Có hai đại lượng mà chúng ta cần quan tâm trong mạch điện tử đó là: điện áp và dòng điện. Các đại lượng này thường thay đổi theo thời gian; nếu không thì cũng chẳng có gì thú vị (khó khăn) khi học điện tử cả.
Điện áp là gì?
Điện áp được ký hiệu là V (có thể tìm hiểu thêm trong wikipedia ở bài “Điện thế”
Về mặt chính thức, hiệu điện thế giữa hai điểm là số lực đẩy cần thiết để di chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm có điện áp cao về điểm có điện áp thấp hơn (nguồn của nó).
Tương tự, đó là năng lượng được giải phóng khi một electron di chuyển “xuống dốc” từ nơi có điện áp cao về nơi có điện áp thấp. Hiệu điện thế còn được gọi là hiệu điện thế hoặc sức điện động (EMF).
Đơn vị đo điện áp là vôn, với điện áp thường được biểu thị bằng vôn (V), kilôvôn (1 kV = 103 V), milivôn
(1 mV = 10−3 V), hoặc microvolt (1 μV = 10−6 V). Một joule (J) công được thực hiện trong việc di chuyển một khối điện tích (C) thông qua hiệu điện thế 1 V. (Khối lượng điện tích là đơn vị của điện tích, và nó bằng điện tích của khoảng 6 × 1018 electron.) Vì những lý do thực tế nên cơ hội để nói về nanovolt (1 nV = 10−9 V) và megavolts (1 MV = 106 V) rất hiếm (có lẽ cả đời bạn cũng không được chứng kiến nó :))).
Đây là định nghĩa nhưng nó có thể sẽ không được bạn cho vào đầu nhiều vì chúng không phải của những nhà thiết kế mạch nghĩ ra.
Cùng với thời gian, bạn sẽ phát triển trực giác tốt về điện áp thực sự là gì, trong một mạch điện tử. Nói một cách đại khái (rất đại khái), điện áp là những gì bạn cần thiết để tạo ra dòng điện.
Dòng điện là gì?
Dòng điện (ký hiệu I). Dòng điện là tốc độ của dòng điện tích qua một điểm. Đơn vị đo lường là ampe, hoặc amp, với dòng điện thường được biểu thị bằng ampe (A), miliampe (1 mA = 10−3 A), microampe (1 μA = 10−6 A), nanoampe (1 nA = 10−9 A), hoặc thỉnh thoảng picoampe (1 pA = 10−12 A). Dòng điện 1 amp tương đương với dòng điện của 1 khối điện tích trên mỗi giây. Theo quy ước, dòng điện trong mạch được coi là chảy từ điểm điện áp cao sang bên điện áp thấp hơn, mặc dù dòng điện tử thực tế là theo hướng ngược lại (hướng của electron).
Quan trọng: từ những định nghĩa này, bạn có thể thấy rằng dòng điện chạy qua mọi thứ và điện áp được áp dụng (hoặc xuất hiện) trên mọi thứ. Vì vậy, bạn phải nói đúng: luôn đề cập đến hiệu điện thế giữa hai điểm hoặc giữa hai điểm đo trong một mạch. Luôn tham chiếu đến dòng điện qua một thiết bị hoặc kết nối trong một mạch. Để nói điều gì đó như "điện áp qua một điện trở . . . ”Là vô nghĩa. Tuy nhiên, chúng tôi thường nói về điện áp tại một điểm trong mạch. Điều này luôn được hiểu là nghĩa là điện áp giữa điểm đó và "mặt đất", một điểm chung trong mạch mà dường như mọi người đều biết.
Chúng ta tạo ra điện áp bằng cách sạc các thiết bị như pin (chuyển đổi điện hóa
năng lượng), máy phát điện (chuyển đổi cơ năng thành điện năng), pin mặt trời (chuyển đổi quang điện), v.v. Chúng ta nhận được dòng điện bằng cách đặt điện áp qua một vật gì đó tiêu thụ điện.
