Невже я сумніваюся в тому, що лише при закритому шляху можуть рухатися електрони?

Перш за все, дозвольте мені лише зазначити, що я не відчуваю себе достатньо впевнено, щоб комусь розповісти про те, як працюють електричні ланцюги або що-небудь про фізику, що стоїть за ними, тому що я просто не знаю і не все розумію.

Але я багато разів читав, що повинен бути замкнутий шлях для струму, який протікає в ланцюзі, що призводить до того, що якщо немає замкнутого кондуктивного циклу, нічого не може відбутися.

І я сприйняв це як остаточну істину, але мені цікаво про щось (і я можу так само бути страшенно далеко від шляху розуму тут).

Якби я створив друковану плату, яка містить сліди, через які надходитимуть сигнали дуже високої частоти (струми), то мені доведеться розглянути такі речі, як відбиття сигналу, я не знаю, з чого складається суто відбиття в чисто фізичному відношенні (але я повинен уявіть, що відбитий сигнал - це певна кількість струму (ів), який спочатку був відправлений через слід), але, мабуть, якщо я надсилаю високочастотний сигнал вниз по сліду (або дроту), то за певних умов сигнал може рухатись вниз слід (дріт) лише для того, щоб відскочити від чогось, а потім проїхати всю дорогу назад, звідки воно вперше прийшло. Де воно може відштовхуватися від чогось знову, і тому воно може відскакувати назад і назад, подорожуючи довжиною сліду знову і знову стає все меншою і меншою, поки не згасне.

Це просто речі з верхньої частини моєї голови, речі, які я ніколи не здобував справедливого розуміння. Але якщо ми обмежимо сценарій цією ситуацією з дуже високою частотою, якщо сигнал або струм можна відобразити назад, куди він прийшов, то чому він взагалі повинен мати значення, чи є закритий цикл чи ні.

Чи не міг би зламаний цикл представити шляхи для таких струмів, щоб відскакувати?

Я знаю, що перебуваю на досить низькому рівні розуміння цих складних питань, але зараз не знаю, чому це було б неможливо. Я був би дуже радий, якби хто-небудь міг мене просвітити.

У мене є одна єдина гіпотеза, без чого, що коли-небудь її підтримувати, але, можливо, сценарій дуже високої частоти змінює спосіб використання слідної міді, щоб вона в деякому відношенні була замкнутою петлею в ній?

Ви абсолютно праві.

Правило "замкнутого циклу" походить від спрощення, яке ми часто використовуємо в аналізі схем, що називається "модель зв'язаного компонента". Ця модель забезпечує хороше наближення до фактичної поведінки ланцюга на постійному та низьких частотах, де вплив паразитарної індуктивності, ємності та швидкості світла можна ігнорувати.

Однак ці фактори стають важливими на високих частотах і їх вже не можна ігнорувати. Будь-яка схема ненульового розміру має індуктивність і ємність і здатна випромінювати (або приймати) електромагнітну хвилю. Ось чому радіо взагалі працює.

Як тільки ви почнете розглядати паразитарні ємності, ви виявите, що все пов'язане з майже всім іншим (тим більше, що знаходяться поблизу об'єктів), і є закриті петлі, де ви зазвичай не очікували їх знайти.

Відповідаючи на вашу назву:

Невже я сумніваюся в тому, що лише при закритому шляху можуть рухатися електрони?

Струми зазвичай * пересуваються в петлях. Однак петлі не повинні бути повністю виготовлені з провідників (тобто міді). Струм - це потік заряду. Тому всі наступні фізичні явища представляють поточні:

• Електрони, що протікають мідним дротом
• Іони (які заряджаються), що рухаються між електродами акумулятора (або електролітичним конденсатором)
• Електрони, що летять через вакуум (тобто термоелектричні клапани, катодна трубка)
• І, останнє, але не менш важливе значення - струм переміщення

Останній відповідає на питання "як струм може пройти через діелектрик конденсатора?". Короткий підсумок полягає в тому, що заряди, що накопичуються на одній пластині вашого конденсатора, виштовхують заряди на іншій пластині і створюють ілюзію, що електрони проходять через діелектрик ковпачка, а насправді вони не є. Одна плита заповнюється електронами, а друга зливається з електронів.

... * Так, звісно! У вас можуть бути струми, що не рухаються в петлях: просто вистріліть електронний промінь у глибокий космос з достатньою швидкістю, щоб вийти із Сонячної системи. Очевидно, що це не стосується повсякденного дизайну електроніки.

Крім того, у нього є недолік: у вас є лише певна кількість електронів для стрільби ... і чим більше електронів стріляє "пістолет", тим позитивнішим стає заряд, що робить посилання електронів далеко прогресивнішим.

