Tôi có điên không khi đặt câu hỏi rằng chỉ với một con đường khép kín, các electron mới có thể di chuyển?

Trước hết, hãy để tôi nói rằng tôi không đủ tự tin để nói với bất cứ ai về cách thức hoạt động của các mạch điện hoặc bất cứ điều gì về vật lý đằng sau chúng bởi vì tôi đơn giản là không biết hoặc không hiểu tất cả.

Nhưng tôi đã nhiều lần đọc rằng phải có một đường dẫn khép kín để dòng điện chạy trong mạch, dẫn đến một thực tế là nếu không có một vòng dây dẫn kín thì không có gì có thể xảy ra.

Và tôi đã coi đó là một sự thật dứt khoát, nhưng tôi tự hỏi về điều gì đó (và tôi cũng có thể đi quá xa con đường của lý trí ở đây).

Nếu tôi thiết kế một bảng mạch chứa các dấu vết mà tín hiệu tần số rất cao (dòng điện) sẽ truyền đi thì tôi phải xem xét những thứ như phản xạ tín hiệu, tôi không biết phản xạ bao gồm những gì hoàn toàn là vật lý (nhưng tôi phải hãy tưởng tượng rằng tín hiệu phản xạ là một lượng nhất định của (các) dòng điện ban đầu được gửi qua dấu vết) nhưng rõ ràng nếu tôi gửi tín hiệu tần số cao xuống một dấu vết (hoặc dây) thì trong một số điều kiện nhất định, tín hiệu có thể truyền xuống dấu vết (dây) chỉ để bật ra khỏi một cái gì đó và sau đó đi du lịch trở lại nơi nó đến đầu tiên. Nơi mà nó có thể bật ra khỏi một cái gì đó một lần nữa và do đó nó có thể nảy qua lại theo chiều dài của dấu vết hết lần này đến lần khác ngày càng nhỏ đi cho đến khi nó chết đi.

Đây chỉ là thứ từ trên đỉnh đầu của tôi, thứ mà tôi chưa bao giờ có được sự hiểu biết công bằng ngay từ đầu. Nhưng nếu chúng ta hạn chế kịch bản trong tình huống tần số rất cao này, nếu tín hiệu hoặc dòng điện có thể bị phản xạ trở lại nơi nó đến thì tại sao nó thậm chí phải có liên quan cho dù có vòng kín hay không.

Không thể một vòng lặp bị hỏng hiện tại đường dẫn cho dòng điện như vậy bật xung quanh trong?

Tôi biết rằng tôi đang ở một mức độ hiểu biết tương đối thấp về những vấn đề phức tạp này nhưng bây giờ tôi không biết tại sao điều đó lại không thể xảy ra. Tôi sẽ rất hạnh phúc nếu bất cứ ai có thể khai sáng cho tôi.

Tôi có một giả thuyết duy nhất mà không có bất cứ điều gì để hỗ trợ nó, nhưng có lẽ kịch bản tần số rất cao làm thay đổi cách sử dụng đồng dấu vết để nó tự nó là một vòng khép kín?

Bạn hoàn toàn đúng.

Quy tắc "vòng kín" xuất phát từ sự đơn giản hóa mà chúng ta thường sử dụng trong phân tích mạch được gọi là "mô hình thành phần gộp". Mô hình này cung cấp một xấp xỉ tốt cho hành vi mạch thực tế ở DC và tần số thấp, trong đó có thể bỏ qua ảnh hưởng của điện cảm ký sinh, điện dung và tốc độ ánh sáng.

Tuy nhiên, những yếu tố này trở nên quan trọng ở tần số cao và không còn có thể bỏ qua. Bất kỳ mạch có kích thước khác không có điện cảm và điện dung, và có khả năng phát ra (hoặc nhận) một sóng điện từ. Đây là lý do tại sao đài phát thanh hoạt động cả.

Khi bạn bắt đầu xem xét khả năng ký sinh, bạn sẽ khám phá ra rằng mọi thứ được kết nối với khá nhiều thứ khác (moreso với các vật thể gần đó) và có những vòng khép kín mà bạn thường không mong muốn tìm thấy chúng.

Trả lời cho tiêu đề của bạn:

Tôi có điên không khi đặt câu hỏi rằng chỉ với một con đường khép kín, các electron mới có thể di chuyển?

Dòng điện thường * đi trong các vòng lặp. Tuy nhiên, các vòng không cần phải được làm hoàn toàn bằng dây dẫn (tức là đồng). Hiện tại là một dòng phí. Do đó, tất cả các hiện tượng vật lý sau đây đại diện cho hiện tại:

• Electron chảy trong một dây đồng
• Các ion (được tích điện) di chuyển giữa các điện cực của pin (hoặc tụ điện điện phân)
• Electron bay qua chân không (nghĩa là van nhiệt, ống tia catốt)
• Và, cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng , dòng dịch chuyển

Người cuối cùng trả lời câu hỏi "làm thế nào một dòng điện có thể đi qua điện môi của tụ điện?". Tóm tắt nhanh là các điện tích tích lũy trên một bản của tụ điện của bạn sẽ đẩy các điện tích trên bản khác đi và tạo ảo giác rằng các electron đang chảy qua lớp điện môi của nắp, trong khi thực tế chúng không như vậy. Một tấm đang chứa đầy các điện tử, trong khi tấm kia bị cạn kiệt điện tử.

... * Phải, tất nhiên! Bạn có thể có dòng điện không đi trong các vòng: chỉ cần bắn một chùm electron vào không gian sâu, với tốc độ đủ để thoát khỏi hệ mặt trời. Rõ ràng, điều này không áp dụng cho thiết kế điện tử hàng ngày.

Ngoài ra, nó có một nhược điểm: bạn chỉ có một số lượng điện tử nhất định để bắn ... và "súng" của bạn bắn càng xa, nó càng tích điện dương, khiến việc gửi electron đi càng khó hơn.

Trong khi đó, mạch thông thường của bạn, là một vòng lặp, tái chế cùng các điện tử (nếu DC) hoặc chỉ vẫy chúng xung quanh (AC), và sẽ chạy miễn là pin / pin năng lượng mặt trời / pin mặt trời có năng lượng.

Quy tắc 1. Không có thứ gọi là mạch hở ngoại trừ trong điều kiện trạng thái ổn định DC .

Giữa mỗi dây, mọi bộ phận và thậm chí mọi nguyên tử, có điện dung, điện trở và độ tự cảm với một số dây, bộ phận và nguyên tử khác. Kính hiển vi như nó có thể, nó ở đó. Ngay cả trong dây hoặc một phần chính nó.

Tuy nhiên, nếu mạch bạn đang kiểm tra ở trạng thái DC ổn định, điện dung và điện cảm không có tải, chỉ có điện trở làm được, và điều đó đủ cao để không gặp vấn đề gì. Để dòng điện chạy trong "Mạch" đó, nó phải có một đường dẫn từ điểm bắt đầu đến điểm cuối của nó.

Quy tắc số 2. Không có điều kiện như điều kiện Nhà nước DC ổn định.

Chúng tôi đang bơi xung quanh trong một biển sóng điện từ. Như vậy, một mạch DC trạng thái ổn định thực sự là không thể đạt được. Hơn nữa mọi dòng điện trong mạch của bạn đang tạo ra trường điện từ của chính nó tương tác với nhau VÀ với các trường bên ngoài đó. Sẽ luôn có những gì chúng ta gọi là "tiếng ồn" trong mạch của bạn.

Quy tắc số 3: Bạn điều chỉnh điện áp / dòng điện càng nhanh thì đường dẫn mạch tiềm năng hơn bạn cần phải lo lắng về

Những mạch vô hình nhỏ mà tôi đã đề cập trong Quy tắc số 1 có trở kháng thay đổi khi tần số bạn đang cố gắng vượt qua tăng. Càng lên cao, chúng ta càng phải đối phó với các hiệu ứng lạ như mất tín hiệu, phản xạ và phát ra tiếng ồn để gọi tên nhưng một số ít.

May mắn thay:

Đối với hầu hết các phần chúng ta có thể loại bỏ hầu hết các hiệu ứng này bởi vì, ở tần số bạn đang sử dụng, chúng tạo ra nhiễu loạn nhỏ.

Một mạch điện xoay chiều 60Hz hoạt động về cơ bản giống như sơ đồ mạch cho biết các kết nối không dài. Chúng ta có thể đưa ra tuyên bố táo bạo rằng mạch cần phải được hoàn thành để dòng điện chạy vì dòng điện thực sự chảy về cơ bản là không thể đo lường đủ để quan trọng.

Tuy nhiên, nếu bạn đang cố gắng vượt qua tín hiệu 100GHz trong cùng một mạch, bạn sẽ thấy các con số không còn ý nghĩa gì nữa.

Đối với các vòng lặp bị hỏng ... Xem Quy tắc # 1

Bạn có điên để đặt câu hỏi đó không?

Không, thực sự khá ngược. Luôn luôn tốt để suy nghĩ sâu sắc và đặt câu hỏi như vậy. Tuy nhiên, câu trả lời có thể đưa bạn đến đó.

Một khái niệm có thể giúp bạn là khái niệm đường truyền. Đường truyền lý tưởng hóa là đường truyền có trở kháng đặc trưng và độ trễ cố định. Hãy nghĩ về đường truyền như một dấu vết trên bảng mạch. Sự chậm trễ được gây ra bởi vì khi một điện áp được đặt ở một bên của dòng, có một độ trễ trước khi nó có thể được phát hiện ở cuối dòng. Hy vọng điều này có ý nghĩa. Những gì dấu vết thực sự làm, là cho phép một điện trường truyền xuống dòng tới tải. Trường chỉ có thể di chuyển với tốc độ ánh sáng, không nhanh hơn. Vì vậy, có một khoảng thời gian trường đã được áp dụng, nhưng tải chưa cảm thấy nó. Hừm.

Vậy, trở kháng đặc tính là gì? Chúng ta hãy gọi nó là Z. Khi điện áp (V) lần đầu tiên được áp dụng cho đầu vào của đường truyền, dòng điện chạy hoàn toàn là một chức năng của Z. Không có vấn đề gì ở đầu dây bên kia. Có thể nó là một mạch mở hoặc ngắn mạch hoặc một cuộn cảm hoặc tụ điện. Hãy giả sử nó là một mạch mở. Mặc dù vậy, dòng điện chạy vào đường truyền sẽ là V / Z UNTIL, điện trường lan truyền đến hết đường dây phản xạ và quay trở lại nguồn. Theo một nghĩa nào đó, điện trường đang thẩm vấn đường dây và tải, và khi đến cuối, một phản xạ quay trở lại sẽ đưa thông tin về tải trở lại nguồn. Sự phản chiếu trở lại từ cuối dòng có thể phản xạ lại khi đến nguồn,

Vì vậy, dù sao đi nữa, bạn có quyền nghĩ rằng dòng điện có thể chảy vào một "mạch mở". Tất nhiên, khi điều này xảy ra, hoặc khi nó có ý nghĩa, điều đó có nghĩa là bạn cần cải thiện mô hình mạch điện của mình để giải thích cho các đường truyền hoặc điện dung ký sinh này hoặc bất cứ điều gì. Lý thuyết đường truyền cung cấp một cách để làm điều này.

Một trường hợp đặc biệt của đường truyền là khi tải ở cuối chính xác bằng trở kháng đặc tính của đường truyền. Đây có thể là trường hợp nếu một dấu vết PCB có điện trở được kết nối với nó ở đầu và đầu kia của điện trở đi đến GND. Khi điều này xảy ra, nếu giá trị điện trở giống như Z, thực tế không có phản xạ. Vì vậy, dòng điện chạy vào dòng chỉ đơn giản là I = V / Z. Vì không có phản xạ trở lại, hiện tại tiếp tục là V / Z. Bây giờ chúng ta hãy xem xét các phản ánh.

Khi kết thúc dòng không kết thúc bằng Z, sẽ có một số phản ánh. Sự phản xạ đó hoạt động chính xác giống như trường điện ban đầu truyền xuống dòng, ngoại trừ việc nó đang quay trở lại nguồn. Nếu nguồn được kết thúc bằng điện trở có giá trị Z, thì sự phản xạ sẽ được hấp thụ hoàn toàn tại nguồn. Nói cách khác, nếu trở kháng nguồn là Z, phản xạ từ tải sẽ được hấp thụ hoàn toàn, giống như cách nếu tải là Z, sẽ không có phản xạ ngược về nguồn.

Nhưng nếu cả tải và nguồn không bị chấm dứt trong Z, thì về mặt lý thuyết sẽ tiếp tục kéo dài mãi mãi, nảy qua lại. Tất nhiên trong thế giới thực, sự phản chiếu sẽ chết vì một loại mất năng lượng. Nếu không có gì khác, điện trở khác không của dây đồng sẽ gây ra tổn thất.

Tôi hy vọng bạn có thể nhận được một cái gì đó từ điều này. Lúc đầu, hiệu ứng đường truyền có thể khó đồng hóa, đặc biệt nếu bạn không có thông tin cơ bản khác. Vì vậy, tôi đã cố gắng chỉ giải thích nó theo một cách trực quan mà tôi hy vọng sẽ giúp bạn.

Ăng-ten là một "mạch hở" nếu bạn nhìn kỹ vào nó. Khi nói về dòng điện xoay chiều, đặc biệt là tần số vô tuyến AC, dây dẫn không phải là thành phần lý tưởng hóa mà tương tác với môi trường xung quanh. Nếu bạn đang nói về sự phản xạ, bạn đang nói về các thuộc tính của dây dẫn không tương xứng với các thuộc tính của các kết nối đơn giản trong sơ đồ mạch.

Có các mạch thực tế được xây dựng bằng cách sử dụng loại sắp xếp dây dẫn etch-a-sketch trên PCB. Nhiều mạch và bộ lọc vi sóng không chứa nhiều hơn một sự sắp xếp các dây dẫn, liên quan đến không gian trống ở giữa, thực sự tương ứng với một thành phần phức tạp của độ tự cảm và công suất.

Khi được xem ở tần số thấp hơn nhiều bao gồm cả DC, toàn bộ mạch vi sóng có thể chỉ là một hoặc hai dây dẫn, giống như ăng ten được xem ở tần số thấp hơn nhiều so với tần số hoạt động của nó chỉ là kết nối mở.

Trường hợp những con đường ẩn / ký sinh quan trọng?

Xem xét khớp nối từ YOU với bê tông dưới sàn: khoảng cách 1cm, diện tích 0,1 mét bằng 0,3 mét, hằng số điện môi --- sử dụng không khí (1,000002 hoặc đóng).

Vì thế? Bây giờ chạm vào một biến áp dấu neon, 50.000 volt ở 60Hz (377 radian / giây). Dun / dT = 50.000 (đỉnh giả định) * d (sin (60Hz) / dT) = 50.000 * 377 ~~~ 20Million volt mỗi giây.

Hiện tại thông qua bạn là gì? I = C * dV / dt = 36 e-12 * 20e + 6 = 700 microAmps.

Bạn muốn tránh điều đó. Ngay cả khi không có mạch rõ ràng kín.

Nói đúng ra, các electron trôi theo hướng ngược lại với dòng chảy hiện tại. Để dòng điện chạy (và năng lượng di chuyển), bạn cần một sự khác biệt tiềm năng (điện áp) trên các điểm bắt đầu và kết thúc. Lưu ý rằng các electron cũng di chuyển trong các nguyên tử, trong vỏ quỹ đạo, nhưng không ai thực sự biết làm thế nào; có lẽ họ đi xung quanh trong vòng tròn.

Điều đó đơn giản là không đúng, mặc dù giống như nhiều quy tắc, đó là một xấp xỉ tốt và hữu ích khi áp dụng cho các trường hợp thích hợp (mạch DC, mạch điện xoay chiều tần số thấp, trong đó chúng tôi chủ yếu quan tâm đến việc truyền tải điện).

Các electron luôn chuyển động, ngoại trừ ở mức 0 tuyệt đối (mà bạn không thể với tới). Tăng mức tăng trên bất kỳ bộ khuếch đại nào đủ cao và ngay cả với đầu vào được sàng lọc cẩn thận từ mọi ảnh hưởng bên ngoài, tiếng rít (âm thanh) hoặc tín hiệu ngẫu nhiên khác sẽ trở nên rõ ràng. Đây là các electron chen lấn xung quanh trong mạch đầu vào dưới ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường.

Sạc lưu trữ trên các tụ điện là hoàn toàn cơ bản cho điện tử trạng thái rắn hiện đại. Các trạng thái logic là các gói điện tử bị bẫy. Trong một thiết bị bộ nhớ flash, một điện áp cao điều khiển các electron qua một hàng rào cách điện thông thường trên tấm tụ điện và cổng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Khi điện áp cao bị loại bỏ, các electron ở lại trong nhiều năm (hoặc lâu hơn), và sự hiện diện hay vắng mặt của chúng có thể được xác định bằng cách bóng bán dẫn tiến hành. Thật vậy, thông thường để đo một lượng electron (xác định điện áp trên cổng và do đó mức đầu ra của bóng bán dẫn) và định lượng nó đến một trong tám mức, do đó lưu trữ ba bit là một trong tám đại lượng electron trong một bóng bán dẫn.

Mạch cuối cùng bị đóng lại, khi các electron này bị rò rỉ do nhiễu nhiệt và "đường hầm" lượng tử. Như đã đề cập ở trên, điều này phải mất nhiều năm để xảy ra trừ khi tế bào được viết lại bằng cách áp dụng lại điện áp cao.