Osnovi elektronike
2. Osnovni pojmovi o elektricitetu Elektrotehnika se prvenstveno bavi električnim opterećenjem (naelektrisanjem), njegovim kretanjem i efektima tog kretanja. Za nepokretno naelektrisanje često se koristi termin statičko naelektrisanje, a za pokretno naelektrisanje termin električna struja. 2.1 Električno opterećenje Električno opterećenje je fundamentalno svojstvo materije koje se ne može se stvoriti niti uništiti. To znači da ako se naelektrisanje odstrani sa nekog mesta, ono se mora pojaviti na nekom drugom mestu. Postoje dva tipa naelektrisanja: pozitivno i negativno naelektrisanje. Dva nelektrisanja se međusobno privlače ako su suprotnog polariteta ili međusobno odbijaju ako su istog polariteta. Uprošćena struktura atoma se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i elektrona koji kruže oko jezgra po različitim orbitama. Električno opterećenje elektrona je najmanje naelektrisanje koje postoji. Električno opterećenje jednog elektrona naziva se elementarno naelektrisanje ili kvant naelektrisanja. Pozitivno naelektrisanje jezgra je kompenzovano istom količinom negativnog naelektrisanja elektrona, pa je atom električki neutralan. Međutim, pošto se elektroni iz najudaljenijih orbita mogu na razne načine odvojiti od atoma, atom može postati naelektrisan (tada se naziva jon), a elektroni se mogu kretati i formirati električnu struju. Uobičajeni simbol za opterećenje je q (Q) a jedinica Kulon (C). Električno opterećenje jednog elektrona je -1.602×10 -19 C. 2.2 Sila između dva tačkasta električna opterećenja Sila između dva naelektrisanja, koja su dovoljno mala u odnosu na njihovo rastojanje (pa se nazivaju tačkasta naelektrisanja), opisana je sledećom jednačinom: qq 1 2 F = k (2.1) d 2 gde je konstanta k = 8.99×10 9 Nm 2 /C 2 , q 1 i q 2 predstavljaju veličine naelektrisanja (u C), a d njihovo međusobno rastojanje (u m). Ova relacija se naziva Kulonov zakon. Ako su naelektrisanja istog znaka sila je pozitivna i naelektrisanja se odbijaju, a ako su naelektrisanja suprotnog znaka sila je negativna i naelektrisanja se privlače. 2.3 Provodnici, izolatori i poluprovodnici Materijal kod kojeg su elektroni lako pokretljivi naziva se provodnik. Tipični provodnici su metali: srebro, zlato, bakar, aluminijum, itd. Kod metala elektroni iz spoljašnjih orbita atoma mogu lako napustiti atome. Takvi elektroni se nazivaju slobodni elektroni i oni omgućavaju lako uspostavljanje električne struje. Materijal kod kojeg su elektroni slabo pokretljivi naziva se izolator ili dielektrik. Tipični izolatori su nemetali: staklo, plastične mase, keramika, guma, itd. Naelektrisanje koje se dovede 4
na izolator ostaje nepokretno i naziva se statički elektricitet. Izolacioni materijali se često koriste za izolovanje provodnika da bi se sprečio neželjeni dodir dva provodnika i uspostavljanje struje između njih. Poluprovodnici su po svojim osobinama negde između provodnika i izolatora i umereno se suprostavljaju kretanju nosilaca elektriciteta. Najvažniji poluprovodnici su silicijum, germanijum, galijum arsenid, itd. Poluprovodnički materijali su osnov savremene elektronike. Otpornost je mera suprostavljanja kretanju nosilaca elektriciteta i biće kasnije kvantitativno definisana. Provodnici imaju malu otpornost, dok izolatori imaju veliku otpornost. Na primer, otpornost bakra je oko 10 25 puta manja od otpornosti kvarca istih dimenzija. 2.4 Električna struja Električna struja je jedan od osnovnih pojmova u elektrotehnici i predstavlja meru količine elektriciteta koja se pomerila u jedinici vremena. Pomeraj naelektrisanja može se vršiti na različite načine. Kod metalnih provodnika, mehanizam pomeranja je kretanje slobodnih elektrona. U rastvorima mehanizam pomeranja je kretanje pozitivno ili negativno naelektrisanih jona, kao što je to slučaj u elektrohemijskim baterijama ili u postupku galvanizacije. U poluprovodnicima naelektrisanje se kreće kretanjem slobodnih elektrona ili šupljina koje su nosioci pozitivnog naelektrisanja. Uobičajena oznaka za struju je I ili i. Jedinica za struju je Amper (A) i predstavlja pomeraj od 1 C/s. Po konvenciji se uzima da smer struje odgovara smeru kretanja pozitivnog naelektrisanja. Prosečna (srednja) struja I se definiše kao količnik ukupnog pomerenog naelektrisanja Δq i vremenskog intervala u kome se vrši taj pomeraj Δt: Δq I = (2.2) Δ t S druge strane, trenutna struja i se definiše kao brzina promene naelektrisanja, odnosno prvi izvod količine elektriciteta po vremenu: dq i = (2.3) dt U slučajevima kada se struja sastoji od kretanja dva tipa nosilaca, trenutna struja se može izraziti i na sledeći način: + − dq dq + dq i = = (2.4) dt dt gde je dq + pomereno inkrementalno pozitivno naelektrisanje dok je dq − pomereno inkrementalno negativno naelektrisanje. U elektrotehnici se sreću vrlo različite vrednosti struje. Struja kod munja i gromova je reda nekoliko desetina hiljada ampera. U industrijskim pogonima i električnim vozilima struje su reda stotinu ampera. Uređaji u domaćinstvu obično rade sa strujama u opsegu od 0.5 A do 16 A. U elektronskim kolima struje su reda mA, μA ili nA. U raznim mernim uređajima u fizici struje mogu biti vrlo male, reda pA (10 -12 A), kolike su i struje između nervnih ćelija kod živih bića. 5
- Page 1 and 2: Dr Miodrag Popović Osnovi elektron
- Page 3 and 4: 6. OSNOVI FIZIKE POLUPROVODNIKA....
- Page 5 and 6: 1. Uvod Savremeni tehnološki probl
- Page 7: projektovanja. Već dvadesetak godi
- Page 11 and 12: 2.7 Energija i snaga Energija je va
- Page 13 and 14: 1 i = v R i predstavljeni simbolima
- Page 15 and 16: Equation Section (Next) 3. Kola sa
- Page 17 and 18: 3.3 Prvi (strujni) Kirhofov zakon N
- Page 19 and 20: I = GV + GV + + G V = ( G + G + +
- Page 21 and 22: 3.7 Sistem jednačina napona čvoro
- Page 23 and 24: serijski vezanim otpornikom R, onda
- Page 25 and 26: Equation Section (Next) 4. Kola sa
- Page 27 and 28: + i(t) v(t) L - Slika 4.2: Simbol k
- Page 29 and 30: Iz jednačine koja daje prirodno re
- Page 31 and 32: + i s (t) R L C v(t) - - + v s (t)
- Page 33 and 34: 3. α
- Page 35 and 36: Iz uslova periodičnosti: ω T = 2
- Page 37 and 38: j( ω+φ t ) jφ jωt xt () = XM co
- Page 39 and 40: strujama, kada se koristi fazorska
- Page 41 and 42: R −X G = , B= R + X R + X 2 2 2 2
- Page 43 and 44: Na isti način se polazeći od jedn
- Page 45 and 46: Posmatrajmo sada dve paralelno veza
- Page 47 and 48: 5.8 Sistem jednačina napona čvoro
- Page 49 and 50: naziva se ulazna impedansa kola. 1
- Page 51 and 52: U matematičkoj teoriji Furijeovih
- Page 53 and 54: Equation Section 6 6. Osnovi fizike
- Page 55 and 56: nepopunjen zabranjen nepopunjen pop
- Page 57 and 58: silicijum se naziva n-tip silicijum
na izolator ostaje nepokretno i naziva se statički elektricitet. Izolacioni materijali se često koriste<br />
za izolovanje provodnika da bi se sprečio neželjeni dodir dva provodnika i uspostavljanje struje<br />
između njih.<br />
Poluprovodnici su po svojim osobinama negde između provodnika i izolatora i umereno<br />
se suprostavljaju kretanju nosilaca elektriciteta. Najvažniji poluprovodnici su silicijum,<br />
germanijum, galijum arsenid, itd. Poluprovodnički materijali su osnov savremene <strong>elektronike</strong>.<br />
Otpornost je mera suprostavljanja kretanju nosilaca elektriciteta i biće kasnije<br />
kvantitativno definisana. Provodnici imaju malu otpornost, dok izolatori imaju veliku otpornost.<br />
Na primer, otpornost bakra je oko 10 25 puta manja od otpornosti kvarca istih dimenzija.<br />
2.4 Električna struja<br />
Električna struja je jedan od osnovnih pojmova u elektrotehnici i predstavlja meru<br />
količine elektriciteta koja se pomerila u jedinici vremena. Pomeraj naelektrisanja može se vršiti<br />
na različite načine. Kod metalnih provodnika, mehanizam pomeranja je kretanje slobodnih<br />
elektrona. U rastvorima mehanizam pomeranja je kretanje pozitivno ili negativno naelektrisanih<br />
jona, kao što je to slučaj u elektrohemijskim baterijama ili u postupku galvanizacije. U<br />
poluprovodnicima naelektrisanje se kreće kretanjem slobodnih elektrona ili šupljina koje su<br />
nosioci pozitivnog naelektrisanja.<br />
Uobičajena oznaka za struju je I ili i. Jedinica za struju je Amper (A) i predstavlja<br />
pomeraj od 1 C/s. Po konvenciji se uzima da smer struje odgovara smeru kretanja pozitivnog<br />
naelektrisanja.<br />
Prosečna (srednja) struja I se definiše kao količnik ukupnog pomerenog naelektrisanja Δq<br />
i vremenskog intervala u kome se vrši taj pomeraj Δt:<br />
Δq<br />
I = (2.2)<br />
Δ t<br />
S druge strane, trenutna struja i se definiše kao brzina promene naelektrisanja, odnosno<br />
prvi izvod količine elektriciteta po vremenu:<br />
dq<br />
i = (2.3)<br />
dt<br />
U slučajevima kada se struja sastoji od kretanja dva tipa nosilaca, trenutna struja se može<br />
izraziti i na sledeći način:<br />
+ −<br />
dq dq + dq<br />
i = = (2.4)<br />
dt dt<br />
gde je dq + pomereno inkrementalno pozitivno naelektrisanje dok je dq − pomereno<br />
inkrementalno negativno naelektrisanje.<br />
U elektrotehnici se sreću vrlo različite vrednosti struje. Struja kod munja i gromova je<br />
reda nekoliko desetina hiljada ampera. U industrijskim pogonima i električnim vozilima struje su<br />
reda stotinu ampera. Uređaji u domaćinstvu obično rade sa strujama u opsegu od 0.5 A do 16 A.<br />
U elektronskim kolima struje su reda mA, μA ili nA. U raznim mernim uređajima u fizici struje<br />
mogu biti vrlo male, reda pA (10 -12 A), kolike su i struje između nervnih ćelija kod živih bića.<br />
5
Change language