Hvis du spør flere elektroniske ingeniører, teknikere, forskere, eller professorer som måten gjeldende i en elektrisk krets flyter, noen vil fortelle deg at det flyter fra den negative terminalen på en tilførsel gjennom en last til den positive terminalen på tilbud. Andre vil fortelle deg akkurat det motsatte, at gjeldende faktisk flyter fra pluss-siden av spenningskilder til minus.
Som er rett?, Hvordan kan så mange tekniske fagfolk bli forvirret om noe så grunnleggende som strømmen? Vi har ikke engang vet hvilken vei strømmen flyter? Og, faktisk, betyr det egentlig ingen rolle hvilken retning dagens renn? La oss alle opp dette.
Hvorfor Er Dette Så Viktig?
grunnpilarene i ethvert elektronisk søknad er kontroll av strømmen. Tenk på det. Er ikke alt vi gjør i elektronikk designet for å styre strømmen på noen måte å produsere et nyttig resultat som TV, datamaskiner eller mobiltelefoner? Ta en titt på Figur 1., Dette svært enkle modellen representerer alle elektroniske søknader. Vi produserer innganger som er noen form for elektronisk signal, behandle dem på noen måte, deretter generere passende utgangssignal. For eksempel, inngangssignalet kan komme fra en mikrofon. Det er behandlet av en forsterker til å øke sin makt nivå. Output driver en høyttaler.
FIGUR 1. Forenklet modell av alle elektroniske kretser og utstyr.
Nå, vurdere på nytt hva som er i den boksen som er merket «prosess» i Figur 1., I sin enkleste form kan det bare være en elektronisk komponent, for eksempel en motstand. Men det kan også være en krets som et instrument forsterker eller millioner av Mosfet som i en Pentium-prosessor.
Nå se på Figur 2. Her er en annen måte å hjelpe deg å visualisere hva som skjer i alle elektriske eller elektroniske kretser. En spenningskilde starter strømmen i en legg. Spenningskilden kan være et batteri, signal generator, strømforsyning, radiosignaler, eller signalet fra en svinger som en mikrofon eller fotocelle. Belastningen er den enhet som produserer noen nyttige sluttresultatet., Det kan være en lyspære, varmeelement, motor, solenoid, eller bare en annen elektronisk krets. Nå, oppmerksom på betjeningselementet. Dette er den elektroniske komponenten eller krets som styrer en strøm i lasten.
FIGUR 2. Forenklet forklaring på hvordan alle elektroniske kretser arbeid.
kontroll kretser kan være mer komplekse som en op-amp eller en gruppe av logiske porter eller til og med en komplett samling av ulike elektroniske kretser., Komponenter og kretser kontrollere gjeldende produsert av den første inngang på ulike måter, noen ganger i mange forskjellige sekvensielle og parallelle trinn, inntil en passende utdata som er generert. Poenget her er at generering og kontrollere gjeldende er hva elektronikk er alle om.
Konvensjonelle Aktuelle vs. Electron Flow
Forskere, ingeniører, høyskole professorer, og andre har kjent i over 100 år at gjeldende er virkelig elektroner. Men de har fortsatt å bruke den opprinnelige positive til negative gjeldende flow-modellen., Dette har kommet til å bli kjent som konvensjonelle strømmen (CCF). I dag, dette konseptet er fortsatt mye brukt, og nesten universelt fortsatt undervist i science og engineering programmer.
Det var ikke før midten av det 20. århundre at elektronet flyt (EF) ble mye undervist. Dette kom som et resultat av den massive opplæring av elektroniske teknikere under andre Verdenskrig. Hæren og Marinen besluttet at elektronet flyt var mer passende enn konvensjonelle strømmen, slik de har utviklet alle sine klasser og opplæring materialer ved hjelp av elektron flyt., Etter krigen, elektron flyte fanget på og ble den primære måten å undervise på, teknikere i community colleges, tekniske institutter, og yrkesfaglige skoler. Hvorfor det vitenskapelige, tekniske og akademiske fellesskap nektet å endre til elektronet flyt er ikke kjent. Det er sannsynlig at følelsen var at elektriske teori var alltid lært å bruke de konvensjonelle aktuelle flow-modellen, og det var ingen spesielle behov, ønsker, eller grunn til å endre. Endring er vanskelig og tradisjon dør hardt.