Tại thời điểm này, bạn có thể tự hỏi làm thế nào để “xem” điện áp và dòng điện. Dụng cụ điện tử hữu ích nhất duy nhất là máy hiện sóng, cho phép bạn xem điện áp (hoặc đôi khi là dòng điện) trong mạch như một hàm của thời gian. Chúng ta sẽ đề cập đến máy hiện sóng, và cả vôn kế, khi chúng ta thảo luận về các tín hiệu ngay sau đây.
Người ta nói rằng các kỹ sư ở các ngành khác ghen tị với các kỹ sư điện, bởi vì chúng ta có một công cụ trực quan tuyệt vời như vậy (máy hiện sóng).
Trong các mạch thực, chúng tôi kết nối mọi thứ với nhau bằng dây (dây dẫn kim loại), mỗi dây có cùng hiệu điện thế trên đó ở khắp mọi nơi (đối với mass). Chúng tôi đề cập đến vấn đề này ngay bây giờ để bạn sẽ nhận ra rằng một mạch thực tế không cần phải trông giống như sơ đồ của nó, bởi vì dây có thể được sắp xếp lại.
Trong lĩnh vực tần số cao hoặc trở kháng thấp, điều đó không hoàn toàn đúng và chúng ta sẽ nói nhiều hơn về điều này sau.
Một số quy tắc đơn giản về điện áp và dòng điện
- Tổng các dòng điện vào một điểm trong mạch bằng tổng của dòng điện đi ra (bảo toàn điện tích).
Điều này đôi khi được gọi là luật hiện hành của Kirchhoff (KCL). Các kỹ sư muốn đề cập đến một điểm như vậy như một nút. Nó theo sau đó, đối với một mạch nối tiếp (một loạt các đầu nối hai đầu tất cả mọi thứ đều được kết nối thành mạch kín), dòng điện là như nhau ở mọi nơi.
- Những thứ mắc song song có cùng điện áp trên chúng. Được khôi phục, tổng của “điện áp rơi ”từ A đến B qua một đường dẫn qua một đoạn mạch bằng tổng bằng bất kỳ mạch nhánh nào khác và chỉ đơn giản là điện áp giữa A và B. Một cách khác để nói rằng tổng của điện áp giảm xung quanh bất kỳ mạch kín nào bằng không. Đây là luật điện áp của Kirchhoff (KVL)
- Công suất (năng lượng trên một đơn vị thời gian) được tiêu thụ bởi một mạch điện là
P = VI
Điều này chỉ đơn giản là (năng lượng / điện tích) × (diện tích / thời gian). Đối với V là vôn và I tính bằng ampe, P tính bằng oát. Một watt là một jun trên giây (1W = 1 J / s). Vì vậy, ví dụ, dòng điện chạy qua bóng đèn 60W chạy trên 120 V là 0,5 A.
Năng lượng chuyển thành nhiệt (thường là vậy), hoặc đôi khi là công cơ học (động cơ), năng lượng bức xạ (đèn, máy phát), hoặc năng lượng dự trữ (pin, tụ điện, cuộn cảm). Quản lý tải nhiệt trong một hệ thống phức tạp (ví dụ: một hệ thống lớn máy tính, trong đó nhiều kilowatt năng lượng điện là được chuyển đổi thành nhiệt, với sản phẩm phụ không đáng kể về mặt năng lượng của một vài trang kết quả tính toán) có thể là một phần quan trọng của thiết kế hệ thống.
Chẳng bao lâu nữa, khi chúng ta xử lý các điện áp thay đổi định kỳ và dòng điện, chúng ta sẽ phải tổng quát hóa phương trình đơn giản P = VI để xử lý công suất trung bình, nhưng nó đúng là một tuyên bố về công suất tức thời giống như giá trị của nó.
Ngẫu nhiên, không gọi dòng điện là “cường độ dòng điện”. Sự thận trọng tương tự sẽ áp dụng cho thuật ngữ “ohmage” khi chúng ta gặp phải trở kháng trong phần tiếp theo.
—– Bài tiếp theo sẽ nói về mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp —–
