От электрических к электронным цепям: эволюция управления в схемах

Введение

Этот третий том серии Уроки электрических цепей (Lessons In Electric Circuits) отмечает переломный переход: мы формально переходим от области простых электрических цепей к динамическому миру электронных цепей. В то время как электрические цепи полагаются на проводимые пути для постоянного потока заряда, электронные цепи вводят новое измерение — управление этим потоком другим электрическим сигналом, будь то напряжение или ток.

Электронные цепи

Студенты уже понимают, что выключатели, потенциометры и реостаты могут регулировать поток заряда. Ключевое различие — в том, как достигается это управление. Механические устройства реагируют на внешние физические силы; электронные устройства реагируют на электрические сигналы. Иными словами, в электронной цепи «электричество управляет электричеством». Эта самореференциальная основа лежит в основе усиления, генерации и цифровой логики.

История современной электроники

Томас Эдисон

В 1880 году Томас Эдисон обнаружил, что небольшой ток, проходящий через нагретый накаливатель в лампе накаливания, может выталкивать электроны на металлическую пластину внутри вакуумной колбы — то, что мы теперь называем эффектом Эдисона. Роль батареи заключалась лишь в нагреве нити; любой источник тепла позволял бы потоку электронов. Этот феномен заложил основу вакуумной электроники.

Ключевые устройства, возникшие из этого открытия: вакуумный диод Флеминга (флемингов вентиль) и трехэлектродная лампа ДеФореста (аудион).

Вакуумный диод

К 1904 году Джон Флеминг из Marconi Wireless Company продемонстрировал, что внешнее приложенное анодное напряжение позволяет току течь от нити к аноду, но блокирует обратный поток — создавая первый вакуумный диод. Это устройство позволило выпрямление переменного тока в постоянный.

Лампа Аудион

Трехэлектродная лампа Аудион, представленная Ли ДеФорестом, добавила третий электрод — сетку — позволяя малому напряжению модулировать больший электронный поток от нити к аноду. Этот прорыв открыл эру электронного усиления и управления сигналами.

Подробный обзор вакуумноламповой технологии представлен в последней главе этого тома для заинтересованных читателей.

Транзистор

1948 год ознаменовался переломным моментом — изобретением транзистора. Заменяя громоздкие вакуумные лампы, транзистор достиг тех же функций усиления и коммутации в компактном твердотельном корпусе. Транзисторная технология использует полупроводниковые материалы, резко снижая размер, потребление энергии и стоимость, и является фундаментом современной электроники.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

• Рабочий лист: Элементарная теория усилителей