Hva Er Et Elektron?,
Et elektron er en subatomære partikkel, en av flere ulike deler av et atom. Atomer er små partikler ut som all materie er gjort. Alt vi vet, føle, se, berøre, og lukten er sammensatt av atomer. Atomer er den minste partikkel av materialer, som vi kaller elementene. Elementene er de grunnleggende byggesteinene i naturen. Typiske elementer er oksygen, hydrogen, karbon -, kobber, sølv, gull, og silisium. Hvis du tar en bit av kobber, for eksempel, og dele det igjen og igjen til du får den lavest mulige stykke som fortsatt er gjenkjennelig som kobber, da har du en kobber atom., Noe som ikke er et grunnleggende element består av to eller flere elementer kombineres for å danne det vi kaller molekyler. Vann er en sammensatt av to hydrogen atomer og et oksygen atom — du vet, H2O. Salt er et stoff av natrium og klor (HCl). Den minste gjenkjennelig partikler av et stoff som kalles et molekyl.
atomene kan videre deles opp i mindre deler. Siden ingen har noen gang virkelig sett et atom, fysikere har i århundrer teori om hva et atom ser ut som og er laget av., En populær teori sier at et atom består av et senter kjernen består av ørsmå partikler kalt protoner og nøytroner. Protoner har en positiv elektrisk ladning. Nøytroner er, selvfølgelig, nøytral. Går i bane rundt atomkjernen er ringer eller skall av elektroner. Elektronene har negativ elektrisk ladning. Det er like mange elektroner som det er protoner så atom er balansert elektrisk eller nøytral. Antall protoner i et atom er dens atomnummer og at antall etablerer egenskapene til elementet.
Figur 3 viser et atom av kobber., Det er 29 protoner og 29 elektroner. Legg merke til den ytre skall av atom. Dette kalles valence skall som inneholder elektroner som kombinerer og reagerer med andre elementer for å danne kjemiske bindinger i molekyler.
FIGUR 3. Kobber atom.
Og det er electron eller elektroner i ytre valence shell som er frigjort til å produsere strømmen i elektriske og elektroniske komponenter og kretser.,
Hvordan Dagens Renn
strømmen i de fleste elektriske og elektroniske kretser er electron flyt. Imidlertid, er det noen spesielle tilfeller der andre partikler som er involvert. Anta at en kobbertråd som er koblet mellom den positive og negative polen på en lommelykt celle som i Figur 4. Et overskudd av elektroner akkumuleres på den negative terminalen på cellen, mens den positive terminalen har en mangel på elektroner. Denne tilstanden er forårsaket av kjemiske tiltak i cellen.
FIGUR 4., Elektron flyten i en kobbertråd.
Når kobbertråd er koblet til cellen, to ting til å skje. Første, den positive terminalen trekker valence elektroner fra kobber atomer i ledningen. Når et atom mister ett eller flere elektroner, det blir en positivt ladet fordi det nå har flere protoner enn elektroner. Å være positiv, ioner tiltrekke seg andre negative elektroner fra nabolandet atomer og dermed skape en kjedereaksjon av strømmen.
På samme øyeblikk, og den negative terminalen på cellen frastøter de valence elektroner fra atomer i nærheten i kobbertråd., Disse frigjort elektroner trekkes til positive ioner som er opprettet av den positive terminalen på cellen. Resultatet er en massiv bevegelse av elektroner fra den negative polen på batteriet til den positive terminalen. Dette er hvordan dagens renn i ledninger og kabler, og de fleste elektroniske komponenter.
Ikke alle strømmen er av elektron i bevegelse. I noen tilfeller, den nåværende er faktisk bevegelse av andre aktuelle transportører. For eksempel, hull er unike for strømgjennomgang i visse typer av halvledermaterialer., Ion-flow er den metoden for strømgjennomgang i plasmaer og elektrokjemiske reaksjoner i batterier.
strømgjennomgang I Halvledere
En halvleder er en spesiell type materiale som resistivitet eller ledningsevne faller et sted mellom det gode ledere, som kobber og aluminium, og isolatorer som glass, keramikk eller plast. Halvledere er unike i at de kan bli gjort for å ha noen som helst grad av gjennomføring ønsket. Selvfølgelig, halvledere er materialer som dioder, transistorer og integrerte kretser som er gjort.,
De mest vanlige halvledermaterialet er grunnstoffet silisium (Si). Germanium (Ge) er en annen semiconductor element. Det er også semiconductor forbindelser som galliumarsenid – (GaAs), indium phosphide (InP) og silisium-germanium (SiGe). Silisium, som andre halvledermaterialer, er unik i at det har fire valence elektroner. Denne egenskapen fører til at silisium atomer for å binde sammen på en slik måte at de deler sine valence elektroner. Resultatet er en unik crystal gitter-struktur som vist i Figur 5. Bare valence elektroner er vist., Legg merke til hvordan atomer dele sine valence elektroner med tilstøtende atomer. Resultatet av dette er at hvert atom mener at det har åtte elektroner i ytre bane. Dette fører til at materialet å være svært stabil.
