Có điện áp yêu cầu một mạch?

Tôi mới bắt đầu hiểu làm thế nào điện thực sự hoạt động. Tôi hiểu có điện áp, ampe và điện trở. Nếu điện là nước, điện áp giống như áp lực của nước và ampe là lượng nước chảy qua một điểm cụ thể trong một khoảng thời gian cụ thể. Điện trở giống như chiều rộng của ống nước.

Tôi cũng biết rằng điện phải chảy trong một "mạch". Về cơ bản, xung quanh và xung quanh. Nói cách khác, nó phải có một nơi nào đó để đi. Nếu không có mạch thì không có điện.

Tôi cũng biết rằng một bóng bán dẫn MOSFET là "điều khiển điện áp" chứ không phải "điều khiển amp". Tôi cũng tin rằng MOSFET hoạt động hơi khác một chút so với Transitor Bipolar Junction bởi vì điện từ cổng không thực sự chảy vào cống trong MOSFET vì có một chất cách điện ngăn chặn nó.

Tuy nhiên, điều này khiến tôi tự hỏi về các nguyên tắc cơ bản của một "mạch". Từ những gì tôi đã thấy trong một số giải thích về mô phỏng CPU trực tuyến, chẳng hạn như bài đăng trên blog này của Ken Shirriff, dây đi đến cổng của MOSFET dừng lại sau khi đến cổng. Điều này khiến tôi nghĩ rằng không có "mạch" nào cho dây cổng của MOSFET vì nó chỉ dừng lại.

Tôi có thể nghĩ về hai cách giải thích cho việc này:

1. Nếu bạn kết nối một dây với cực dương của pin, nó có vôn mặc dù không có ampe chảy vì không có mạch. Nói cách khác, vôn không yêu cầu dòng điện tồn tại. Điều này sẽ giải thích tại sao dây cổng của MOSFET thực sự không cần "mạch" để điều khiển bóng bán dẫn.
2. Thực sự có một mạch điện, chỉ là dây chảy đến cổng của MOSFET thực ra chỉ là một nhánh của một dây khác đang hoàn thành một mạch.

Bạn có thể vui lòng giúp tôi làm sáng tỏ sự hiểu lầm này.

Tham khảo câu trả lời trước của tôi: Điện áp có phải là tốc độ của điện tử không?

Điện áp được coi là tốt nhất như là một lĩnh vực . Chúng ta thường nghĩ về các trường hấp dẫn là hoàn toàn đồng nhất, nhưng từ trường thì không. Nếu bạn gắn một miếng kim loại màu vào cực của nam châm, nó sẽ mở rộng trường vào nó. Tương tự, điện trường giữa hai cực của nguồn điện áp có thể được mở rộng bằng các dây dẫn điện.

Phần mở rộng này của trường mở rộng tất cả các cách đến trường bên trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường.

(Biết về các lĩnh vực sẽ làm sáng tỏ rất nhiều quan niệm sai lầm khi nghĩ về các điện tử. Bỏ qua các điện tử.)

Chỉnh sửa: vì vậy lời giải thích gần như chính xác (1) của bạn với một chi tiết khác nhau. Gợi ý của Dirac16 rất quan trọng. Cách điện cổng-kênh có điện dung . Vì vậy, mạch trông giống như một tụ điện. Hai mạch này là tương đương (bỏ qua các giá trị):

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Vì vậy, không có dòng điện một chiều ở trạng thái ổn định, nhưng tại điểm kết nối mạch lên các tụ điện, và trong khi nó đang sạc một dòng điện. Điều này thực sự khá quan trọng khi thiết kế các hệ thống MOSFET điện: bạn cần có khả năng cung cấp dòng điện đầy đủ trong một thời gian rất ngắn.

Điện áp có thể tồn tại mà không cần một mạch. Hoặc ít nhất có thể khó nhìn thấy mạch là gì. Ví dụ, bất cứ khi nào bạn thấy sét đánh, điều đó gây ra bởi sự khác biệt tiềm năng lớn (còn gọi là "điện áp") giữa mặt đất và đám mây hoặc giữa hai đám mây.

Trên thực tế, sự khác biệt tiềm năng đó đã được phát triển khi gió lấy các electron từ một nơi và đặt chúng ở một nơi khác. Nhưng không chắc bạn sẽ tìm ra chính xác nơi các electron tích điện âm đến từ đám mây hoặc nơi các electron bị tước đi để tích điện cho đám mây tích cực đi đến.

Một ống chân không làm cho nó dễ hình dung hơn một chút (MOSFET.)

Hãy nghĩ về hai tấm kim loại trong chân không. Một là rất nóng và các điện tử được "đun sôi" nó thành một loại khí điện tử gần đó. Họ ở gần cái đĩa nóng đó bởi vì đã bỏ nó đi, giờ nó tích điện dương và họ bị thu hút bởi nó. Nhưng sôi nhiều hơn, vì vậy đám mây vẫn còn. Ở trạng thái cân bằng, sẽ có một số lượng điện tử tương đương sôi khi gắn lại trở lại tấm kim loại nóng gần đó, nhưng một đám mây điện tử khí nhỏ sẽ xuất hiện vì tất cả sự nóng lên đó đang diễn ra.

Bây giờ làm cho các tấm khác tích điện rất tích cực. Các electron trong "khí" sẽ di chuyển về phía tấm cực dương và di chuyển qua chân không để đến đó. Thông thường, điều này sẽ dừng lại ở một số thời điểm vì tấm nóng cũng sẽ tích điện dương hơn khi nhiều electron sôi lên và rời đi. Cuối cùng, toàn bộ chỉ dừng lại một lần nữa. Nhưng miễn là bạn thêm nhiều electron vào tấm nóng đang sôi các electron, nhiều electron sẽ có thể chảy và sẽ có một dòng điện liên tục. Đây là, trong thực tế, một diode chân không. Nếu bạn đặt một nguồn điện áp trên hai tấm kim loại để mặt âm được gắn vào tấm nóng và mặt dương được nối với tấm lạnh, các electron có thể tiếp tục sôi và nhiều electron sẽ đến để thay thế chúng. (Đảo ngược mà không làm việc, bởi vì hầu như không có electron nào sôi ra khỏi tấm lạnh. Tất cả những gì xảy ra là bạn kéo đám mây điện tử trở lại gần tấm nóng hơn.)

Bây giờ, hãy nghĩ về các diode chân không hoạt động trở lại với một dòng điện. Bạn chèn một màn hình kim loại (như cửa màn hình có lưới) vào giữa hai tấm ban đầu và mang dây thứ ba ra ngoài cho điều đó. (Tuy nhiên, mọi thứ vẫn ở trong chân không.) Màn hình có những lỗ lớn đến nỗi khi các electron di chuyển ngang qua, hầu như tất cả chúng đều bỏ lỡ nó và cứ tiếp tục đi qua. Một số ít có thể dính vào nó, nhưng nếu vậy chúng sẽ chỉ thêm một chút điện tích âm vào bề mặt trung tính khác (các electron sẽ ở trên bề mặt của màn hình này vì chúng cũng đẩy nhau) và điện tích âm này sẽ khiến nó khó xảy ra hơn các electron bổ sung sẽ dính vào. Thay vào đó, họ chắc chắn sẽ đi qua những lỗ hổng trên màn hình.

Giả sử bây giờ bạn gắn một pin khác, nhưng lần này với mặt tích cực được gắn vào tấm nóng và mặt tiêu cực với màn hình. Điều này sẽ làm cho màn hình âm hơn nhiều so với tấm nóng và nó sẽ "sàng lọc" khả năng của các electron để "chú ý" tấm lạnh rất tích cực ở phía bên kia. Tiêu cực đủ, các electron sẽ không di chuyển trên khoảng cách và thay vào đó sẽ chỉ ở bên cạnh tấm nóng. Nhưng nếu bạn điều chỉnh điện áp màn hình âm này xuống đủ, thì một số điểm thu hút rất tích cực đó sẽ được chú ý bởi một số điện tử vô tình rời xa tấm nóng hơn những người khác và họ sẽ có thể tránh được màn hình âm và vượt qua các lỗ và sau đó được tăng tốc rất nhiều về phía tấm một lần nữa. Tuy nhiên, nó sẽ ít hơn,

Vì vậy, màn hình có thể được sử dụng để "điều tiết" dòng điện giữa tấm nóng (được gọi là cực âm) và tấm dương lạnh (được gọi là cực dương.) Màn hình thực hiện điều này mà không có dòng điện nào (nó đẩy lùi các electron như nó bị tích điện âm.)

