Image137

przez przyrząd pomiarowy. Dokładnie tak samo jest w przypadku prądu elektrycznego -aby zmierzyć prąd, a ściślej aktualne natężenie prądu, trzeba przerwać obwód i włączyć tam miernik - amperomierz. Ponieważ ten sam prąd płynie w zamkniętym obwodzie, nie ma znaezenia, w którym miejscu obwodu zostanie włączony amperomierz - pokazuje to rysunek 8.

Na początek zupełnie nie trzeba się zajmować problemem, czy potencjał, napięcie i spadek napięcia to to samo - w uproszczeniu można przyjąć, że tak. Zupełnie nie trzeba się też przejmować powszechnie znanym faktem że umowny kierunek przepływu prądu (od plusa do minusa) jest przeciwny niż kierunek ruchu elektronów. To fakt, że nośnikami prądu są głównie elektrony, o których mówi się, że są naładowane ujemnie. Wynika to ze względów historycznych. Otóż wcześniej umówiono się, że prąd płynie „od plusa do minusa", a potem odkryto elektrony i okazało się, że te nośniki prądu wędrąją w kierunku przeciwnym. Nie ma to znaczenia — nadal zaznaczamy, że prąd (w obwodzie) płynie od punktu o wyższym potencjale do punktu o potencjale niższym.

Pojęcie masy

W instalacji hydraulicznej często manometr tak naprawdę mierzy różnicę ciśnień', między ciśnieniem wody w instalacji i ciśnieniem (powietrza) w otoczeniu. Bardzo często ciśnienie otoczenia przyjmuje się jako ciśnienie zerowe, ciśnienie odniesienia, choć w rzeczywistości ma jakąś wartość bezwzględna (podawaną w telewizji w hektopaskalach). Dokładnie tak jest też z pomiarami napięcia. Zawsze mierzymy różnicę napięć (potencjałów) między dwoma punktami. W elektronice bardzo często wybieramy jakiś obwód jako obwód odniesienia, obwód zerowy i mierzymy napięcie względem niego. Bardzo często

b>

Rys. 9

(ale nic zawsze) jest to obwód dołączony do ujemnego bieguna zasilania, jak ilustruje rysunek 9, gdzie ten obwód jest wyróżniony kolorem zielonym. Taki obwód odniesienia, względem którego mierzymy napięcia w układzie, nazywamy masą. Pojęcie masy pochodzi sprzed kilkudziesięciu lat, z epoki urządzeń lampowych, gdzie napięcia mierzono względem metalowej, blaszanej podstawy montażowej, czyli względem masy (która była podłączona do ujemnego bieguna głównego napięcia zasilania). Dziś w urządzeniach elektronicznych nic ma już takiej metalowej, ciężkiej blaszanej masy. ale nadal jeden z obwodów uznajemy jako „zerowy”, jako masę, i względem niego mierzymy napięcia.

Przy rysowaniu schematów, zamiast rysować linię obwodu masy, fakt dołączenia elementów do tego wyróżnionego obwodu oznacza się krótką poziomą kreską, symbolem masy - patrz rysunek lOa. Dlatego schemat taki jak na rysunku 9 częściej rysuje się w postaci takiej jak na rysunku lOb. Potem też, jak pokazuje rysunek lOb, zamiast zaznaczać napięcia między danym punktem a masą, podaje się po prostu wartość napięcia w danym punkcie i wiadomo, że chodzi o napięcie mierzone względem masy, czyli zgodnie z rysunkiem 9.

Rys. 10

a)

1

Prawo Ohma

Zależności między prądem, napięciem i opornością w bardzo prosty sposób wiąże podstawowe prawo elektrotechniki i elektroniki - prawo Ohma. Podstawowe zasady są wręcz oczywiste i łatwe do intuicyjnego pojęcia. Otóż jeśli tylko troszeczkę odkręcimy kran, to jego oporność jest duża i wypływ wody jest mały lak samo w elektronice, czym większa oporność, tym mniejszy prąd (w podręcznikach pisze się prąd jest odwrotnie proporcjonalny do oporności).

Z kolei prąd (wypływ' wody) zalezy od napięcia (ciśnienia) czym wyższe napięcie (ciśnienie), tym prąd (wypływ wody) jest większy — patrz też rysunek 6. W podręcznikach pisze się: prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia.

W praktyce prawo Ohma i wzory zeń wynikające służą do obliczania jednej z tych trzech wielkości na podstawie wartości dwóch pozostałych. I tak znając napięcie i oporność możemy obliczyć, jaki prąd popły nie przez tę oporność:

I - U / R

Mając wartości prącu i rezystancji, można obliczyć napięcie:

l = I * K

Znając prąd i napięcie w obwodzie, można też obliczyć oporność:

Rys. 11

R = U /1

Te trzy wzory trzeba znać, ponieważ bardzo często się z nich korzysta. Rysunek 11 pokazuje przykłady obliczeń. Trójkąt pokazany w środku rysunku pomaga zapamiętać trzy podane w^fzory. Podczas obliczeń hzeba uważać no jednostki. Standardowo podajemy napięcie w woltach, prąd w amperach i oporność w omach. Używając miliw'oitów, mili amperów, mikroamperów, kiloomów i raega-omów, trzeba dobrze się zastanowić, w jakich jednostkach wyjdzie wynik obliczeń. Począt kujący często popełniają tu błędy.

Zależność prądu i napięcia

Należy zawsze pamiętać, że napięcie i prąd to dwa różne parametry. W normalnych warun kach prąd nie może więc płynąć bez obecności napięcia. Słusznie można sobie wyobrażać, że obecność napięcia jest warunkiem przepływu prądu. A więc prąd jest nierozłącznie związany z napięciem.

Jednak niesłuszne jest wyobrażenie, że napięcie jest przyczyną, a prąd skutkiem Takie wyobrażenie o przyczynie i skutku często powstaje w umysłach początkujących, choćby w związku z analogią hydrauliczną. Jest ono jednak bardzo szkodliwe, ponieważ w' elektronice mamy do czynienia z elementami o różnych dziwnych właściwościach, dla których trudno znaleźć dobrą analogię hydrau liczną i trzymanie się uproszczonego wyobrażenia, że napięcie jest przyczyną, a prąd skut kiem, ogromnie utrudnia zrozumienie działania niektórych elementów i układów elektro nicznych, choćby zwyczajnego tranzystora. Należy trzymać się ogólniejszego określenia,

24

Wrzesień 2005

Elektronika dla Wszystkich