Введение в электронику.
Электричество и его величины

Серия статей известного автора множества радиолюбительских публикаций  Дригалкина В.В.  для начинающих радиолюбителей

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Введение в электронику

1. Электричество и его величины.

Всё с чего-то начинается. И электроника не исключение. Она начинается с электричества!

Вообразите себе большой резервуар, в котором помещается под давлением вода, что в любой миг может вырваться наружу. От резервуара отходит труба с краном. Открыли кран, и вода ринулась через трубу, например в бассейн . Если диаметр трубы маленький, скорость потока небольшая. Увеличили диаметр трубы – вырастет и скорость потока. Происходит это потому, что с увеличением диаметра труба оказывает меньшее сопротивление напора воды, и она вытекает с большей скоростью. Предположим, что резервуар с водой – это источник электрической энергии, которое имеет определенное напряжение (давление воды), а труба – нагрузка, сопротивление (диаметр трубы) которое может изменяться. Тогда водный поток можно воспринять как электрический ток, который проходит через нагрузку. Пока сопротивление нагрузки маленькое (диаметр трубы большой), через него идет значительный ток (большая скорость потока). Если же сопротивление возрастает (уменьшается диаметр трубы), электрический ток (скорость потока), наоборот, уменьшается. С помощью этой аналогии Вы, наверное, можете самостоятельно определить, как изменится ток при увеличении напряжения (повышении давления воды в резервуаре).

А теперь перейдем к единицам измерения напряжения, тока и сопротивления. 

Напряжение измеряют в вольтах, обозначая эту единицу буквой В (в английском варианте – V). Если вы посмотрите на этикетку, например, пальчиковой батарейки, то заметите на ней надпись “1,5 В” . Это значит, что напряжение батареи 1,5 вольта. И еще на этикетке есть знаки “+” и “-“, чаще всего просто – “+”. Это полярность выводов. Она указывает, в каком направлении будет идти ток1,  если к батарее подключить нагрузку, скажем лампочку карманного фонаря. Вы все, конечно, видели такую лампочку и знаете, что внутри стеклянного баллона в ней подвешен тонкий металлический волосок. Один конец его припаян к нарезной части лампочки, а второй – к контакту внизу. Нарезная часть и контакт – это выводы лампочки. Как только их подключают к выводам батареи, через волосок лампочки начинает течь электрический ток. Направление его будет определено – от плюсового вывода батареи к минусовому. Поскольку ток течет постоянно в одном направлении, его называют постоянным, напряжение – постоянное (см. Рис. 1).

На самом деле ток – поток электронов – течет от минуса (где много электронов) к плюсу (где мало электронов) . Было время, когда это не знали. А когда узнали – не стали менять общепринятое.

На Рис.1(a) показана монтажная, а на Рис.1(6) – принципиальная схема подключения батарейки, а точнее двух батареек, соединенных последовательно, т.к. нам нужно получить около ЗВ для питания лампочки. Расчет тут простой: 1,5В + 1,5В = ЗВ. Как видно из рисунка монтажная схема показывает соединение элементов , которые представлены такими, какими они есть на самом деле. В принципиальной схеме эти элементы (радиодетали, различные переключатели и т.п.) обозначаются условными графическими символами. Об этом будет рассказано позже, когда мы перейдет к знакомству с радиодеталями. “А почему же не указывают полярности на гнездах сетевой розетки?” – спросите Вы. Дело в том, что сетевое напряжение переменное. Это значит, что в одном гнезде розетки напряжения плюс, в другом – минус, и наоборот. Такое изменение полярности происходит 100 раз за секунду. При включении в розетку, например, настольной лампы через ее нить накала потечет ток, направление которого будет изменяться столько же раз за секунду, сколько и полярность напряжения. Силу электрического тока измеряют в амперах, обозначая эту единицу буквой А. Тем не менее на практике такой ток встречается крайне редко, поэтому используют меньшую единицу – миллиампер – тысячную частицу ампера, которую обозначают буквами мА. Существует и другая меньшая единица – микроампер (мкА) и применяется для описания токов в микромощных электронных схемах. Очень часто вам придется иметь дело с такой единицей измерения как сопротивление. Измеряют его в омах (условное обозначение - Ом). Кроме этой единицы, используют большие единицы: килоом (1 кОм = 1000 Ом) и мегаом (1 МОм = 1000 кОм = 1 000 000 Ом).
Когда протекание тока через проводник вызывает появление магнитного поля, и в этом поле, окружающем проводник, накапливается энергия – то это величина измерения будет называться индуктивностью. Основное свойство индуктивности состоит в том, что она оказывает сопротивление изменениям протекающего тока. Основная единица измерения индуктивности – генри. На практике используются такие единицы, как миллигенри (мГн) – одна тысячная генри и микрогенри – одна на миллион генри.

Индуктивность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током и магнитным потоком, создаваемым этим током.

Существует еще одна довольно распространенная величина – электрическая емкость. Она характеризует способность удерживать электрический заряд. Основная единица измерения емкости – фарада (Ф) . Фарада – это очень большая емкость, не часто используемая в электронных схемах. Другое дело микрофарады (мкФ) – миллионные доли фарады и пикофарады (пФ) – миллионные доли микрофарады. Хочется заметить, что конденсатор емкостью в несколько фарад способен некоторое время работать как аккумулятор. Поэтому многие умельцы ставят их в стационарные электронные часы, чтобы при пропадании электроэнергии, например кратковременном, они могли работать и не сбить свой ход.

В звукоусилительной технике часто используется единица измерения – децибел (дБ). Это чувствительность человеческого уха к изменению звуковой мощности.

Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений. Величина, выраженная в децибелах, численно равна десятичному логарифму безразмерного отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную, умноженному на десять: А^ = 10*1д(А/А0). Это способ сравнения двух величин, например, сигналов на выходе и входе усилителя или фильтра (сигнал/шум), и никакого отношения к чувствительности человеческого уха он не имеет.

И, наконец, мощность – работа, выполненная в единицу времени. На практике (в том числе и в электронике) в качестве единицы мощности принят ватт (Вт). В электрических схемах мощность равна напряжению на схемном компоненте или участке цепи, умноженному на ток, протекающий через них. Например, если напряжение 9 В приложено к некоторому компоненту или ко всей схеме и вызывает в них ток 0,5 А, то полная мощность будет равна 9 умножить на 0,5 – т.е. 4,5 Вт. Стоить отметить, что мощность в любом активном сопротивлении, в том числе соединительных проводах и резисторах, выделяется в виде тепла. Также существует единица отклонений от номинальных значений радиодеталей. Данная величина измеряется в процентах и чем она ниже – тем лучше.

Перейти к следующей статье: “Закон Ома”