От электрического до электронного
Глава 1 - Усилители и активные устройства
Этот третий том книжной серии « Уроки в электрических цепях» отходит от первых двух в том, что переход между электрическими цепями и электронными схемами формально пересекается. Электрические цепи - это соединения проводящих проводов и других устройств, посредством которых происходит равномерный поток электронов. Электронные схемы добавляют новое измерение к электрическим цепям в том, что некоторые средства управления воздействуют на поток электронов другим электрическим сигналом либо напряжением, либо током.
Само по себе управление потоком электронов не является чем-то новым для ученика электрических цепей. Выключатели управляют потоком электронов, как и потенциометры, особенно при подключении в качестве переменных резисторов (реостатов). Ни переключатель, ни потенциометр не должны быть новыми для вашего опыта к этому моменту вашего исследования. Тогда порог, обозначающий переход от электрического к электронному, определяется тем, как управляется поток электронов, а не существует ли какая-либо форма управления в цепи. Переключатели и реостаты управляют потоком электронов в соответствии с позиционированием механического устройства, которое приводится в действие некоторой физической силой, внешней по отношению к цепи. Однако в электронике мы имеем дело со специальными устройствами, способными управлять потоком электронов в соответствии с другим потоком электронов или применением статического напряжения. Другими словами, в электронной схеме электричество может контролировать электричество.
Исторический предшественник эпохи современной электроники был изобретен Томасом Эдисоном в 1880 году при разработке электрической лампы накаливания. Эдисон обнаружил, что малый ток прошел от нагретой лампы накаливания до металлической пластины, установленной внутри вакуумной оболочки. (Рисунок ниже (а)) Сегодня это известно как «эффект Эдисона». Обратите внимание, что аккумулятор необходим только для нагрева нити. Электроны все равно будут течь, если бы использовался неэлектрический источник тепла.
(a) Эффект Эдисона, (b) Флеминг-клапан или вакуумный диод, (c) Усилитель вакуумной трубки Trion для леопарда DeForest.
К 1904 году советник Marconi Wireless Company Джон Флемминг обнаружил, что внешний ток (пластинчатая батарея) только прошел в одном направлении от нити к пластине (рис. Выше (b)), но не в обратном направлении (не показан). Данное изобретение представляет собой вакуумный диод, используемый для преобразования переменного тока в постоянный ток. Добавление третьего электрода Lee DeForest (Figabove (c)) позволило небольшому сигналу управлять большим потоком электронов от нити накала до пластины.
Исторически эпоха электроники началась с изобретения трубки Audion, устройства, управляющего потоком электронного потока через вакуум, путем приложения небольшого напряжения между двумя металлическими структурами внутри трубки. Более подробное изложение так называемой электронной трубки или технологии вакуумных ламп доступно в последней главе этого тома для тех, кто заинтересован.
Технология электроники испытала революцию в 1948 году с изобретением транзистора. Это крошечное устройство получило примерно тот же эффект, что и пробка Audion, но в значительно меньшем объеме пространства и с меньшим количеством материала. Транзисторы управляют потоком электронов через твердые полупроводниковые вещества, а не через вакуум, и поэтому транзисторная технология часто упоминается как твердотельная электроника.