Kiến thức cơ bản Mạch điện tử

Điện áp và cách thức hoạt động

Mạch điện tử là gì : Bạn có thể đã nghe nói rằng pin hoặc ổ cắm trên tường có một số vôn nhất định . Đây là phép đo điện thế được tạo ra bởi pin hoặc lưới điện được kết nối với ổ cắm trên tường.

Tất cả các vôn đó đang chờ bạn sử dụng chúng, nhưng có một điểm khó khăn: để điện có thể thực hiện bất kỳ công việc nào, nó cần phải có khả năng di chuyển . Nó giống như một quả bóng bay được thổi lên; nếu bạn kẹp nó ra, có không khí trong đó có thể làm điều gì đó nếu nó được giải phóng, nhưng nó sẽ không thực sự làm gì cho đến khi bạn thả nó ra.

Không giống như không khí bay ra từ khí cầu, dòng điện chỉ có thể chạy qua các vật liệu có thể dẫn điện, chẳng hạn như dây đồng. Nếu bạn kết nối dây với pin hoặc ổ cắm trên tường ( CẢNH BÁO: điện áp trong ổ cắm trên tường rất nguy hiểm, đừng làm như vậy!), Bạn sẽ cho dòng điện đi theo. Nhưng nếu dây không được kết nối với bất kỳ thứ gì khác, điện sẽ không có nơi nào để đi và vẫn không di chuyển.

Điều gì làm cho dòng điện chuyển động? Dòng điện muốn chạy từ hiệu điện thế cao hơn sang hiệu điện thế thấp hơn. Điều này giống hệt như quả bóng bay: không khí có áp suất trong quả bóng bay muốn chảy từ bên trong quả bóng bay (áp suất cao hơn) ra bên ngoài quả bóng bay (áp suất thấp hơn). Nếu bạn tạo ra một đường dẫn giữa điện áp cao hơn và điện áp thấp hơn, thì dòng điện sẽ chạy dọc theo đường đó. Và nếu bạn chèn thứ gì đó hữu ích vào đường dẫn đó như đèn LED, dòng điện chạy qua sẽ thực hiện một số công việc cho bạn, như thắp sáng đèn LED đó. Huzzah!

Vì vậy, nơi bạn tìm thấy một điện áp cao hơn và một điện áp thấp hơn? Đây là điều thực sự hữu ích cần biết: mọi nguồn điện đều có hai mặt . Bạn có thể thấy điều này trên pin có nắp kim loại ở cả hai đầu hoặc ổ cắm trên tường có hai (hoặc nhiều) lỗ. Trong pin và các nguồn điện áp DC (Dòng điện một chiều ) khác, các mặt này (thường được gọi là cực ) được đặt tên là dương (hoặc “+”) và âm (hoặc “-“).

Tại sao mọi nguồn điện đều có hai mặt? Điều này quay trở lại ý tưởng về “tiềm năng”, và bạn cần có sự chênh lệch điện áp để có dòng điện chạy qua. Nghe có vẻ ngớ ngẩn, nhưng bạn không thể có sự khác biệt nếu không có hai thứ phải khác nhau. Trong bất kỳ nguồn điện nào, phía dương sẽ có điện áp cao hơn phía tiêu cực, đó chính là điều chúng ta muốn. Trên thực tế, khi chúng ta đo điện áp, chúng ta thường nói rằng mặt âm là 0 vôn, và mặt dương là bao nhiêu vôn mà nguồn điện có thể cung cấp.

Nguồn điện giống như máy bơm. Máy bơm luôn có hai mặt, một đầu ra để thổi thứ gì đó ra ngoài và một đầu vào để hút thứ gì đó vào. Ắc quy, máy phát điện và tấm pin mặt trời hoạt động giống nhau. Một thứ gì đó bên trong chúng khó làm việc di chuyển điện về phía ổ cắm (mặt tích cực), nhưng tất cả điện năng thoát ra khỏi thiết bị tạo ra khoảng trống, có nghĩa là mặt tiêu cực cần phải kéo điện vào để thay thế nó.

chúng tôi đã học được những gì cho đến nay?

• Điện áp là tiềm năng, nhưng điện cần phải chạy để làm bất cứ điều gì hữu ích.
• Dòng điện cần có đường để chạy qua phải là vật dẫn điện như dây đồng.
• Dòng điện sẽ chạy từ điện áp cao hơn sang điện áp thấp hơn.
• Nguồn điện áp một chiều luôn có hai mặt gọi là cực dương và cực âm, bên dương có hiệu điện thế lớn hơn bên âm.

Mạch điện tử đơn giản nhất

Cuối cùng chúng tôi đã sẵn sàng để làm cho điện hoạt động cho chúng tôi! Nếu chúng ta kết nối cực dương của nguồn điện áp, thông qua một số thiết bị hoạt động như Đi-ốt phát sáng (LED), và quay trở lại phía âm của nguồn điện áp; điện, hoặc dòng điện , sẽ chạy. Và chúng ta có thể đưa mọi thứ vào con đường làm những việc hữu ích khi dòng điện chạy qua chúng, chẳng hạn như đèn LED phát sáng.

Đường tròn này, luôn được yêu cầu để dòng điện chạy qua và làm việc gì đó hữu ích, được gọi là mạch điện. Mạch là một con đường bắt đầu và dừng lại ở cùng một nơi, đó chính xác là những gì chúng ta đang làm.

Nhấp vào liên kết này để xem mô phỏng dòng điện chạy qua một mạch đơn giản. Mô phỏng này yêu cầu Java để chạy.

* Ban đầu, Benjamin Franklin đã viết rằng dòng điện chạy từ cực dương của nguồn điện áp sang cực âm. Tuy nhiên, Franklin không có cách nào để biết rằng các electron thực sự chạy theo hướng ngược lại – ở cấp độ nguyên tử, chúng đi ra khỏi mặt âm và quay trở lại mặt dương. Bởi vì các kỹ sư đã theo dõi sự dẫn dắt của Franklin hàng trăm năm trước khi sự thật được phát hiện, chúng ta vẫn sử dụng quy ước “sai” cho đến ngày nay. Thực tế mà nói, chi tiết này không quan trọng, và miễn là mọi người sử dụng cùng một quy ước, tất cả chúng ta đều có thể xây dựng các mạch hoạt động tốt.

Ngắn Mạch và Hở Mạch trong Mạch điện tử

“Tải” là gì?

Lý do chúng tôi muốn xây dựng các mạch điện là để làm cho điện có ích cho chúng ta. Cách chúng tôi làm điều đó là đưa những thứ vào mạch sử dụng dòng điện để phát sáng, tạo tiếng ồn, chạy chương trình, v.v.

Những thứ này được gọi là tải , bởi vì chúng “tải xuống” nguồn điện, giống như bạn “tải xuống” khi bạn đang mang một thứ gì đó. Tương tự như cách bạn có thể bị tải quá nhiều trọng lượng, có thể tải xuống nguồn điện quá nhiều, điều này sẽ làm chậm dòng điện. Nhưng không giống như bạn, cũng có thể tải xuống một mạch quá ít – điều này có thể cho phép dòng điện chạy quá nhiều (hãy tưởng tượng chạy quá nhanh nếu bạn không mang theo bất kỳ vật nặng nào), có thể đốt cháy các bộ phận của bạn hoặc thậm chí cả nguồn điện.

Bạn sẽ tìm hiểu tất cả về điện áp, dòng điện và tải trong hướng dẫn tiếp theo: Điện áp, Dòng điện, Điện trở và Định luật Ohm . Nhưng bây giờ, chúng ta hãy tìm hiểu về hai trường hợp đặc biệt của mạch: ngắn mạch và hở mạch . Biết về những điều này sẽ giúp ích rất nhiều khi bạn khắc phục sự cố mạch điện của chính mình.

Ngắn mạch

ĐỪNG LÀM ĐIỀU NÀY, nhưng nếu bạn nối dây trực tiếp từ cực dương sang cực âm của nguồn điện, bạn sẽ tạo ra cái được gọi là ngắn mạch . Đây là một ý kiến ​​tồi.

Đây có vẻ là mạch tốt nhất có thể, vậy tại sao nó lại là một ý tưởng tồi? Hãy nhớ rằng dòng điện muốn chạy từ điện áp cao hơn sang điện áp thấp hơn, và nếu bạn đặt tải vào dòng điện, bạn có thể làm điều gì đó hữu ích như thắp sáng đèn LED.

Nếu bạn CÓ tải trong dòng điện, dòng điện chạy qua mạch của bạn sẽ bị giới hạn ở mức mà thiết bị của bạn tiêu thụ, thường là một lượng rất nhỏ. Tuy nhiên, nếu bạn KHÔNG đặt bất cứ thứ gì vào để hạn chế dòng hiện tại, thì sẽ không có gì để làm chậm dòng điện, và nó sẽ cố gắng là vô hạn!