Mặc dù các chi tiết MOSFET khá khác nhau, nhưng điều này có thể cho bạn biết làm thế nào một trường và chỉ một trường có thể tác động đến một dòng chảy mà không thực sự là một vòng lặp hoàn chỉnh của chính nó.

Dĩ nhiên, phải mất một chút thời gian để sạc màn hình lên. Nhưng một khi có rất ít electron ở đó, nó khá hiệu quả.

Một lưu ý thú vị khác để bạn xem xét. Tại sao một dòng điện tử trong một dây sẽ đi theo dây xung quanh một chỗ uốn cong trong nó? Về mặt vật lý, phải có một cái gì đó buộc tất cả các tứ giác electron đó chảy qua để quay đầu! Nó có thể chỉ bằng một hoặc hai electron dính vào bề mặt gần chỗ uốn cong đó để khiến tất cả các electron đó quay đầu !! Nghiêm túc! Vì vậy, khi bạn uốn một sợi dây và đặt một dòng điện qua nó, chỉ một hoặc hai hoặc ba electron nữa sẽ dính (ở trạng thái cân bằng, tất nhiên) lên bề mặt của chỗ uốn và điều đó hoàn toàn đủ lực để tạo ra một dòng chảy lớn các electron để uốn cong xung quanh và uốn cong với dây.

Thật ấn tượng khi bạn nghĩ về nó. Điện trường rất mạnh .

Quy tắc thô của ngón tay cái: cuộn cảm "lưu trữ dòng điện", trong khi tụ điện "lưu trữ điện áp." * 1 Một tụ điện có thể duy trì điện áp trong khi ngồi trên giá, ngắt kết nối với bất kỳ mạch nào.

Vì vậy, không, chúng ta không cần một mạch điện để có điện áp.

Hoặc, phiên bản vật lý: để tạo ra một điện thế không đổi, phải luôn có điện tích. Một quả bóng kim loại tích điện được bao quanh bởi một trường điện tử xuyên tâm và một dãy đồng tâm của các đẳng thế, "điện áp trong không gian". Không có mạch liên quan. Ngay cả một điện tử hoặc proton duy nhất có mô hình điện áp ở khu vực xung quanh. Điện áp là một cách đo trường điện tử. (Và, trường điện tử có thể tồn tại mà không có bất kỳ mạch điện nào. Chỉ có điện tích phải có mặt.)

Hoạt hình mát mẻ của các mẫu điện áp xung quanh các điện tích trong quá trình tách điện tích. Các dòng là thông lượng trường điện tử, trong khi điện áp sẽ xuất hiện dưới dạng các đường vuông góc chạy trên các dòng thông lượng. Về cơ bản đây là một hình ảnh động của một tụ điện được sạc, bắt đầu từ số không.

.

Nếu không có mạch thì không có điện.

Trên thực tế, nếu không có mạch, thì "điện" dừng lại tại chỗ. (Đó là nếu từ 'điện' được định nghĩa theo cách các đơn vị vật lý Maxwell / Faraday / Einstein và SI định nghĩa nó.) Kim loại chứa đầy lượng điện tích khổng lồ, của các electron có thể di chuyển. Trong dòng điện trong dây đồng, đây là "dòng điện" phải chảy trong một vòng tròn kín hoặc "mạch hoàn chỉnh". Coi chừng nhầm lẫn chuyển động của điện là một loạicủa điện. Nhiều sách khoa học của trường tiểu học mắc lỗi này. Họ có đúng không khi họ nói rằng "điện" là một chuyển động ... của điện? Gì?! Không! Hoặc, bất cứ khi nào điện ngừng di chuyển, "điện" có biến mất không? Không. Điện, điện tích, đã có trong kim loại ngay cả trước khi nó được chế tạo thành dây dẫn. Thật đúng khi nói rằng khi điện bắt đầu chuyển động, "dòng điện" xuất hiện.

* 1 Tụ thực sự lưu trữ năng lượng dưới dạng trường điện tử, với năng lượng tỷ lệ với bình phương điện áp.