Основы электроники. Ток, напряжение, сопротивление.

Эта статья положит начало новой рубрике под названием «Основы электроники» на нашем сайте) Рубрика эта, как, собственно, видно из названия, посвящена будет электронике – от самых азов до всяческих тонкостей при разводке плат и составлении принципиальных электрических схем. Итак начнем!

А начнем мы с рассмотрения основополагающих понятий электроники – тока, напряжения и сопротивления.

Напряжение.

По определению напряжение – это энергия или работа, которая тратится на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом. Напряжение представляет собой разность потенциалов между двумя точками. Сразу же остановимся и рассмотрим подробнее понятие – электрический потенциал.

Для определения электрического потенциала необходимо выбрать точку нулевого потенциала, относительно которой будет вестись отсчет. Обычно за ноль потенциала принимают минус питания – это так называемая «земля». Рассмотрим простейшую цепочку, состоящую из источника напряжения и нагрузки – то есть резистора.

Пусть напряжение источника равно 10 В, а сопротивление – 5 Ом.

Земля будет точкой отсчета, потенциал в этой точке равен 0. Тогда электрический потенциал в точке 1 будет равен напряжению источника питания, то есть 10 В. Соответственно, в точке 2 потенциал снова уменьшится до нуля, а напряжение на нагрузке будет равно 10 В (разность потенциалов между точками 1 и 2). Вроде бы все несложно и понятно, но это довольно важный момент, надо сразу уяснить для себя понятия напряжения и разности потенциалов, разницу и взаимосвязь между ними.

Так, что там еще по поводу напряжения.. Измеряется оно в Вольтах, но это, наверное, вряд ли для кого то станет большим открытием 😉

Ток.

Ток – скорость перемещения заряда в определенной точке, измеряют эту величину Амперами. Тут тоже есть момент, который важно понять раз и навсегда. Если напряжение мы меряем МЕЖДУ двумя точками, то ток всегда проходит через какую-либо ТОЧКУ схемы, либо через какой-либо элемент схемы. И если говорить о напряжении в какой-то точке схемы, то подразумевается напряжение между этой точкой и землей (потенциал в нашей точке минус потенциал земли, равный 0).

Существует один важный закон для токов, называется он первым законом Кирхгофа и заключается он в том, что «сумма втекающих в точку токов равна сумме вытекающих из этой же точки токов». Для полного понимания смотрим на схему:

Тут у нас втекающие токи – , , , а вытекающие – , . И по первому закону Кирхгофа мы имеем:
+ + = + .
Вот как-то так =)

Сопротивление.

Сопротивление помогает связать напряжение и ток в цепи. Есть такая потрясающая штука – закон Ома, который говорит нам, что «Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи». Поясним на простеньком примере:

Итак, по закону Ома имеем:

Таким образом, можно сказать, что резистор позволяет нам преобразовать ток в напряжение, ну и, соответственно, напряжение в ток.

Рассмотрим возможные соединения резисторов, а именно, последовательное соединение резисторов и параллельное.

Имеем три резистора, соединенных последовательно. Общее сопротивление равно сумме каждого из сопротивлений в отдельности, то есть:
= + + .

Для параллельного соединения резисторов формула выглядит иначе:

Очевидно, что при последовательном соединении резисторов общее сопротивление всегда получается большим, чем сопротивление отдельно взятого резистора, а при параллельном соединении резисторов, наоборот, общее сопротивление получается меньшим, чем сопротивление отдельных резисторов. Это важно запомнить и иметь ввиду при разработке электрических схем.

И еще важный момент – не нужно зацикливаться на точном определении значений сопротивления резисторов. Напротив, очень важно выработать способность быстро прикидывать в голове какой резистор нужно засунуть в схему в каждом конкретном случае.

Думаю тут еще надо рассмотреть такую вещь как делитель напряжения, раз уж речь идет о резисторах и сопротивлениях. Делители напряжения, кстати, очень широко используются в схемах, можете взять какую-нибудь и обязательно там найдете с десяток делителей. Но что-то я забежал вперед, сначала рассмотрим, что же это такое. Простейший делитель напряжения – это схема, которая на выходе создает напряжение, равное части напряжения, которое имеется на входе.

Ток в цепи:

Тогда что же будет на выходе? Правильно:

Вот и получили, что на выходе напряжение равно части входного напряжения. Так работает делитель напряжения.

Вот мы и рассмотрели понятия – ток, напряжение, сопротивление. Наверное, на этом стоит остановиться, а то получится очень громоздко ) Продолжим в следующих статьях, напомню, что сегодня мы положили начало новой рубрике, «Основы электроники», на нашем сайте, оставайтесь на связи!