Elektron versus konventionel strømning

Learn about the Quantum D-Wave - Now in 15 Languages (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Elektron versus konventionel strømning

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

I dette elektriske kredsløb sporer strømretningen gennem ledningerne:

Reveal svar Skjul svar

Dette er et "trick" spørgsmål, da der er to accepterede måder at betegne retningen for elektrisk strøm: konventionel strømning (undertiden kaldet hulstrøm ) og elektronstrøm .

Bemærkninger:

Dette spørgsmål tilsidesætter et af de mere omstridte emner inden for elektricitet / elektronik: hvilken vej betegner vi retningen for den nuværende "panelpanelets standardpanel"

Spørgsmål 2

Vis hvilke retninger disse fri-flydende ioner ville bevæge sig, hvis de udsættes for et elektrisk felt af den viste polaritet:

Bemærk: "H + " ion er et positivt ladet hydrogenatom, mens ÖH-ionet er en negativt ladet hydroxylion.

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: hvilken af ​​disse metalplader ville vi kalde katoden, og hvilken ville vi kalde anoden "noter skjult"> Noter:

Det viste scenario er ikke akademisk - det er hvad der sker, når et elektrisk felt påføres vand. De dissocierede ioner bevæger sig i modsatte retninger, befriende hydrogengas ved den negative elektrode og oxygengas ved den positive.

Spørgsmål 3

Mærk retningen af ​​både elektronstrøm og konventionel strømning i dette simple kredsløb:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Hvis nogen spørger, skal de små cirkler med bogstavet "e" inde for at repræsentere elektroner. Slags dumt, jeg ved det, men jeg ledte efter en måde at tydeliggøre en retning fra den anden uden at bare stole på tekstetiketterne.

Spørgsmål 4

I metalliske ledere er de dominerende bærere af elektrisk ladning fri elektroner, som selvfølgelig er negativt ladede. Er der nogen eksempler på elektrisk ledning, hvor elektrisk opladning bæres af positivt ladede partikler "# 4"> Reveal svar Skjul svar

Et eksempel er ledning i en væskeelektrolytopløsning, hvor du ofte har både positivt ladede ioner og negativt ladede ioner (bevæger sig i modsatte retninger!), Der udgør bevægelsen af ​​elektrisk ladning.

Bemærkninger:

Der findes andre eksempler, så accepter ikke det givne svar som det eneste svar!

Bemærk: Nogle studerende kan foreslå huller i halvledere som et eksempel på positive ladningsbærere. Dette er teknisk set ikke sandt. Et "hul" eksisterer ikke som en reel partikel af materie. Det er en abstraktion, der anvendes af fastfysiske fysikere og ingeniører til at differentiere ledningsbånd elektron-bevægelser ("elektroner") fra valence-band electron motion ("huller").

Spørgsmål 5

Forklar i dine egne ord, hvordan vi kom til at have to helt modsatte notater til mærkning af retningen af ​​elektrisk strøm. Hvilke historiske begivenheder førte til denne forvirring, og hvorfor eksisterer den stadig i dag?

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig undersøge dette på egen hånd!

Bemærkninger:

Der er masser af informationskilder for studerende at undersøge om dette emne. Spørg dem, hvor de fandt deres fakta!

Spørgsmål 6

Når du ser et elektronisk enheds symbol som en hvilken som helst af disse, hvilken retning repræsenterer symbolernes indre piler, elektron eller konventionel strøm?

Reveal svar Skjul svar

Pilespidsen repræsenterer tilstedeværelsen af ​​et PN-kryds, pilens retning peger altid i den retning, at konventionel strømning ville gå, hvis krydset var forspændt.

Situationen er lidt mere kompleks end blot at sige, at pilen peger i retning af konventionel strømning (standard svaret). For en halvleder-enhed (diode, transistor, tyristor osv.) Repræsenterer et pilhoved et PN-kryds, hvor den fede ende af pilhovedet repræsenterer "P" -siden og den spidse ende, der repræsenterer "N" -siden. Dette meget er entydigt:

Der er dog mindst en enhed, hvis normale strømretning (i konventionel strømning) går imod denne pil: zener diode.

Dette eksempel kan være ganske forvirrende, fordi dioden er designet til at bryde ned i omvendt bias tilstand. Zener-dioder kan og vil udføre når forspændt, ligesom enhver anden diode, men hvad der gør dem nyttige er deres omvendt bias adfærd. Så selvom det er absolut lettere for nuværende at gå den "korrekte" vej gennem en zener-diode (pilespids i retning af konventionel strømning), er den normale driftsretning af strøm modsat.

Nogle halvlederanordninger bruger pilehoveder til at angive tilstedeværelsen af ​​et ikke-ledende PN-kryds. Eksempler på dette inkluderer JFET'er og MOSFET'er:

Som Zener-dioden er PN-krydsene vist ved pilehovederne i disse symboler designet til at fungere i omvendt bias-tilstand. I modsætning til zener diode er imidlertid PN-krydsene inden for disse enheder ikke formodede at nedbryde og har derfor normalt ubetydelig strøm. Her repræsenterer pilene den retning, som konventionel strømning ville gå, forudsat at de nødvendige anvendte spændinger fremadspænder disse kryds, selvom disse enheder normalt ikke opererer i den tilstand.

