Electron Versus Conventional Flow

Conventional vs Electron Flow Current Flow (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Electron Versus Conventional Flow

Dyskretne urządzenia półprzewodnikowe i obwody


Pytanie 1

W tym obwodzie elektrycznym prześledzić kierunek prądu przez przewody:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jest to pytanie "podstępne", ponieważ istnieją dwa akceptowane sposoby oznaczania kierunku prądu elektrycznego: przepływ konwencjonalny (czasami nazywany przepływem otworów ) i przepływ elektronów .

Uwagi:

To pytanie narusza jeden z bardziej spornych tematów dotyczących energii elektrycznej / elektroniki: w jaki sposób określamy kierunek aktualnego "panelu roboczego panelu panelu domyślnie" itemscope>

pytanie 2

Pokaż, które kierunki poruszałyby się swobodnie unoszące się jony, gdyby były wystawione na działanie pola elektrycznego pokazanej biegunowości:

Uwaga: jon "H + " jest dodatnio naładowanym atomem wodoru, podczas gdy jon ÖH - jest ujemnie naładowanym jonem hydroksylowym.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: która z tych metalowych płytek nazwałaby katodę, a którą nazwiemy anodą "notatki ukryte"> Uwagi:

Pokazany scenariusz nie ma charakteru akademickiego - dzieje się tak, gdy pole elektryczne zostanie zastosowane do wody. Zdysocjowane jony poruszają się w przeciwnych kierunkach, uwalniając gazowy wodór na ujemnej elektrodzie i gazowy tlen na dodatnim.

pytanie 3

Oznaczaj kierunki przepływu elektronów i przepływu konwencjonalnego w tym prostym obwodzie:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Na wypadek, gdyby ktoś pytał, małe kółka z literą "e" w środku mają reprezentować elektrony. Wiem, że to głupie, ale szukałem sposobu na wyraźne odróżnienie jednego kierunku od drugiego bez polegania na etykietach tekstowych.

Pytanie 4

W przewodnikach metalicznych dominującymi nośnikami ładunku elektrycznego są wolne elektrony, które są oczywiście naładowane ujemnie. Czy są jakieś przykłady przewodzenia elektrycznego, w których ładunki elektryczne są przenoszone przez naładowane dodatnio cząstki "# 4"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jednym z przykładów jest przewodzenie w płynnym roztworze elektrolitu, w którym często występują zarówno naładowane dodatnio jony, jak i ujemnie naładowane jony (poruszające się w przeciwnych kierunkach!) Stanowiące ruch ładunku elektrycznego.

Uwagi:

Istnieją inne przykłady, więc nie akceptuj danej odpowiedzi jako jedynej odpowiedzi!

Uwaga: niektórzy uczniowie mogą sugerować dziury w półprzewodnikach jako przykład pozytywnych nośników ładunku. Z technicznego punktu widzenia nie jest to prawda. "Dziura" nie istnieje jako prawdziwa cząstka materii. Jest to abstrakcja, wykorzystywana przez fizyków ciała stałego i inżynierów do różnicowania ruchu elektronów w paśmie przewodnictwa elektronowego ("elektrony") od elektronowego ruchu walencyjnego ("dziury").

Pytanie 5

Wyjaśnij, własnymi słowami, jak doszliśmy do dwóch zupełnie przeciwnych zapisów oznaczających kierunek prądu elektrycznego. Jakie wydarzenia historyczne doprowadziły do ​​tego zamieszania i dlaczego wciąż istnieją?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę ci to zbadać na własną rękę!

Uwagi:

Istnieje wiele źródeł informacji, które studenci mogą badać na ten temat. Zapytaj ich, gdzie znaleźli swoje fakty!

Pytanie 6

Kiedy zobaczysz symbol urządzenia elektronicznego, taki jak którykolwiek z tych elementów, w którym kierunku strzałki reprezentują symbole, przepływ elektronowy lub konwencjonalny?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Grot strzałki przedstawia obecność złącza PN, kierunek tej strzały zawsze wskazuje kierunek, w którym umożliwiałby się konwencjonalny przepływ, gdyby połączenie było skierowane do przodu.

Sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana niż zwykłe stwierdzenie, że strzałka wskazuje kierunek przepływu konwencjonalnego (standardowa odpowiedź). W przypadku urządzenia półprzewodnikowego (diody, tranzystora, tyrystora itp.) Strzałka reprezentuje złącze PN, z grubym końcem grotu reprezentującym stronę "P" i spiczastym końcem reprezentującym stronę "N". To jest jednoznaczne:

Jednakże istnieje co najmniej jedno urządzenie, którego normalny kierunek prądu (w strumieniu konwencjonalnym) jest przeciwny tej strzale: dioda Zenera.

Ten przykład może być dość mylący, ponieważ dioda jest zaprojektowana tak, aby ulegać rozpadowi w trybie odwrotnego odchylenia. Diody Zenera mogą i będą zachowywać się, gdy będą nachylone do przodu, tak jak każda inna dioda, ale to, co czyni je użytecznymi, jest ich odwrotnym zachowaniem. Więc chociaż zdecydowanie łatwiej jest prądem przejść przez "prawidłową" drogę przez diodę Zenera (strzałka w kierunku przepływu konwencjonalnego), normalny kierunek działania prądu jest przeciwny.

Niektóre urządzenia półprzewodnikowe wykorzystują groty strzałek do oznaczenia obecności nieprzewodzącego złącza PN. Przykładami tego są JFET i MOSFETy:

Podobnie jak dioda Zenera, złącza PN pokazane przez groty strzałek w tych symbolach są zaprojektowane do działania w trybie odwrotnego polaryzacji. Jednak w przeciwieństwie do diody Zenera złącza PN w tych urządzeniach nie powinny się rozpadać, a zatem zwykle przenoszą nieznaczny prąd. W tym przypadku strzałki przedstawiają kierunek, w którym płynie konwencjonalny przepływ, pod warunkiem, że konieczne naprężenia będą skierowane do przodu, odchylając te połączenia, nawet jeśli te urządzenia normalnie nie działają w tym trybie.