Тоді як ваш звичайний ланцюг, який представляє собою цикл, переробляє ті самі електрони (якщо постійний струм) або просто розмахує ними навколо (змінного струму) і працюватиме до тих пір, поки батарея / ядерна електростанція / сонячна батарея матиме доступну енергію.

Правило №1. Не існує такого поняття, як відкрита схема, за винятком стаціонарних умов постійного струму .

Між кожним дротом, кожною частиною і навіть кожним атомом є ємність, опір та індуктивність до якогось іншого проводу, частини та атома. Як мікроскопічне, воно там є. Навіть всередині дроту або самої частини.

Однак якщо схема, яку ви протестуєте, перебуває у постійному стані постійного струму, ємність та індуктивність не мають навантаження, лише опір робить, і це досить високо, щоб не мати значення. Щоб струм протікав у цій "схемі", він повинен мати шлях від початкової точки до кінцевої точки.

Правило №2. Немає такого поняття, як умови постійної конвенції DC.

Ми купаємось у морі електромагнітних хвиль. Таким чином, постійний контур постійного струму насправді неможливо досягти. Далі кожен струм у вашій схемі виробляє власне електромагнітне поле, яке взаємодіє між собою І з тими зовнішніми полями. У вашому ланцюзі завжди буде те, що ми називаємо «шумом».

Правило №3: Чим швидше ви модулюєте напругу / струм, тим більше потенційних контурів, про які потрібно турбуватися

Ці маленькі невидимі схеми, про які я згадував у Правилі №1, мають імпеданси, які змінюються в міру збільшення частоти, яку ви намагаєтеся пройти. Тому чим вище, тим більше нам доводиться стикатися з дивними ефектами, такими як втрата сигналу, відбиття та випромінювання шуму, але лише декілька.

На щастя:

Здебільшого ми можемо відхилити більшість цих ефектів, оскільки на частотах, які ви використовуєте, вони створюють невеликі порушення.

Схема змінного струму 60 Гц працює в основному так само, як схема діаграми вказує, якщо з'єднання не тривалі. Ми можемо сміливо зробити сміливе твердження, що ланцюг повинен бути повним, щоб струм протікав, тому що струм, який насправді протікає, в основному недостатньо виміряний, щоб мати значення.

Однак, якщо ви намагаєтесь передавати сигнал 100 ГГц навколо тієї ж схеми, ви знайдете, що цифри більше не мають сенсу.

Щодо зламаних петель ... Дивіться правило №1

Ви божевільні сумніватися в цьому?

Ні, насправді зовсім навпаки. Завжди добре подумати глибоко і задавати подібні запитання. Однак відповіді можуть вас туди загнати.

Концепція, яка може вам допомогти, - це концепція лінії електропередачі. Ідеалізована лінія електропередачі - це характерний опір і фіксовану затримку. Подумайте про лінію електропередачі як про слід на друкованій платі. Затримка викликана тим, що коли подається напруга на одній стороні лінії, виникає затримка, перш ніж її можна буде виявити в кінці лінії. Сподіваємось, це має сенс. Те, що насправді робить слід, - це дозволити поширенню електричного поля вниз по лінії навантаження. Поле може подорожувати лише зі швидкістю світла, а не швидше. Отже, є період часу, коли поле було застосовано, але навантаження його ще не відчули. Хммм.

Отже, в чому полягає характерний опір? Розглянемо це як Z. Коли напруга (V) вперше подається на вхід лінії електропередачі, струм, який протікає, суворо є функцією Z. Не має значення, що знаходиться на іншому кінці лінії. Можливо, це відкрите замикання або коротке замикання або індуктор або конденсатор. Давайте просто припустимо, що це відкрита схема. Незважаючи на це, струм, що надходить у лінію електропередачі, буде V / Z ПІДТРИМКА електричне поле поширюється до кінця відбивається і повертається до джерела. У певному сенсі електричне поле перепитує лінію та навантаження, і коли воно доходить до кінця, повертається відбиття, яке повертає інформацію про навантаження назад до джерела. Відображення, що повертається з кінця рядка, може знову відображатися, коли потрапляє до джерела,

Тож, у будь-якому випадку, ви праві вважаєте, що струм може перетікати в "відкритий контур". Звичайно, коли це відбувається або коли це важливо, що це означає, що вам потрібно вдосконалити свою модель схеми, щоб врахувати ці лінії електропередачі або паразитарні ємності чи що завгодно. Теорія лінії електропередач забезпечує спосіб це зробити.

Особливим випадком лінії електропередачі є те, коли навантаження в кінці точно дорівнює характерному опору лінії. Це могло б бути, якщо слід PCB має підключений до нього резистор в кінці, а інший кінець резистора переходить до GND. Коли це відбувається, якщо значення резистора таке саме, як Z, відображення насправді відсутнє. Отже, струм, який впадає в лінію, просто I = V / Z. Оскільки жодне відображення не повертається, струм продовжує залишатися V / Z. Тепер розглянемо роздуми.

