyvät räjähteet toisistaan. Elektronit kasaantuvat yksi elektrodi, koska se antaa jopa positiivisia ioneja luoda negatiivinen napa, kun elektronit vedetään toinen elektrodi luoda positiivinen terminaali.
KUVA 8. Virtaus kemiallisessa solussa.,
Aina kun liität ulkoisen kuorman tämä akku, elektronit virtaavat negatiivisesta levy, kautta, kuormitus, positiivinen elektrodi. Solun sisällä elektronit itse asiassa virtaavat positiivisista negatiivisiin, kun taas positiiviset ionit liikkuvat negatiivisista positiivisiin.
Asuminen Kieltäminen
Joten miksi me edelleen yllä myyttiä perinteiset virtaa (CCF), kun meillä on tiedossa luvulla, että nykyinen useimmissa sähkö-ja elektronisia piirejä on elektronin virtaus (EF)? Olen kysynyt tätä kysymystä kollegoiltani ja muilta teollisuuden ja akateemisen alan toimijoilta jo vuosia., Huolimatta siitä, että elektronivirtaus on todellisuutta, kaikki insinöörikoulut vaativat opettamaan CCF. Jos olet ollut asepalveluksessa tai tullut läpi riveissä teknikko, mahdollisuudet ovat opit ja suosivat electron flow.
tapa olet oppinut koulussa on, mitä sinulla on tapana käyttää, kun voit suunnitella, analysoida, vianmääritys, tai opettaa todellisessa maailmassa.
onko sillä oikeasti väliä?
kuten ehkä tiedät, sillä ei ole oikeastaan väliä, mihin virtasuuntaan käytät piirianalyysinä ja suunnittelu toimii kummin päin tahansa. Itse asiassa tämä ongelma vaikuttaa vain DC, joka virtaa vain yhteen suuntaan., Vaihtovirrassa elektronit virtaavat molempiin suuntiin ja liikkuvat edestakaisin toiminnan taajuudella. Mutta jos se todella ei ole väliä, mihin suuntaan meidän olettaa, niin miksi emme default totuuden ja lopettaa tämä hölynpölyä lopullisesti?
lopuksi
Jos haluat aloittaa vilkasta keskustelua, ehkä jopa argumentti, yrittää tuoda tämän aiheen esiin joukko teknisiä ihmisiä. Saatat vain yllättyä tunteiden voimakkuudesta ja molemminpuolisista tekopyhistä asenteista., Olen tehnyt tämän lukuisia kertoja ja olen edelleen hämmästynyt emotionaalinen vastaus tämä kysymys tuottaa.
johtopäätökseni on, että CCF: n käsitteestä ei koskaan luovuta. Se on hieman sukua pakottaa meidät kaikki vaihtaa metrijärjestelmän mittaus käyttäen metriä ja Celsius sijaan jalat ja Fahrenheit, joiden kanssa olemme enemmän tuttuja ja mukava. CCF: ää opetetaan jatkossakin. Olen tullut hyväksymään tämän kaiken yhtenä elektroniikan oudoista omituisuuksista., NV
HISTORIALLINEN HUOMAUTUS
Varhainen tutkijat sähkön löysivät käsite jännite ja napaisuus, sitten myöhemmin lähti määrittelemään nykyisen kuin liikkeen maksuja. Termijännite tarkoittaa virtaa tuottavaa energiaa. Aluksi Jännitteet syntyivät staattisin keinoin, kuten kitkalla tai keventämällä. Myöhemmin kemiallisilla soluilla ja akuilla luotiin jatkuva lataus tai jännite. Seuraavaksi kehitettiin mekaaniset generaattorit.
latauksilla tarkoitetaan jonkinlaista fyysistä esinettä, joka liikkuu, kun siihen kohdistuu jännitteen voima., Tosin 1700-luvulla sähköprojektien parissa työskentelevät eivät oikein tienneet, mitä syytteet olivat. Kaikki he tiesivät, maksut voisi olla mikro miniatyyri violetti kuutiot sisällä lanka tai muu kapellimestari. He tiesivät, että jännite sai lataukset liikkeelle. Analysointia ja keskustelua varten he olettivat mielivaltaisesti, että maksut olivat myönteisiä ja virtasivat positiivisista negatiivisiin. Tämä on avainasia. He eivät oikein tienneet virran suuntaa, joten he teorioivat, mitä oli tapahtumassa. Ja, kuten kävi ilmi, he arvasivat väärin., Väärässä olemisessa ei ole mitään väärää, sillä tiedemiehet ovat usein hypoteeseja yhdestä asiasta ja toteavat myöhemmin, että totuus on jotain muuta. Suuri virhe on se, että virheellinen hypoteesi on säilytetty ja opetettu totuutena.
myöhään 19th century, se oli lopulta todennut, että maksut keskustellaan olivat todella elektronit ja nykyinen oli todella elektronit virtaavat negatiivisesta terminaalin jännite lähde kautta piiri positiivinen puoli jännite lähde. Brittiläinen fyysikko Joseph J. Thomson teki löydön vuonna 1897., Totuus oli vihdoin todistettu ja paljastettu.
tavanomaisen virtavirran tapauksessa.
- Se on perinteinen.
- useimmat insinöörit ja jotkut teknikot ovat oppineet sen näin.
- Se on paljon vaivaa muuttaa asioita, kuten tekniikan oppikirjoja ja kaavamainen symboleita (nuolet diodit ja transistorit kohta suuntaan CCF).
- ihmisluonto inhoaa muutosta.
- CCF: stä on tullut de facto standardi.
elektronivirran tapauksessa.
- Se on totuus.,
- elektronisten laitteiden toimintaa on helpompi selittää ja oppia elektronivirran avulla.
- miksi ei standardisoida sillä tavalla kuin se oikeasti on?