FIGUR 5. Ren silicon består av atomer som danner covalent obligasjoner med tilstøtende atomer for å danne en krystall gitter-struktur.
silisium atomer danner det som kalles en krystall gitter-struktur. Alle valence elektroner er fullt opptatt som de er delt mellom atomer., Hva dette betyr er at i en ren silicon crystal gitter-struktur, ingen elektroner er tilgjengelige for elektronet flyt som de er alle opptatt i sine co-valent obligasjoner. Som et resultat, halvledere som silisium i en ren tilstand er i hovedsak isolatorer. Selvfølgelig, hvis tilstrekkelig varme er brukt til silicon eller en høy ytre spenning, noen av elektronene kan trekkes fritt til å føre en liten mengde av strømmen.
for Å lage silisium gjennomføre, vil vi legge til andre kjemikalier til det. Denne prosessen kalles doping., Med doping av silisium med kjemikalier som har enten tre eller fem valence elektroner, vi kan lage silisium som gjeldende lett flyter. Figur 6 viser hva som skjer når vi har dopet silisium med arsen (As). Arsen har fem valence elektroner. Fire av elektroner kombinere med elektroner i den tilstøtende silisium atomer for å danne co-valent obligasjoner som før. Det er imidlertid ett ekstra elektron igjen. Denne ekstra elektron er tilgjengelig for strømgjennomgang.
FIGUR 6., N-type halvleder materiale bruker elektroner for strømgjennomgang.
Silisium dopet med kjemikalier som har et ekstra elektron som er referert til som en N-type halvleder. «N» betyr negativt, som refererer til den ekstra negativt elektron. Når en ekstern spenning til en del av N-type halvleder materiale, gjeldende lett flyter som den ubundne elektroner er tiltrukket av, og trukket gjennom den silicon av ekstern spenning. Hvis silisium er tungt dopet med arsen, mange frie elektroner er tilgjengelig, og en høy andel av strøm flyter., Dette er det samme som å si at stoffet har en svært lav motstand. Hvis bare et par arsen atomer er lagt til, færre elektroner er tilgjengelige for strømgjennomgang så dagens nivå vil være mindre med en ekstern spenning. Slikt materiale har en mye høyere motstand.
Som du kan se, strømmen i N-type halvleder materiale er fortsatt av elektroner. Men vi kan også dopet silisium med et materiale som har bare tre valence elektroner. Dette er illustrert i Figur 7, hvor silisium er dopet med boron (B) atomer.,
FIGUR 7. P-type halvleder materiale der hullene som er aktuelle operatører.
De tre valence elektroner i boron atom form co-valent obligasjoner med tilstøtende silisium atomer. Imidlertid, en av silisium atomer mangler et elektron. Denne manglende valence electron er referert til som et hull. Et hull, derfor er ikke en faktisk partikkel, men rett og slett en ledighet i valence skall av crystal gitter-struktur som fungerer som en aktuell transportør. Dette ledighet eller hullet har en positiv ladning., Hvis et elektron passerer nær hullet, det vil bli tiltrukket av, og det vil fylle hullet, fullfører co-valence bond.
strømgjennomgang i denne type halvleder materiale er ved hjelp av hull. Denne type halvleder materiale er referert til som P-type material. P betyr positive, som refererer til lading av hullet.
Når en elektrisk spenning til en del av P-type halvleder materiale, elektroner strømmer inn materiale fra den negative polen på spenningskilden og fylle hullene., Den positive ladningen av ekstern spenningskilde trekker elektroner fra den eksterne baner, lage nye hull. Dermed elektroner flytte fra hull til hull. Elektroner fortsatt flyter fra negativ til positiv, men hull flytte fra positive til negative som de er skapt av eksterne kostnader.
– Ion-Flow
I visse typer materialer, spesielt væsker og plasmaer, strømmen er en kombinasjon av både elektroner og ioner.
Figur 8 viser forenklet tegning av en spenning celle., Alle celler består av to elektroder av ulike materialer midt i en kjemisk kalt en elektrolytt. Den kjemiske reaksjonen som foregår skiller de kostnader som er opprettet. Elektroner hoper seg opp på en elektrode som det gir opp positive ioner skape den negative terminalen mens elektroner er trukket fra den andre elektroden å skape positive terminalen.
FIGUR 8. Strømmen i en kjemisk celle.,
Når du kobler til en ekstern legg til dette batteriet, som elektroner beveger seg fra den negative platen, gjennom lasten til den positive elektroden. Inne i cellen, elektroner faktisk kontantstrøm fra positive til negative, mens positive ioner flytte fra negative til positive.
