Самое первое понятие в электронике, наверное, это напряжение и ток.
Что же такое напряжение? Если вспомнить, как меряют его вольтметром, то можно сказать, что оно относится к двум точкам, а не какому-то одному месту. Не зря же у вольтметра два проводочка торчит, правильно?
читать дальшеУ каждой точки в схеме, да и вообще в природе, есть какой-то свой электрический потенциал – некая характеристика поля, измеряемая в Вольтах. Всем, в общем-то, плевать, сколько оно есть на самом деле – пользы от этого знания никакой. Потенциал может плавать туда-сюда от любых внешних воздействий электрического толка. Напряжение же показывает разницу этих потенциалов в разных точках схемы. То есть, насколько потенциал одной точки больше (или меньше), чем другой. Если мультиметр показывает на экранчике 5 Вольт, то это значит, что потенциал красненького электрода больше, чем потенциал чёрненького (относительно него меряют же) именно на пять вольт. Если поменяем местами электроды на плате, то покажется цифра -5 Вольт. Потенциал красненького электрода будет меньше.
На небольших кусках металла (провода в приборе, дорожки медные на плате) потенциал во всех точках будет одинаковый (в пределах куска, конечно же).
Напряжение в приборах всегда отсчитывается от некоего выделенного провода, который называется общим или землёй. Его потенциал обозначается за ноль. На любой схеме можно неоднократно встретить такой значок:
Смысл его прост – это земля, а абсолютно все места, отмеченные значком, в приборе просто электрически соединяются. Впрочем, в сложных приборах таких земель может быть несколько (в целях защиты от скачков напряжения или гальванической изоляции от сети 220 В, например), но тогда они снабжаются пометками, чтобы нельзя было запутаться.
Пока поговорим только о напряжении питания – без питания не может работать ни один прибор. Оно бывает двух типов: постоянное и переменное.
Постоянное, как понятно из названия, означает, что потенциал на проводе питания всегда на заданную величину больше/меньше, чем на общем проводе. Например, пальчиковая батарейка. Если принять её минусовой вывод за ноль, то батарейка выдаёт постоянное напряжение величиной в плюс полтора вольта. Почти в любой цифровой и бытовой технике используется именно этот тип напряжения, так как многие электронные устройства (особенно всякие микросхемы) могут работать лишь от него.
В розетке ситуация немножко другая. Там есть два провода, один из которых общий (он называется «ноль»), а другой находится под переменным напряжением в 220 Вольт (называется «фаза»). Напряжение там скачет по синусоиде относительно нуля частотой 50 Гц и амплитудой в 310 В (амплитуда – это разница между самым маленьким и самым большим значением). А почти во всех приборах с помощью блоков питания переменное сетевое напряжение преобразуется в низковольтное постоянное. У переменки, как источника питания для быта есть такой плюс: можно спокойно втыкать розетку любой стороной, для прибора это ничего не изменит (синус симметричен в обе стороны).
Источник питания же (батарейка, блок питания, генератор, …) можно представить, как прибор, который пытается раздвинуть потенциалы двух проводов на заданную величину путём переноса зарядов с одного провода на другой. Как вот, например, насос накачивает воду в бак на крыше дачного летнего душа.
С напряжением обзорно разобрались. Теперь ток.
Если соединить два провода, находящихся при разных потенциалах, третьим то по нему потечёт ток, цель которого потенциалы эти уровнять. То есть напряжение будет толкать носители зарядов (минус к плюсу и наоборот) до тех пор, пока их заряд не уравновесит поле.
Аналогия: есть бачок для унитаза. Водопровод стремиться заполнить его полностью, как батарейка стремиться задать потенциал на проводе питания. Спуск воды – как если мы соединим землю и питание третьим проводом. Вода при этом и будет аналогией току. Если ток слишком сильный (вода фигачит из бачка без остановки, не давая ему заполниться), то напряжение просаживается – источник не успевает перемещать заряды, как они все убегают обратно. Если потенциалы на краях провода одинаковы, то ток, естественно, по нему не идёт – никто заряды не толкает.
Ток, по сути своей, – количество заряда, прошедшего через провод. Логично, что чем проще зарядам идти, тем больше будет ток. Измеряют в Амперах. Прибор для измерения – амперметр. Логично предположить, что два его провода надо включать в разрыв провода, в котором ток нас интересует (чтобы заряды шли прямо через прибор и он мог их число оценить).
Сопротивление – величина, показывающая, насколько току тяжело идти по этому проводнику. Ну, как ручка крана водопроводного. Если открыть его на самую малость, то воде будет сложно пролезть и струя будет маленькая (сопротивление большое, ток мал), если же открутить до упора, то ничто мешать не будет и она польётся мощно (сопротивление мало, ток большой). Его измеряют в Омах.
Сопротивление в 1 Ом означает, что через проводник, имеющий такое сопротивление, при напряжении в 1 Вольт пройдёт ток величиной ровно в 1 Ампер. Увеличим сопротивление в 2 раза, ток уменьшится во столько же. Увеличим напряжение – возрастёт и ток.
Этот закон называется закон Ома и записывается так: I = U/R.
В следующей серии раскажу про резисторы и их соединение.