Uwagi:

Twoi uczniowie mogą zobaczyć, jak mylące to może być, z grotami czasami reprezentującymi kierunek prądu, a czasem nie. W urządzeniu półprzewodnikowym grot strzałki reprezentuje po prostu złącze PN, a kierunek strzałki wskazuje, w jaki sposób mógłby przejść konwencjonalny przepływ, gdyby połączenie PN było przesunięte w przód.

Wtedy oczywiście mamy symbol źródła prądu, którego strzałka zawsze wskazuje kierunek konwencjonalnego przepływu.

Powinno stać się oczywiste, że konwencjonalny przepływ jest najłatwiejszym podejściem podczas pracy z urządzeniami półprzewodnikowymi. Jest wielu ludzi (szczególnie technicy), którzy z powodzeniem stosują przepływ elektronów do analizy urządzeń półprzewodnikowych, ale muszą ćwiczyć się, aby myśleć "przeciw strzała". To dodaje jeszcze jeden poziom zamieszania do już (potencjalnie) mylącego tematu, dlatego osobiście wybieram nauczanie konwencjonalnego przepływu, kiedy po raz pierwszy wystawiam studentów na urządzenia półprzewodnikowe.

Jakikolwiek sposób podejścia do tego tematu, jest to smutny stan rzeczy!

Pytanie 7

Dwie osoby debatują nad przepływem elektronów a przepływem konwencjonalnym. Jeden z nich mówi, że otrzymasz różne wyniki przewidujące polaryzację spadków napięcia w obwodzie rezystancyjnym w zależności od używanej konwencji. Ta druga osoba mówi, że konwencja oznaczania prądu nie ma żadnego znaczenia i że właściwe polaryzacje będą przewidywane w obu kierunkach.

Która z tych osób jest poprawna "# 7"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę, żeby zdjęcia pokazały odpowiedź na to pytanie:

Uwagi:

Ważne jest, aby pamiętać, że istnieje tylko jedna konwencja na użycie symboli "+" i "-" do oznaczenia biegunowości spadku napięcia (na szczęście!).

Pytanie 8

Załóżmy, że osoba bardziej zna konwencjonalny zapis przepływu niż zapis przepływu elektronów. Jeśli ta osoba znajduje się w sytuacji, w której musi narysować kierunek prądu zgodnie z notacją elektronową, jaką radę dałbyś im na dokonanie przejścia.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rozpocznij od narysowania wszystkich prądów w bardziej znanym zapisie konwencjonalnego przepływu, a następnie odwróć każdą strzałkę!

Uwagi:

Dobrą strategią może być użycie ołówka i lekkie narysowanie strzałek zgodnie z kierunkiem przepływu konwencjonalnego, a następnie przeciągnięcie tych strzałek w przeciwnym kierunku za pomocą większego nacisku dłoni (tworząc ciemniejszą linię).

Nie trzeba dodawać, że technika ta działa równie dobrze dla osoby, która jest wygodniejsza w notowaniu elektronów, ale z jakiegoś powodu musi przejść na konwencjonalny przepływ.

Pytanie 9

Promień Cathode Ray, czyli CRT, jest sercem oscyloskopu analogowego. Działa poprzez skierowanie wiązki elektronów na fosforyzującym ekranie, powodując światło w punkcie uderzenia:

Jaki styl notacji prądowej (elektronowej lub konwencjonalnej) najlepiej pasowałby do opisu działania CRT "# 9"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Podobnie jak w przypadku większości lamp elektronowych, przepływ elektronów ma największy sens w działaniu CRT.

Uwagi:

Podana odpowiedź stanowi wskazówkę, dlaczego notacja przepływu elektronów jest nadal popularna wśród techników i instytucji, które ją szkolą. Istnieje spuścizna instrukcji opartych na przepływie elektronów, pochodzących z czasów, gdy lampy próżniowe były dominującym składnikiem czynnym w obwodach elektronicznych. Jeśli nauczasz działania tych urządzeń w najprostszy sposób, tak aby nie-inżynierowie mogli je zrozumieć, najlepiej byłoby ustandaryzować na podstawie notacji dla prądu następującego po faktycznych elektronach. Z kolei inżynierowie elektrycy stworzyli własną konwencję wyznaczania kierunku prądu, zanim elektron został nawet odkryty, dlatego ta gałąź nauk elektrycznych wciąż wskazuje kierunek prądu przeciwny do kierunku ruchu elektronów.

Pytanie 10

Na poniższej ilustracji zobaczysz kierunki prądów oznaczone strzałkami dla każdego elementu półprzewodnika. Niektóre z tych strzałek wskazują kierunek przepływu konwencjonalnego, podczas gdy inne wskazują kierunek przepływu elektronów. Określ, która konwencja jest używana do oznaczania prądów dla każdego komponentu (uwaga: użyłem tylko jednej konwencji dla każdego komponentu - nie wymieszałem przepływu konwencjonalnego i elektronu podczas etykietowania wielu prądów na tym samym komponencie!).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Jedynymi wskazówkami do zapisu są strzałki. Uczniowie mogą nie znajdować się w punkcie, w którym mogą rozpoznać odpowiednie kierunki prądu dla nieekcyjnych końcówek elementów, ale przynajmniej powinni być w stanie porównać bieżące strzałki ze strzałkami symboli komponentów i sprawdzić, czy istnieje zgodność (konwencjonalny przepływ ) lub nieporozumienia (przepływ elektronów).

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →