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学习电子学/基础知识

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

第一章,基础知识

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电子学使用电力.

  • 一个电池是电力的来源。
  • 墙壁插座是另一种类型的电力来源。
  • 闪电也是一种(非常危险的)电力来源。
  • 火花在梳理某些人的头发时被称为"静电"。有些地毯也会产生静电。

电压和电流

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电子设备通过控制电子的流动来工作。电子是原子的一部分。原子还包含中子和质子。原子中质子和电子的数量通常相等,但如果它们不相等,原子就被称为离子。[1]

电流电荷从一个地方流向另一个地方的流动,类似于洋流是水从一个地方流向另一个地方的流动。电荷就像一个小而不可分割的电包,由电子携带。每个电子的电荷是固定的,但如果在给定时间内有更多电子流动,则意味着有更多电荷在流动。电子是一种电荷载体 - 它携带电荷,但它不是唯一的类型。稍后我们将介绍另一种用于所有电子设备的电荷载体,因此虽然我们谈论电子作为携带电荷的实体,但请记住,“电荷载体”这个词有时更合适。

当我们检查半导体时,电荷很重要,而半导体正是真正的电子设备的核心。相同符号的电荷(- 和 -,或 + 和 +)排斥彼此,就像磁铁的同极一样。相反,异号电荷(+ 和 -)吸引彼此。这个事实非常重要。正是这种电荷的吸引和排斥导致电荷在导体中移动,从而产生电流。

电路中的两个点之间存在电势差时,电荷就会流动。电势差伏特测量,有时称为电压。电势差越大,电荷流动越大,其他条件相同。典型的普通电池在其端子之间产生约 1.5 伏的电势差。如果电池没有连接到任何东西,电势差仍然存在,可以使用电压表测量。只有当在电池端子之间形成电路时,电子才能流动的路径才会存在,电子才会被驱使流动。电流和电压通过欧姆定律相关联,这是一种非常简单的线性关系。

以前人们认为电子从电池的正极流向负极。然而,当技术能够测试这一点时,事实证明电子实际上是从电池的负极流向正极。在谈论电路和设计电路时,我们使用常规电流,我们将它测量为电荷从正极流向负极 - 为了实际目的,电子实际上向另一个方向流动的事实没有任何区别。本书的其余部分遵循标准实践,并始终假设常规电流。

电流用安培或简称为测量,尽管 1 安是一个相当大的电流,因此通常使用毫安(安培的千分之一)或微安(安培的百万分之一),尤其是在电子学中。

总结一下:电流是电荷的流动。可以认为电荷沿着导体流动。电压或电势差是引起电流的力,它出现在电路中一对点之间,例如电池的端子。


导体:导体是充满易于移动电子的材料。所有金属都是导体。所有材料都具有一定的电阻,但现在应该不用考虑,只要你没有使用任何极长的电线就可以了。

开路/闭路/短路:开路是指电线中存在物理间隙,不允许电荷通过。闭路是指电荷从电池的一个端子流向另一个端子的路径。短路是指一根金属丝之类的物体掉落在连接到电路的两根或多根金属丝上,改变电流的流动,导致电子设备的运行出现故障。

电路图:几乎不可能拍一张复杂的电子电路的图片并期望人们构建相同的电路。为了解决这个问题,使用了电路图。在电路图中,电线用线表示。当线相互交叉时,它们可能会连接,具体取决于电路图的绘制方式。

示例 1:相互交叉的线连接,而有环路的交叉线则不连接

示例 2:相互交叉的线不连接。而有点的交叉线连接。

我会尽力让这本书使用第二个示例,但请记住要关注电路图中的这些内容。

电功率、能量、温度、散热器、热阻和热容

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例如,灯泡的额定功率为 25 瓦 (W)、60 W、100 W 等。这是它们在接通电源时使用的功率,无论它们接通的时间长短。

一个 100 W 的灯泡在接通时以 100 瓦时 (Wh) 每小时 (Wh/h) 的速率使用能量,1 小时使用 100 Wh,2 小时使用 200 Wh,等等。1 千瓦时 (kWh) 等于 1000 Wh。灯泡发出的光只是几种能量形式之一。另一种形式是热量。热量与温度有关。

能量和温度之间有着密切的关系。电子设备,如二极管或晶体管,在给定的器件温度下具有“额定”的瓦数 (W),为了防止损坏,不得超过该额定值。例如,在晶体管的数据手册中,通常有一个图表显示不同基极电流下的集电极电流与集电极 - 发射极电压的关系。如果图表中没有,始终添加功率曲线。例如,如果一个功率晶体管的额定功率为 50 W,则该曲线的其中一个点将是 10 伏 (V) x 5 安培 (A),另一个点是 5V x 10 A,等等。如果外部温度更高,或者冷却气流不畅,则额定功率将降低 - 这称为“降额”。电子设备通常包含内部风扇,以确保在所有合理的运行条件下将温度保持在额定限制以下。

w:散热器非常重要;它们用于降低电子设备的温度。这是通过将设备安装在散热器上实现的,通常通过导热化学膏,如果需要,还可以使用绝缘导热垫圈,使尽可能多的热量从设备传导到散热器。散热器具有相对较大的表面积,不仅与器件接触,而且也与冷却空气接触,然后将热量传递给空气,从而使器件的温度低于没有散热器时的温度,并且因此允许更高的功率额定值和更高的电流额定值,而不会对器件造成损坏。

就像直流电路中的电阻是电压除以电流(伏特每安培)一样,“热阻”被定义为每瓦特的摄氏度差。 同样,"热容" 被定义为每摄氏度的瓦特秒。

另请参阅

基本灯泡电路:你需要一个电池、一个低功率灯泡和灯座以及一些电线。

理解部件

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真正的电池

电池:电池利用内部储存的化学能将电子从一端推到另一端。当电池用完内部储存的所有能量时,它最终会耗尽。

电池的电路图:

带 LED 和电池的无焊面包板

灯泡:(我打算使用 LED 作为灯,因为它不需要灯座,并且可以在面包板上使用)(什么是面包板?)。 面包板是一个带有许多孔的塑料板,电子元件的引脚插入这些孔中。这些孔在电线上是相互连接的。(例如,所有垂直线都是连接在一起的)。 (实用电子/面包板)

电线

电线只是为电流提供了一条路径。

现在是时候开始构建这个电路了。

将电池的一个端子连接到灯泡灯座的一个端子,将电池的另一个端子连接到灯泡灯座的另一个端子。这就是你的第一个电路。


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参考资料

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  1. 如果原子缺少电子,则它被称为正离子(阳离子);如果它有额外的电子,则被称为负离子(阴离子)。
华夏公益教科书