Nguồn điện của bạn không thể cung cấp dòng điện vô hạn, nhưng nó sẽ cung cấp nhiều nhất có thể, có thể là rất nhiều. Điều này có thể làm cho dây của bạn bị cháy, làm hỏng nguồn điện, tiêu hao pin của bạn hoặc những thứ thú vị khác. Hầu hết thời gian nguồn điện của bạn sẽ có một số loại cơ chế an toàn được tích hợp sẵn để hạn chế dòng điện tối đa trong trường hợp đoản mạch, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Đây là lý do tại sao tất cả các ngôi nhà và tòa nhà đều có thiết bị ngắt mạch , để ngăn chặn hỏa hoạn bắt đầu trong trường hợp ngắn mạch ở đâu đó trong hệ thống dây điện.

Một vấn đề có liên quan mật thiết là vô tình để dòng điện quá lớn chạy qua một phần mạch của bạn, khiến một phần bị cháy. Đây không phải là một đoạn ngắn mạch, nhưng nó gần. Điều này thường xảy ra nhất khi bạn sử dụng giá trị điện trở không chính xác , điều này cho phép quá nhiều dòng điện chạy qua một thành phần khác như đèn LED.

Điểm mấu chốt: nếu bạn nhận thấy mọi thứ đột nhiên trở nên nóng hoặc một bộ phận đột ngột bị cháy, hãy lập tức tắt nguồn và tìm kiếm các phần bị ngắn mạch có thể xảy ra.

Hở mạch

Ngược lại của ngắn mạch là mạch hở . Đây là một mạch mà vòng lặp không được kết nối hoàn toàn (và do đó đây thực sự không phải là một mạch).

Không giống như ngắn mạch ở trên, không có gì bị tổn thương bởi “mạch” này, nhưng mạch của bạn cũng sẽ không hoạt động. Nếu bạn là người mới vào mạch, nó thường có thể là khó khăn để tìm nơi nghỉ là, đặc biệt là nếu bạn đang sử dụng breadboards nơi tất cả các dây dẫn được ẩn.

Nếu mạch của bạn không hoạt động, nguyên nhân rất có thể là do hở mạch. Điều này thường là do kết nối bị đứt hoặc dây lỏng. (Ngắn mạch có thể lấy cắp tất cả nguồn điện từ phần còn lại của mạch điện của bạn, vì vậy hãy nhớ tìm kiếm những thứ đó.)

MẸO: nếu bạn không thể dễ dàng tìm thấy vị trí mạch điện bị hở, đồng hồ vạn năng có thể là một công cụ rất hữu ích. Nếu bạn đặt nó để đo vôn, bạn có thể sử dụng nó để kiểm tra điện áp tại các điểm khác nhau trong mạch được cấp nguồn của mình và cuối cùng tìm ra điểm mà điện áp không đi qua.

Tiến xa hơn

Bạn vừa học, ở dạng cơ bản nhất, mạch điện là gì. Khi bạn tiếp tục học, bạn sẽ gặp những mạch phức tạp hơn có nhiều vòng lặp và nhiều linh kiện điện tử hơn. Nhưng TẤT CẢ các mạch, cho dù phức tạp đến đâu, sẽ tuân theo các quy tắc tương tự như mạch một vòng cơ bản mà bạn vừa học.

Cuộc hành trình của bạn trong lĩnh vực điện tử chỉ mới bắt đầu, đây là một số chủ đề tiếp theo được đề xuất để khám phá:

• Bảng mạch là công cụ hữu ích cho phép bạn nhanh chóng tạo các mạch tạm thời bằng cách sử dụng dây nhảy. Chúng tôi sử dụng chúng mọi lúc. Bạn cũng có thể muốn thành thạo cách làm việc với dây để giúp bạn xây dựng mạch của mình.
• Một vạn năng cho phép bạn đo điện áp, dòng điện, và sức đề kháng và là một trợ giúp lớn khi cố gắng khắc phục sự cố mạch bị hư hỏng.
• Mạch có đủ loại kích thước, hình dạng và cấu hình khác nhau. Kiểm tra hướng dẫn nối tiếp và mạch song song để xem các mạch được đưa lên cấp độ tiếp theo.

Dưới đây là một số hướng dẫn về các thành phần phổ biến nhất mà bạn sẽ sử dụng khi xây dựng mạch.

• Một cách tuyệt vời để tìm hiểu về mạch là bắt đầu chế tạo một số. Hướng dẫn về đèn LED của chúng tôi sẽ chỉ ra cách làm sáng một hoặc nhiều đèn LED.
• Điện trở là một trong những linh kiện được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện.
• Tụ điện cũng được tìm thấy trong hầu hết các mạch. Như là Điốt .