å Leve I Fornektelse
Så hvorfor fortsetter vi å bevare myten om konvensjonelle strømmen (CCF) når vi er kjent for et århundre som gjeldende i de fleste elektriske og elektroniske kretser er electron flow (EF)? Jeg har blitt spurt det spørsmålet av mine kolleger og andre i industri og akademiske år., Til tross for at elektronet flyt er virkeligheten, alle tekniske skoler insisterer på undervisning CCF. Hvis du var i de væpnede styrker eller kom opp i gradene som tekniker, sjansene er du har lært og fordel electron flyt.
Den måten du lært det på skolen er hva du pleier å bruke når du design, analysere, feilsøke, eller lære ut i den virkelige verden.
Betyr Det Egentlig noe?
Som du kanskje vet, betyr det ikke egentlig rolle som gjeldende retning som du bruker som krets analyse og design fungerer uansett. Faktisk, dette problemet påvirker bare DC som flyter i bare én retning., I vekselstrøm, elektroner beveger seg i begge retninger, flytting frem og tilbake på frekvensen av drift. Men hvis det virkelig ikke noe å si hvilken retning vi anta, så hvorfor kan ikke vi som standard til sannheten og til slutt er dette tull en gang for alle?
I Konklusjonen
Hvis du noen gang ønsker å starte en livlig samtale, kanskje enda et argument, kan du prøve å ta opp dette temaet i en gruppe av tekniske folk. Du bare kan bli overrasket over intensiteten av følelser og sanctimonious holdninger på begge sider., Jeg har gjort dette mange ganger, og jeg er fortsatt overrasket over den emosjonelle responsen dette problemet genererer.
Min konklusjon er at begrepet CCF vil aldri bli forlatt. Det er noe beslektet med å tvinge oss alle til å bytte til det metriske system for måling ved hjelp av meter og Celsius snarere enn fot og Fahrenheit som vi blir mer kjent og komfortabel. CCF vil fortsette å bli undervist fra nå av. Jeg har kommet til å akseptere dette hele greia som en av de fremmede quirks av elektronikk., NV
HISTORISKE OPPMERKSOM på
Tidlig forskere av elektrisitet først oppdaget konseptet av spenning og polaritet, og senere gikk på å definere aktuelle som den bevegelse av avgifter. Begrepet spenning betyr at energien som gjør strømmen. I utgangspunktet, spenning ble opprettet av statisk betyr for eksempel friksjon eller av lyn. Senere, kjemiske celler og batterier som ble brukt til å opprette en konstant belastning eller spenning. Mekanisk generatorer ble utviklet på neste.
Avgifter kan du se noen form for fysisk objekt som beveger seg når den blir utsatt for de force av spenning., Selvfølgelig, tilbake i det 18. århundre, de som arbeider på elektriske prosjekter visste egentlig ikke hva anklagene var. For alt de visste, kostnader som kunne ha vært micro miniatyr lilla terninger inne i en wire eller andre dirigent. Det de visste var at spenning forårsaket kostnader å flytte. For hensikten med analyse og diskusjon, de skjønnsmessig antatt at anklagene var positive og fløt fra positiv til negativ. Dette er et viktig punkt. De gjorde egentlig ikke vet hvilken retning på strømmen, så de en teori om hva som skjedde. Og, som det viste seg, de gjettet galt., Det er ingenting galt med å være feil som forskere er ofte hypothesizing en ting, for så senere å finne at sannheten er noe annet. Den store feilen er at feil hypotesen har blitt beholdt og undervist som sannhet.
I slutten av det 19. århundre, ble det til slutt bestemt at kostnadene blir diskutert var virkelig elektroner og nåværende virkelig var elektroner som strømmer fra den negative terminalen på en spenningskilde gjennom kretsen til den positive siden av spenningskilden. Britisk fysiker, Joseph J. Thomson gjort denne oppdagelsen in1897., Sannheten var på siste påvist og avdekket.
tilfellet for konvensjonelle strømmen.
– >
- Det er tradisjonelle.
- de Fleste ingeniører og noen techs har lært det på denne måten.
- Det er en rekke problemer med å endre ting som engineering lærebøker og skjematiske symboler (pilene i dioder og transistorer peke i retning av CCF).
- Menneskelige naturen avskyr endre.
- CCF har blitt en de facto standard.
saken for elektronet flyt.
- Det er sannheten.,
- drift av elektroniske enheter er lettere å forklare og lære å bruke electron flyt.
- Hvorfor ikke standardisere på den måten det egentlig er?