Kysymys:
Tottelevatko kaikki komponentit Kirchhoffin nykyistä lakia?
Utku
2016-01-15 18:09:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kirchhoffin nykyisen lain mukaan solmun läpi kulkeva nettovirta on aina 0. AFAIK tämä johtuu varauksen säilymisen periaatteesta. Kysymykseni on, voidaanko KCL: ää soveltaa mihin tahansa sähkökomponenttiin? Sovelletaanko sitä esimerkiksi transistoreihin, integroituihin piireihin jne. (yleensä) kunto. Toinen mahdollisuus olisi, että komponentti olisi "vuotava varaus". Esimerkiksi komponentti "heittäisi varausta ilmaan" jne. Tässä tapauksessa komponentti ei kerää varausta, mutta varaus siirretään piiristä. Luulen, että tätä ei tapahdu myöskään yleensä.

Joten kysyn, onko Kirchhoffin nykyinen laki sovellettavissa mihin tahansa piirielementtiin? Esimerkiksi, jos lasken yhteen virrat integroidun piirin nastojen kautta tiettynä ajankohtana ottamalla nykyiset suunnat huomioon, saanko 0 ampeeria? Samoin kuin muillakin piirielementeillä. Onko olemassa tapauksia, joissa nettovirta ei ole 0 ampeeria?

Jopa "vuotavassa" tapauksessa nettovirta solmun läpi on 0, vuoto on vain yksi poistumistie.Huomaa, että kyse on solmujen läpi kulkevasta virrasta, ei komponenteista (sinulla on esimerkiksi kondensaattoreita, joihin voit ladata latauksia, eikä se tule ulos hetkeksi)
Vuotaminen ilmaan tapahtuu koko ajan tietyssä mielessä: Lämpö
Kolme vastused:
Timo
2016-01-15 18:18:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Olet täsmälleen oikeassa: johtuen varauksen säilymisestä, joka on suora seuraus elektrodynamiikan mittasymmetriasta ja siten rikkoutumattomasta (kaiken tämänhetkisen tiedon mukaan) luonnonlaista, summa kaikkien mahdollisten polkujen summa, joka on laskettu yhteen koko ajan , on aina täsmälleen nolla. Jos virta ei mene erillisten johtimien läpi, se tunnetaan nimellä Gaussin laki.

Tosielämän elektronisissa komponenteissa Kirchoffin nykyinen laki on täsmälleen täsmällinen kuin kaikki virta kulkee laitteiden nastojen läpi. Tämä on yleensä erittäin hyvä likiarvo, koska mikä tahansa vastuun epätasapaino pyrkii tasapainottumaan sähköisen vetovoiman vuoksi. Jotkut komponentit, kuten elektronipistooli, rikkovat tämän tarkoituksella, ja siksi piirin näkökulmasta rikkovat nimenomaisesti Kirchoffin lakia. Tietysti, jos otat huomioon ulos tulevan elektronivirran, voimassa oleva laki pätee jälleen.

Tässä on pieni, mutta tärkeä huomautus: varausta täytyy säästää vain lopulta, ei joka hetki. ajan erikseen. Tämä tarkoittaa, että jos on komponentti, joka tallentaa net varauksen, virta voi tulla sinne, odottaa jonkin aikaa latauksena ja poistua vasta myöhemmin. Mikään käytännöllinen komponentti ei kuitenkaan varastoi tuntuvaa nettovaraa merkittäväksi ajaksi. Tämä pätee myös kondensaattoreihin ja paristoihin: kondensaattori tallentaa saman määrän positiivista ja negatiivista varausta levyilleen, kun taas akussa on positiivisesti varautuneita ja negatiivisesti varautuneita ioneja, jotka virtaavat (sähkövirrana) kohtaamaan toisiaan, kun piiri on operaatio. Molemmissa tapauksissa nettovaraus on koko ajan nolla, joten kokonaismaksu on vakio, ja Kirchoffin nykyinen laki on edelleen voimassa. Sama pätee myös Flash-muistiin, ts. Varastoitua varausta tasapainottaa reikä puolijohteessa.

Kuten Photon huomauttaa vastauksessaan, komponenttien kuten antennien kohdalla komponentin sisäänmenon ja siitä poistumisen välillä voi kuitenkin olla pieni mutta rajallinen viive.

Siitä huolimatta kaikki käytännölliset elektroniikkatarkoitukset, esimerkiksi monimutkainen mikropiiri, kuten OP nimenomaisesti mainitsee, Kirchoffin nykyinen laki pitää täsmällisesti paikkansa.

Joten kun mitaan nettovirtaa integroidun piirin (tai muun tyyppisen komponentin) nastojen kautta tiettynä ajankohtana, minun pitäisi saada netto 0 ampeeria oikein?
@Utku Kaikissa käytännön tarkoituksissa, estäen poikkeukset, kuten elektronipistoolin, kyllä.
Haluaisin lisätä, että on olemassa _ yksi_ tärkeä poikkeus: Kaikkien virtojen summa pisteeseen on yhtä suuri kuin tallennetun varauksen muutos kyseisessä pisteessä
@Brog Olet tietysti oikeassa.Lisäsin vastaukseeni selityksen kyseisestä kohdasta.
Eivätkö kelluvat porttitransistorit (käytetään flash-muistissa) varastoivat hyvin pieniä latausmääriä pitkäksi aikaa?
@immibis hyvä asia, he tekevät sen.Kuten ilmeisesti muuntyyppiset Flash-muistit.En kuitenkaan löytänyt kuinka paljon veloitus on nopeasta Google-hausta, vaikka sen on oltava hyvin vähän.
@iimibis: Ymmärtääkseni kukin flash-muistissa käytetty transistori kokonaisuutena ei varastoi varausta.Kelluvalle portille loukkuun jääneet ylimääräiset elektronit tasapainotetaan elektronien avulla, jotka aine menettää kelluvan portin ympärillä olevan ohuen oksidikerroksen toisella puolella.Se ei riko Kirchoffin lakia enempää kuin mikään muu kondensaattori.
@Timo: "FG-rajoitus: elektronien määrä" -taulukko Chris Buckelin julkaisussa [Understanding Flash: Fabrication, Shrinkage and the Next Big Thing] (http://flashdba.com/2015/02/17/understanding-flash-fabrication-shrinkage-and-the-next-big-thing /) (ilmeisesti [Sung Wook Parkin esityksen sivulta 4 (http://regmedia.co.uk/2012/10/11/park_nand_trap_presentation.pdf)) näyttää sanovanettä varhaiset Flash-transistorit varastoivat noin 1000 elektronia "ohjelmoitua" salamatransistoria kohti, pudoten nopeasti jokaisen sukupolven aikana.Yksielektroninen flash-muisti näyttää olevan teoreettisesti mahdollisimman pieni.
@davidcary Okei, joten olettaen, että elektronit todella jäävät loukkuun, jos ohjelmoit jokaisen bitin 4 Gt: n salamassa sekunnissa, pääset rikkomaan Kirchoffin lakia keskimäärin [0,7 \ $ \ mu \ $ A] (http: //www.wolframalpha.com/input/?i=2^32+*+%281000+*+electron+charge%29) yhden sekunnin aikana.Oletan, että se olisi mitattavissa varovasti, jos voisit todella ohjelmoida salaman niin nopeasti.
@Timo: Huh?Olen samaa mieltä siitä, että 0,7 uA "flash-sirun nastassa" on (vaikeuksissa) mitattavissa nykyisellä tekniikalla, mutta olisin hyvin yllättynyt, jos Kirchoffin lakia rikottaisiin - ts. Jos virtaavaa tasapainotettua 0,7 uA ei virta ""jokin muu flash-sirun nasta.Kondensaattorin yhdelle levylle vangittu "ladattu" ei riko Kirchoffin lakia, eikö?
@davidcary on "olettaen, että elektronit todella jäävät loukkuun".Koska en ole asiantuntija puolijohteiden tiivistetyn aineen teoriassa, en ole varma, olenko vakuuttunut tavalla tai toisella, ovatko transistoriin tallennetut elektronit puolet elektroni-reikäparista alustasta, jättäen nollannettovaraus tai jos ulkoisen virran elektronit jäävät todella loukkuun, jolloin nettovaraus on nollasta poikkeava.Onko sinulla lähde, joka tukee ymmärrystäsi siitä, että nettomaksua ei ole?
@Timo: En ole tiivistetyn aineen fyysikko.Lähetä kysymyksesi itsenäisenä ylätason kysymyksenä.Monet lähteet sanovat "Kondensaattorin nettovaraus kokonaisuutena pysyy yhtä suurena kuin nolla." [a] (http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/capacitors.htm) [b] (http://amasci.com/emotor/stmiscon.html#six).Jotkut lähteet, joiden mukaan portti ja ohut oksidi toimivat "kuin" yksi levy ja kondensaattorin sisempi eristin.* Täsmälleen * kuin kondensaattori, joten koko transistorilla on nolla nettovarausta (mutta pelkällä kelluvalla portilla ei ole nollan nettovarausta)?Luulen niin, mutta en tiedä.
@davidcary Kondensaattorille nettovaraus on todellakin nolla, se on varmaa.Ainoa kysymys on, ovatko Flash-laitteen transistorit kondensaattoreita siinä mielessä.Voisin todella mennä eteenpäin ja lähettää kysymyksen, jos löydän aikaa :)
@davidcary Kysyin Flashista ja sain hyvän vastauksen: http://electronics.stackexchange.com/a/212845/54822
Vau, lähettämäsi kysymys inspiroi melko mahtavan vastauksen.Kiitos.
The Photon
2016-01-15 23:20:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kirchoffin piirilakeja sovelletaan kerrostettujen elementtien piireihin.

Jos piirisi sisältää hajautettuja elementtejä, kuten siirtolinjoja ja antenneja, et voi luottaa siihen, että KCL toimii ehdottomasti.

Esimerkiksi ohimenevässä analyysissä virta voi virrata antenni hetkeksi, ilman että se virtaa ulos mihinkään muuhun piirisolmuun, ainakin 1/2 jaksoa myöhemmin. Jos tekisimme täydellisen sähkömagneettisen analyysin tilanteesta, voimme oletettavasti tunnistaa siirtovirran antennista ympäröivään maahan ja muihin piirielementteihin, mutta yleensä tällainen analyysi on liian monimutkainen ollakseen hallittavissa.

Peter Green
2016-01-16 01:21:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kirchoffsin lait odottavat, että voimme jakaa piirimme "komponenteiksi", joissa kaikki varaukset menevät ja poistuvat komponenteista nastan kautta ja että komponenteilla ei ole nettovarausta.

Tämä on vain likiarvo todellisuudesta. Kaikilla todellisen maailman komponenteilla on kapasitanssi toisiaan ja maailmankaikkeutta vastaan ​​yleensä. Kun jännitteet muuttuvat, tämä hajakapasitanssi on ladattava tai purettava, mikä tarkoittaa varauksen nettosiirtoa komponenttien välillä. Kun komponentit liikuttavat fyysisesti kapasitanssia niiden välillä, jännitteiden pysymiseen tarvitaan nettovarausliikettä.

Onko tämä vaikutus mitattavissa? se riippuu suuresti nopeudesta, jolla piirisi toimii, ja komponenttien koosta.



Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...