От электричества к электронике

Данный третий том серии книг «Уроки схемотехники» отходит от первых двух тем, что официально пересекает границу между электрическими и электронными схемами. Электрические цепи – это соединения проводов и других элементов, обеспечивающие равномерный поток электронов. Электронные схемы добавляют новое измерение к электрическим цепям, которое заключается управлении потоком электронов с помощью другого электрического сигнала (либо напряжением, либо током).

В самом управлении потоком электронов нет ничего нового для человека, изучающего электрические цепи. Переключатели управляют потоком электронов так же, как и потенциометры, особенно когда включены как переменные резисторы (реостаты). Ни переключатель, ни потенциометр не должны быть новы для вас на данном этапе обучения. Граница перехода от электричества к электронике определяет, как управляется поток электронов, а не тем, есть ли в схеме какое-либо управление. Коммутаторы и реостаты управляют потоком электронов в соответствии с положением их механических частей, которые управляются некоторой внешней физической силой. В электронике же мы имеем дело со специальными устройствами, способными управлять потоком электронов в соответствии с другим потоком электронов или с помощью напряжения. Другими словами, в электронной схеме электроэнергия может управлять электроэнергией.

Исторический предшественник современной эры электроники был изобретен Томасом Эдисоном в 1880 году при разработке электрической лампы накаливания. Эдисон обнаружил, что от нагретой нити накаливания лампы к металлической пластине, установленной внутри вакуумного контейнера, передается небольшой ток (рисунок (a) ниже). Сегодня это явление известно как «эффект Эдисона». Обратите внимание, что батарея необходима только для нагрева нити накаливания. Электроны по-прежнему будут поступать и при использовании неэлектрического источника тепла.

В 1904 консультант Marconi Wireless Company Джон Флеминг обнаружил, что приложенный извне ток (от пластин батареи) передается только в одном направлении, от нити к пластине (рисунок (b) выше), но не передается в обратном направлении (не показано).

Это было изобретением вакуумного диода, используемого для преобразования переменного тока в постоянный. Добавление третьего электрода Ли де Форестом (рисунок (c) выше) позволило управлять большим потоком электронов от нити накала к пластине.

Исторически так сложилось, что эра электроники началась с изобретения лампы аудиона, устройства, управляющего потоком электронов через вакуум с помощью небольшого напряжения между двумя металлическими конструкциями внутри лампы. Для тех, кому интересно, более подробное описание технологии так называемых электронных или вакуумных ламп доступно в последней главе данного тома.

В 1948 году с изобретением транзистора технология электроники пережила революцию. Это крошечное устройство дает примерно такой же эффект, что и лампа аудиона, но при гораздо меньших размерах и использованных при производстве материалах. Транзисторы управляют потоком электронов через вещество твердого полупроводника, а не через вакуум, и поэтому транзисторную технологию часто называют твердотельной электроникой.

Теги