Коли кінець рядка не закінчується в Z, відбудеться деяке відображення. Це відображення поводиться точно так само, як і оригінальне електричне поле, яке рухається вниз по лінії, за винятком того, що воно повертається до джерела. Якщо джерело закінчується резистором значення Z, то відбиття буде повністю поглинене у джерела. Іншими словами, якщо імпедансом джерела є Z, відбиття від навантаження буде повністю поглинено, точно так само, як якщо навантаження Z, то відбиття назад до джерела не буде.

Але якщо ні навантаження, ні джерело не припиняються в Z, то теоретично відображення триватиме назавжди, підстрибуючи вперед і назад. Звичайно, у реальному світі відображення згасне через якусь втрату енергії. Якщо нічого іншого, ненульовий опір мідного дроту призведе до втрат.

Я сподіваюся, що вам вдасться щось із цього отримати. Ефекти лінії передачі спочатку можуть бути важкими для засвоєння, особливо якщо у вас немає іншої довідкової інформації. Тому я спробував просто пояснити це дещо інтуїтивно, що, сподіваюся, допоможе вам.

Антена - це "розімкнутий ланцюг", якщо уважно придивитись до неї. Коли ми говоримо про змінного струму, зокрема радіочастотного змінного струму, провідники не є ідеалізованими компонентами, але взаємодіють із оточенням. Якщо ви говорите про віддзеркалення, ви говорите про властивості провідника, несумісні з властивостями прямолінійних з'єднань на схемі.

Існують фактичні схеми, побудовані з використанням схеми провідників на трасі просто типу «етч а-ескіз». Багато мікрохвильових мікросхем і фільтрів не містять більше, ніж розташування провідників, що у зв'язку з вільним простором між ними насправді відповідає складній композиції індуктивності та ємності.

Якщо дивитися на набагато нижчих частотах, включаючи постійний струм, весь мікрохвильовий ланцюг може бути лише одним або двома провідниками, подібно до того, як антена, що переглядається на набагато нижчих частотах, ніж її робоча частота, є лише відкритим з'єднанням.

Де мають значення ці приховані / паразитичні шляхи?

Розглянемо з'єднання ВАС з бетоном під підлогою: відстань 1 см, площа 0,1 метра на 0,3 метра, діелектрична константа --- використання повітря (1,000002 або близько).

Тому? Тепер торкніться трансформатора неонового знаку, 50 000 вольт при 60 Гц (377 радіану / секунду). DV / dT = 50 000 (передбачається пік) * d (sin (60 Гц) / дТ) = 50 000 * 377 ~~~ 20 мільйонів вольт в секунду.

Яка течія через вас? I = C * dV / dt = 36 e-12 * 20e + 6 = 700 мікроАмп.

Ви хочете цього уникнути. Навіть якщо немає очевидно замкнутого контуру.

Власне кажучи, електрони рухаються в протилежному напрямку, ніж у потоці струму. Для того, щоб струм потік (і енергія рухалася), вам потрібна різниця потенціалів (напруга) через точки старту і кінця. Зауважте, що електрони також рухаються всередині атомів, в орбітальних оболонках, але ніхто насправді не знає як; можливо, вони кружляють по колах.

Це просто неправда, хоча, як і багато правил, це хороше і корисне наближення при застосуванні до відповідних обставин (ланцюги постійного струму, ланцюги живлення низької частоти змінного струму, де нас насамперед цікавить передача електричної енергії).

Електрони завжди рухаються, за винятком абсолютного нуля (якого ви не можете досягти). Підсилюйте коефіцієнт підсилення на будь-якому підсилювачі досить високо, і навіть при його уважному екрані від будь-якого зовнішнього впливу стане очевидним шипіння (аудіо) або інший випадковий сигнал. Це електрони, що стрибають навколо вхідної схеми під впливом температури навколишнього середовища.

Зберігання заряду на конденсаторах абсолютно важливо для сучасної твердотільної електроніки. Логічні стани - це захоплені пакети електронів. У пристрої флеш-пам’яті високої напруги виводить електрони через нормально ізолюючий бар’єр на ефективну пластину конденсатора та затвор польового транзистора. Коли велика напруга знімається, електрони залишаються накладеними на роки (або довше), а їх наявність або відсутність можна визначити, чи проводить транзистор. Дійсно, звичайно вимірювати кількість електронів (яка визначає напругу на затворі, а отже, і вихідний рівень транзистора) і квантувати його до одного з восьми рівнів, таким чином зберігаючи три біти як один з восьми кількох електронів в одному транзисторі.

Схема зрештою закривається, коли ці електрони витікають в результаті теплового шуму та квантового «тунелювання». Як було сказано вище, це може зайняти багато років, якщо клітина не буде записана повторно за допомогою високої напруги.