1 Источники напряжения

Для генерации положительного напряжения на одном выводе электрической батареи и отрицательного — на другом используется процесс электрохимических реакций. В батарее заряд создается помещением двух разных металлов в определенный тип химического вещества (электролит).

Батареи имеют два вывода (выводами называются металлические площадки на концах батареи, к которым подключаются провода).

Напряжение толкает электроны через провод от отрицательного вывода батареи к положительному; электроны, движущиеся по проводу, проходят через нить накала электрической лампочки и заставляют ее светиться.

Благодаря тому, что электроны двигаются только в одном направлении, от отрицательного вывода батареи к положительному, электрический ток, генерируемый батареей, называется постоянным током (на схемах часто обозначается DC - direct current). Он является противоположностью переменному току.

Проводки, идущие от лампочки, должны быть подключены к обоим выводам батареи. Это позволяет электронам двигаться от одного из них к другому, проходя через лампочку. Если не создать электронам подобную петлю из проводников, то они не смогут течь вообще.

Когда вы включаете лампу в электрическую розетку на стене, вы используете то электричество, которое выработала электростанция. Направление, в котором текут электроны, меняется 100 раз в секунду. Такое изменение потока электронов называется переменным током (АС - alternative current).

Изменение направления тока с возвращением к первоначальному направлению представляет собой цикл, или период. Количество таких периодов переменного тока в секунду называется частотой и измеряется в специальных единицах — герцах (Гц). В странах Европы используется частота, равная 50 Гц, а в Северной Америке — 60 Гц, т.е. там электроны меняют направление своего движения 120 раз в секунду.

Простой выбор: переменный ток или постоянный. Какая разница, какой ток использовать: переменный или постоянный? Оказывается, большая. Переменный ток дешевле получать и пересылать по линиям электропередачи, чем постоянный и легче получать напряжения произвольной величины. Именно поэтому бытовое электричество обычно работает от переменного тока: всевозможные лампы, нагреватели и тому подобное.

Переменный ток несколько сложнее контролировать чем постоянный, поскольку неизвестно, в каком направлении он течет каждый конкретный момент. В большинстве схем электроники для питания используется именно постоянный ток.

2 Электрические компоненты

Электрические компоненты, или, как их еще называют, радиоэлементы, служат для контроля, обеспечения передачи и управления потоком электронов.

Электрические компоненты делятся на пассивные и активные.

Например, ключ с помощью проводников соединяет электрическую лампочку с источником тока это пассивное устройство. К пассивным компонентам относятся так же резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, сами проводники.

Другие элементы, осуществляющие преобразование и усиление электрических сигналов называются активными: диоды, транзисторы, микросхемы.

Отличие пассивных компонентов от активных

Транзисторы, диоды, светоизлучающие диоды (СИД), интегральные схемы и многие другие электронные устройства изготавливаются из полупроводников.

Полупроводники, а к ним относятся кремний, германий, арсенид галлия и некоторые другие материалы, свойства которых имеют общие черты как с проводниками, так и с изоляторами.

Полупроводники без примесей проводят ток очень слабо. Полупроводниковые (активные) электронные приборы в чистом виде используются только как вспомогательный материал.

Электронные приборы приобретают нужные в электронике свойства при добавлении других веществ, например бора и фосфора. При этом они становятся несколько лучшими проводниками.

Если добавляется 5-и валентный фосфор, то, так как кремний 4-х валентный, полупроводник становится полупроводником так называемого n-типа, в котором имеются лишние электроны, если же подмешивается 3-х валентный бор, то он в полупроводнике не хватает электронов, зато появляются вакантные места, называемые «дырки», имеющие положительный заряд и такой полупроводник называется полупроводником р - типа. Полупроводник n - типа имеет больше электронов, чем обычный полупроводник, а полупроводник р - типа, соответственно, меньше.

Если два полупроводника, содержащие бор и фосфор вплавить друг в друга, получится так называемый p-n-переход. В таком переходе ток течет только в одном направлении, при подаче напряжения противоположной полярности ток не течет. Прибор, в котором находится такой сплавленный кристалл, называется диодом.

Диоды - элементы, которые служат для преобразования переменного тока в почти постоянный пропусканием тока, проходящего в одном направлении.

Под воздействием света p-n-переход может генерировать электрический ток; это свойство используется в солнечных батареях.

При пропускании тока, через p – n - переход полупроводников из определенного типа материала (арсенид галлия, например) электрический ток, то выделится свет, так работают светоизлучающие диоды (СИД).

В транзисторах используются переходы с тремя прилегающими областями с добавленными примесями. К примеру, одна с фосфором, вторая с бором, третья снова с фосфором, т.е. получается структура типа n – p - n. Ток управления в таком случае подастся на среднюю область: (так называемая база).

Интегральные микросхемы (ИМС) - дальнейшее развитие полупроводниковой технологии, в кристалле и на поверхности полупроводника создаются сотни и тысячи активных и пассивных элементов, соединенных в законченную схему. ИМС делятся на гибридные и собственно интегральные.

Полупроводниковая технология позволила значительно уменьшить размеры электронных устройств по сравнению с более ранними приборами на электронных лампах.