Чтобы электронный компонент совершал полезную работу: лампа горит, мотор крутится, через него должен протекать электрический ток.
Ток создается электрическим потенциалом. Если сравнить течение тока и течение жидкости, то электрический потенциал — это давление, а ток — это струя воды. Одного наличия потенциала недостаточно для создания тока.
Во-первых, нужен проводник, по которому будет течь ток. Например: медный провод. Если проводника нет, потенциал «сталкивается» с воздухом, а воздух очень хорошо препятствует прохождению электричества. Это аналогично тому, что вода не потечет, пока не закроют кран: напор есть, потока нет. Материалы, не пропускающие ток, называются диэлектриками. Те, которые позволяют потоку, являются проводниками. Разрешить при одних условиях и запретить при других — полупроводники.
Во-вторых, необходима разность потенциалов. Ведь если на обоих концах водопровода одинаковое давление, то, каким бы сильным оно ни было, потока внутри не будет. То же самое касается электричества. Разность потенциалов называется напряжением.
Потенциал и напряжение (обозначается буквой U или V) согласовываются в вольтах; сила тока (обозначается буквой I) или просто сила тока — в амперах. В микроэлектронике обычно используются напряжения от долей вольта до десятков вольт и токи от долей миллиампер (мА) до сотен миллиампер.
Условно предполагается, что ток течет в направлении от плюса к минусу. Подобно тому, как вода течет из области повышенного давления в пустой конец трубы. На самом деле, какое направление положительное, а какое отрицательное, является соглашением. Исторически сложилось так, что открытие отрицательно заряженных электронов, образующих ток, произошло после того, как все согласились, что считать положительным током. Поэтому из-за этой ошибки на практике ситуация такова: говорят, что ток течет из точки А в точку Б, хотя на физическом уровне электроны мчатся из точки Б в точку А. Не путайте, вы надо помнить: в цепях никто не помнит, куда движутся электроны, положительное течение тока – это течение из точки с большим потенциалом в точку с меньшим; положительные заряды движутся в направлении тока да.
Точка в цепи, обеспечивающая неограниченную возможность возврата/слива отработанных зарядов, называется Земля (GND). Не нужно понимать слово «земля» буквально. Это может быть отрицательный полюс аккумулятора, кузов автомобиля, да и вообще планета Земля. Для удобства считайте землю потенциалом 0 В. Все остальные потенциалы рассматриваются относительно нее. Также в цепях практически не используется понятие электрического потенциала: говорят, что напряжение в определенной точке равно 12 В, на самом деле имеют в виду, что разность потенциалов между ней и землей составляет 12 В.
Источники питания
Проходя по цепи, электрическая энергия расходуется: часть используется для совершения полезной работы, часть теряется и превращается в тепло. Чтобы устройство работало постоянно, требуется сила для поддержания напряжения в цепи. Она называется ЭДС (электродвижущая сила, электродвижущая сила, ЭДС), и ее создают источники энергии. Примером компонента с ЭДС являются: обычные батареи, солнечные батареи, трансформатор в блоке питания, моторчик, вращаемый хомяком на колесе.
На схемах источник питания может указываться как явно, собственным символом, так и неявно: нулевой контакт входного напряжения и земля указываются без подчеркивания, откуда идет питание. Таким образом, следующие схемы эквивалентны:
Энергия
Энергия – это количество энергии, передаваемой в единицу времени. Передаваемая электрическая энергия обычно преобразуется конечными устройствами в другие формы: тепло, свет, звук и т д. Единицей мощности является Ватт. Энергия P рассчитывается по формуле:
Разные компоненты рассчитаны на разную мощность. Обычно в документации на компонент указывается, при каком напряжении он работает и какой ток потребляет. Есть компоненты, которые «принимают» только то количество тока, которое им необходимо; есть такие, которые сгорят и расплавятся, но возьмут все, что им дают.
Подача нужного количества мощности в нужное время в нужное место в цепи — одна из основных задач схемотехника. Это реализуется путем соединения основных компонентов (таких как резисторы и транзисторы) в типовые шаблонные схемы.