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學習電子學/基礎知識

來自華夏公益教科書

第一章,基礎知識

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電子學使用電力.

  • 一個電池是電力的來源。
  • 牆壁插座是另一種型別的電力來源。
  • 閃電也是一種(非常危險的)電力來源。
  • 火花在梳理某些人的頭髮時被稱為"靜電"。有些地毯也會產生靜電。

電壓和電流

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電子裝置透過控制電子的流動來工作。電子是原子的一部分。原子還包含中子和質子。原子中質子和電子的數量通常相等,但如果它們不相等,原子就被稱為離子。[1]

電流電荷從一個地方流向另一個地方的流動,類似於洋流是水從一個地方流向另一個地方的流動。電荷就像一個小而不可分割的電包,由電子攜帶。每個電子的電荷是固定的,但如果在給定時間內有更多電子流動,則意味著有更多電荷在流動。電子是一種電荷載體 - 它攜帶電荷,但它不是唯一的型別。稍後我們將介紹另一種用於所有電子裝置的電荷載體,因此雖然我們談論電子作為攜帶電荷的實體,但請記住,“電荷載體”這個詞有時更合適。

當我們檢查半導體時,電荷很重要,而半導體正是真正的電子裝置的核心。相同符號的電荷(- 和 -,或 + 和 +)排斥彼此,就像磁鐵的同極一樣。相反,異號電荷(+ 和 -)吸引彼此。這個事實非常重要。正是這種電荷的吸引和排斥導致電荷在導體中移動,從而產生電流。

電路中的兩個點之間存在電勢差時,電荷就會流動。電勢差伏特測量,有時稱為電壓。電勢差越大,電荷流動越大,其他條件相同。典型的普通電池在其端子之間產生約 1.5 伏的電勢差。如果電池沒有連線到任何東西,電勢差仍然存在,可以使用電壓表測量。只有當在電池端子之間形成電路時,電子才能流動的路徑才會存在,電子才會被驅使流動。電流和電壓透過歐姆定律相關聯,這是一種非常簡單的線性關係。

以前人們認為電子從電池的正極流向負極。然而,當技術能夠測試這一點時,事實證明電子實際上是從電池的負極流向正極。在談論電路和設計電路時,我們使用常規電流,我們將它測量為電荷從正極流向負極 - 為了實際目的,電子實際上向另一個方向流動的事實沒有任何區別。本書的其餘部分遵循標準實踐,並始終假設常規電流。

電流用安培或簡稱為測量,儘管 1 安是一個相當大的電流,因此通常使用毫安(安培的千分之一)或微安(安培的百萬分之一),尤其是在電子學中。

總結一下:電流是電荷的流動。可以認為電荷沿著導體流動。電壓或電勢差是引起電流的力,它出現在電路中一對點之間,例如電池的端子。


導體:導體是充滿易於移動電子的材料。所有金屬都是導體。所有材料都具有一定的電阻,但現在應該不用考慮,只要你沒有使用任何極長的電線就可以了。

開路/閉路/短路:開路是指電線中存在物理間隙,不允許電荷透過。閉路是指電荷從電池的一個端子流向另一個端子的路徑。短路是指一根金屬絲之類的物體掉落在連線到電路的兩根或多根金屬絲上,改變電流的流動,導致電子裝置的執行出現故障。

電路圖:幾乎不可能拍一張複雜的電子電路的圖片並期望人們構建相同的電路。為了解決這個問題,使用了電路圖。在電路圖中,電線用線表示。當線相互交叉時,它們可能會連線,具體取決於電路圖的繪製方式。

示例 1:相互交叉的線連線,而有環路的交叉線則不連線

示例 2:相互交叉的線不連線。而有點的交叉線連線。

我會盡力讓這本書使用第二個示例,但請記住要關注電路圖中的這些內容。

電功率、能量、溫度、散熱器、熱阻和熱容

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例如,燈泡的額定功率為 25 瓦 (W)、60 W、100 W 等。這是它們在接通電源時使用的功率,無論它們接通的時間長短。

一個 100 W 的燈泡在接通時以 100 瓦時 (Wh) 每小時 (Wh/h) 的速率使用能量,1 小時使用 100 Wh,2 小時使用 200 Wh,等等。1 千瓦時 (kWh) 等於 1000 Wh。燈泡發出的光只是幾種能量形式之一。另一種形式是熱量。熱量與溫度有關。

能量和溫度之間有著密切的關係。電子裝置,如二極體或電晶體,在給定的器件溫度下具有“額定”的瓦數 (W),為了防止損壞,不得超過該額定值。例如,在電晶體的資料手冊中,通常有一個圖表顯示不同基極電流下的集電極電流與集電極 - 發射極電壓的關係。如果圖表中沒有,始終新增功率曲線。例如,如果一個功率電晶體的額定功率為 50 W,則該曲線的其中一個點將是 10 伏 (V) x 5 安培 (A),另一個點是 5V x 10 A,等等。如果外部溫度更高,或者冷卻氣流不暢,則額定功率將降低 - 這稱為“降額”。電子裝置通常包含內部風扇,以確保在所有合理的執行條件下將溫度保持在額定限制以下。

w:散熱器非常重要;它們用於降低電子裝置的溫度。這是透過將裝置安裝在散熱器上實現的,通常透過導熱化學膏,如果需要,還可以使用絕緣導熱墊圈,使盡可能多的熱量從裝置傳導到散熱器。散熱器具有相對較大的表面積,不僅與器件接觸,而且也與冷卻空氣接觸,然後將熱量傳遞給空氣,從而使器件的溫度低於沒有散熱器時的溫度,並且因此允許更高的功率額定值和更高的電流額定值,而不會對器件造成損壞。

就像直流電路中的電阻是電壓除以電流(伏特每安培)一樣,“熱阻”被定義為每瓦特的攝氏度差。 同樣,"熱容" 被定義為每攝氏度的瓦特秒。

另請參閱

基本燈泡電路:你需要一個電池、一個低功率燈泡和燈座以及一些電線。

理解部件

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真正的電池

電池:電池利用內部儲存的化學能將電子從一端推到另一端。當電池用完內部儲存的所有能量時,它最終會耗盡。

電池的電路圖:

帶 LED 和電池的無焊麵包板

燈泡:(我打算使用 LED 作為燈,因為它不需要燈座,並且可以在麵包板上使用)(什麼是麵包板?)。 麵包板是一個帶有許多孔的塑膠板,電子元件的引腳插入這些孔中。這些孔在電線上是相互連線的。(例如,所有垂直線都是連線在一起的)。 (實用電子/麵包板)

電線

電線只是為電流提供了一條路徑。

現在是時候開始構建這個電路了。

將電池的一個端子連線到燈泡燈座的一個端子,將電池的另一個端子連線到燈泡燈座的另一個端子。這就是你的第一個電路。


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參考資料

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  1. 如果原子缺少電子,則它被稱為正離子(陽離子);如果它有額外的電子,則被稱為負離子(陰離子)。
華夏公益教科書