Bemærkninger:

Dine elever kan se, hvordan forvirrende dette kan være, med pilehoveder nogle gange repræsenterer retning af nuværende og til tider ikke. I en halvleder-enhed repræsenterer en pilhoved simpelthen et PN-kryds, med retningen af ​​den pilhoved, der repræsenterer, hvordan konventionel strømning ville gå, hvis det PN-kryds var forspændt.

Så har vi selvfølgelig symbolet for en aktuel kilde, hvis pil altid peger i retning af konventionel strømning.

Det skal fremgå, at konventionel strømning er den nemmeste tilgang ved arbejde med halvlederenheder. Der er mange mennesker (især teknikere), der har succes med at anvende elektronstrøm til analysen af ​​halvlederenheder, men de skal træne sig selv til at tænke "mod pilen." Dette tilføjer endnu et forvirringsniveau til et allerede (potentielt) forvirrende emne, derfor vælger jeg personligt at undervise konventionel strøm, når de først udsætter elever for halvleder-enheder.

Uanset hvordan du nærmer dig dette emne, er det en trist tilstand!

Spørgsmål 7

To personer debatterer elektronstrøm kontra konventionel strømning. En af dem siger, at du vil få forskellige resultater, der forudsiger polariteten af ​​spændingsfald i et resistivt kredsløb afhængigt af hvilken konvention du bruger. Den anden person siger, at konventionen til mærkning nuværende ikke betyder noget, og at de korrekte polariteter vil blive forudsagt enten.

Hvilke af disse to personer er korrekte "# 7"> Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade billeder vise svaret på dette spørgsmål:

Bemærkninger:

Det er vigtigt at huske, at der kun er én konvention for at bruge "+" og "-" symboler til at angive polariteten af ​​et spændingsfald (heldigvis!).

Spørgsmål 8

Antag at en person er mere bekendt med konventionel strømningsnotation end elektronstrøm notation. Hvis denne person befandt sig i en situation, hvor de skal tegne strømretningen i henhold til elektronstrømnotation, hvilke råd vil du give dem for at gøre overgangen.

Reveal svar Skjul svar

Begynd med at tegne alle strømme i den mere velkendte notation af konventionel strømning, og vend derefter hver eneste pil!

Bemærkninger:

En god strategi kan være at bruge en blyant og let trække pilene i retning af konventionel strømning, og overtræk disse pile i omvendt retning ved at bruge mere håndtryk (gør en mørkere linje).

Det skal selvfølgelig sige, at denne teknik fungerer lige så godt for den person, der er mere komfortabel med elektronstrøm notation, men skal skifte til konventionel strøm af en eller anden grund.

Spørgsmål 9

En katodestrålerør eller CRT er hjertet af et analogt oscilloskop. Det virker ved at sigte en fokuseret stråle af elektroner på en phosphorescerende skærm, hvilket forårsager lys på slagpunktet:

Hvilken stil af nuværende notation (elektron eller konventionel) passer bedst til en beskrivelse for driften af ​​et CRT "# 9"> Reveal svar Skjul svar

Som med de fleste elektronrør gør elektronstrømmen den mest følelse af en CRTs operation.

Bemærkninger:

Det givne svar giver et fingerpeg om, hvorfor elektronstrøm notation er stadig populær blandt teknikere og de institutioner, der træner dem. Der er en arv af elektronstrømbaseret instruktion, der stammer fra de dage, hvor vakuumrør var den overvejende aktive komponent i elektroniske kredsløb. Hvis du underviser i driften af ​​disse enheder i de enkleste termer, så ingeniører kan forstå dem, ville det være mest hensigtsmæssigt at standardisere på en notation for strøm, der følger de faktiske elektroner. Elektriske ingeniører etablerede derimod deres egen konvention for udpegning af strømretning før elektronen blev opdaget, hvorfor den elektriske videnskabsgren stadig angiver retningen af ​​strøm modsat retningen af ​​elektron bevægelse.

Spørgsmål 10

I den følgende grafik vil du se retningen af ​​strømmer mærket med pile for hver halvlederkomponent. Nogle af disse pile peger i retning af konventionel strømning, mens andre peger i retning af elektronstrømmen. Bestem hvilken konvention der bruges til at mærke strømmer for hver komponent (Bemærk: Jeg har kun brugt en konvent for hver komponent - jeg har ikke blandet konventionelle og elektronstrømme mens mærkning af flere strømme på samme komponent!).

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

De eneste spor om notation er pilene. Studerende må muligvis ikke være på det punkt, hvor de kan genkende de korrekte retninger for nuværende for de ikke-pilede komponentterminaler, men i det mindste skal de kunne sammenligne de nuværende pile mod komponentsymbolpile og se om der er enighed (konventionel strøm ) eller uenighed (elektronstrøm).

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →