「進歩は質問に答えることによってなされます。発見は答えを質問することによって行われます。」 —Bernhard Haisch、天体物理学者 オームの法則は、電気回路の分析に役立つシンプルで強力な数学ツールですが、制限があり、実際の回路に適切に適用するには、これらの制限を理解する必要があります。ほとんどの導体では、抵抗はかなり安定した特性であり、電圧や電流の影響をほとんど受けません。 このため、多くの回路部品の抵抗は一定であり、電圧と電流は直接関係していると見なすことができます。 たとえば、3Ωランプを使用した前の回路例から、電圧を抵抗で割って回路を流れる電流を計算しました（I

どの回路でも電圧、電流、抵抗の関係は非常に規則的であるため、他の2つを制御するだけで、回路内の任意の変数を確実に制御できます。おそらく、どの回路でも制御するのが最も簡単な変数はその抵抗です。これは、導電性コンポーネントの材料、サイズ、および形状を変更することで実行できます（ランプの細い金属フィラメントが、太いワイヤーよりも電気抵抗を大きくしたことを覚えていますか？） 抵抗器とは何ですか？ 抵抗器と呼ばれる特別なコンポーネントは、回路に挿入するための正確な量の抵抗を作成するという明確な目的のために作られています。それらは通常、金属線またはカーボンで構成され、幅広い環境条件にわたって安定した抵抗

パワーフォーミュラを学ぶ 電気回路の電力を決定する式を見てきました。「ボルト」の電圧に「アンペア」の電流を掛けることで、「ワット」の答えが得られます。これを回路例に適用してみましょう： オームの法則を使用して電流を決定する方法 上記の回路では、18ボルトのバッテリー電圧と3Ωのランプ抵抗があることがわかります。オームの法則を使用して電流を決定すると、次のようになります。 電流がわかったので、その値を取得し、それを電圧で乗算して電力を決定できます。 これは、ランプが108ワットの電力を消費（放出）していることを示しています。これは、おそらく光と熱の両

電圧と電流に加えて、電気回路に関連するもう1つの重要なパラメータがあります。電力 。まず、回路で電力を分析する前に、電力とは何かを理解する必要があります。 電力とは何ですか。どのように測定しますか？ 電力は、特定の時間内に実行できる作業量の尺度です。 仕事 一般に、重力に逆らっておもりを持ち上げることで定義されます。重量が重い、および/または持ち上げる量が多いほど、より多くの作業が行われます。 パワー は、標準的な量の作業がどれだけ迅速に行われるかの尺度です。 アメリカの自動車の場合、エンジン出力は「馬力」と呼ばれる単位で評価されます。これは、蒸気機関メーカーが当時の最も一般的な動力源

オームの法則は、水とパイプのアナロジーに適用すると直感的に理解できます。圧力（電圧）を加えて、制限（抵抗）を介して「回路」（電流）の周りに水を押し出すウォーターポンプがある場合、3つの変数がどのように相互に関連するかをモデル化できます。 水の流れに対する抵抗が同じままで、ポンプの圧力が上がる場合は、流量も増やす必要があります。 圧力が同じままで抵抗が増加する（水が流れにくくなる）場合は、流量を減らす必要があります。 流れに対する抵抗が減少している間、流量が同じままである場合、ポンプからの必要な圧力は必然的に減少します： 奇妙に思われるかもしれま

電流、電圧、抵抗の最初の、そしておそらく最も重要な関係は、オームの法則と呼ばれ、ゲオルク・サイモン・オームによって発見され、1827年の論文、The Galvanic Circuit InvestigatedMathematicallyに掲載されました。 電圧、電流、抵抗 電荷が連続的に移動できるように導電経路が作成されると、電気回路が形成されます。回路の導体を通るこの連続的な電荷の移動は、電流と呼ばれます。 、そしてそれは、中空パイプを通る液体の流れのように、「流れ」という用語で呼ばれることがよくあります。 電荷キャリアを回路内で「流れる」ように動機付ける力は、電圧と呼ばれます。 。電圧

「標準の良いところは、選択できるものが非常に多いことです。」 —Andrew S. Tanenbaum、コンピュータサイエンス教授 正および負の電子電荷 ベンジャミン・フランクリンが電荷の流れの方向（滑らかなワックスから粗いウールへ）について推測したとき、電子が電荷の構成単位であることがわかっているにもかかわらず、彼は今日まで存在する電気表記の先例を打ち立てました。そして、これらの2つの物質が一緒にこすられると、それらは羊毛から羊毛に移動します。ワックスから羊毛に移動するのではありません。これが、電子が負を持っていると言われる理由です。 電荷：フランクリンは、電荷が実際とは反対の方向に移

抵抗の反対に逆らって電荷を強制的に流すにはエネルギーが必要なため、抵抗のある回路内の任意のポイント間に電圧が発生します（または「ドロップ」します）。 単純な回路では、電流の量（つまり、1秒ごとに特定のポイントを通過する電荷の量）は均一ですが、異なるポイントのセット間の電圧の量（単位電荷あたりの位置エネルギー）は単一の回路は大幅に異なる場合があります： この回路を例として取り上げます。この回路の4つのポイントに1、2、3、および4の番号を付けると、ポイント1と2の間のワイヤを流れる電流の量は、ランプを流れる電流の量とまったく同じであることがわかります。 （ポイント2と3の間）。これと同

前のセクションの回路はあまり実用的なものではありません。実際、構築することは非常に危険です（電圧源の極を1本のワイヤーで直接接続する）。危険な理由は、このような短絡では電流の大きさが非常に大きくなる可能性があるためです。 、およびエネルギーの放出は非常に劇的である可能性があります（通常は熱の形で）。通常、電気回路は、放出されたエネルギーを可能な限り安全に利用できるように構成されています。 ランプのフィラメントを流れる電流 電流の実用的で一般的な使用法の1つは、電灯の操作です。最も単純な形の電気ランプは、透明なガラス球の内側にある小さな金属の「フィラメント」であり、十分な電流が流れると熱エネル

前に述べたように、電荷の連続的な流れが発生する前に、単なる連続的な経路（つまり回路）以上のものが必要です。これらの電荷キャリアを回路の周りに押し出すための何らかの手段も必要です。チューブの中のビー玉やパイプの中の水と同じように、流れを開始するにはある種の影響力が必要です。電子の場合、この力は静電気で働く力と同じです。つまり、電荷の不均衡によって生成される力です。ワックスと羊毛をこすり合わせた例を見ると、ワックスの電子の過剰（負の電荷）と羊毛の電子の不足（正の電荷）が、それらの間の電荷の不均衡を生み出していることがわかります。この不均衡は、2つのオブジェクト間の引力として現れます： 帯電

これらの架空のソースとデスティネーションの恩恵を受けずに、電荷がワイヤを介して均一な方向に連続的に流れる方法について疑問に思っているかもしれません。ソースと宛先のスキームが機能するためには、継続的なフローを維持するために、両方がチャージに対して無限の容量を持っている必要があります！ 導体、絶縁体、および電子の流れに関する前のページの大理石とチューブのアナロジーを使用すると、大理石の「流れ」を維持するのに十分な大理石の容量を収容するには、大理石のソースバケットと大理石の宛先バケットを無限に大きくする必要があります。 回路とは何ですか？ このパラドックスへの答えは、回路の概念にあります。 ：

さまざまな種類の原子の電子は、動き回る自由度が異なります。金属などの一部の種類の材料では、原子の最も外側の電子が非常に緩く結合しているため、室温の熱エネルギーの影響だけで、その材料の原子間の空間を無秩序に移動します。これらの実質的に結合していない電子は、それぞれの原子を自由に離れ、隣接する原子間の空間を浮遊するため、自由電子と呼ばれることがよくあります。 。 導体と絶縁体 ガラスなどの他の種類の材料では、原子の電子は動き回る自由がほとんどありません。物理的な摩擦などの外力により、これらの電子の一部がそれぞれの原子を離れて別の材料の原子に移動する可能性がありますが、その材料内の原子間を簡単に移

何世紀も前に、特定の種類の材料が互いにこすり合わされた後、不思議なことに互いに引き付け合うことが発見されました。たとえば、絹をガラスにこすりつけた後、絹とガラスはくっつく傾向があります。確かに、2つの材料が分離されている場合でも実証できる魅力的な力がありました： このように振る舞うことが知られている素材はガラスとシルクだけではありません。ラテックスバルーンをブラッシュアップして、それがそれらに固執しようとしていることに気付いた人は誰でも、これと同じ現象を経験しました。パラフィンワックスとウールクロスは、初期の実験者が一緒にこすった後に引力を発揮すると認識したもう1つの材料です：

現代の電子工学のテキストの章全体を電子管の設計と機能に捧げることは、半導体技術がほとんどすべてのアプリケーションで廃止された管を除いてどのようになっているのかを見ると、少し奇妙に思えるかもしれません。ただし、歴史的な目的だけでなく、「ほぼ」という修飾句を必要とするニッチなアプリケーションでも、チューブを探索することにはメリットがあります。 半導体の優位性に関するすべてのアプリケーション」。 一部のアプリケーションでは、電子管は実用化され続けるだけでなく、これまでに発明されたどのソリッドステートデバイスよりも優れたそれぞれのタスクを実行します。場合によっては、電子管技術の性能と信頼性ははるかで

非常に高い周波数のアプリケーション（1 GHzを超える）の場合、標準的な電子管構造の電極間静電容量と通過時間の遅延は法外になります。しかし、チューブを構築する創造的な方法に終わりはないようであり、これらの課題を克服するためにいくつかの高周波電子チューブの設計が行われています。 1939年に、空洞共振器と呼ばれる導電性材料で作られたトロイダル空洞が発見されました。 振動強度の電子ビームを取り囲むと、ビーム自体を実際に遮断することなく、ビームから電力を引き出すことができます。道路脇の峡谷でエコーする走行中の自動車の音と同様に、空洞内で「エコー」されたビームに関連する振動電界と磁界により、高周波エ

増幅と切り替えのタスクを実行することに加えて、チューブはディスプレイデバイスとして機能するように設計できます。 おそらく最もよく知られているディスプレイチューブは、ブラウン管です。 、または CRT 。もともとは真空中の「陰極線」（電子）の振る舞いを研究するための機器として発明されましたが、これらのチューブは電圧の検出に役立つ機器に発展し、後にテレビの登場とともにビデオ投影装置として開発されました。オシロスコープで使用されるCRTとテレビで使用されるCRTの主な違いは、オシロスコープの種類は静電（プレート）偏向のみを使用するのに対し、テレビは電磁（コイル）偏向を使用することです。プレートは

これまで、ガラスエンベロープ内のすべてのガスと蒸気を完全に「真空」にしたチューブを調査してきました。これは、真空管として適切に知られています。 。ただし、特定のガスまたは蒸気を追加すると、チューブは大幅に異なる特性を持ち、電子回路で特定の特別な役割を果たすことができます。 ガスまたは蒸気が占める距離に十分な高電圧が印加されると、またはそのガスまたは蒸気が十分に加熱されると、それらのガス分子の電子がそれぞれの核から剥ぎ取られ、イオン化の状態が発生します。 。電子を静電結合から原子の核に解放すると、電子は電流の形で自由に移動し、イオン化されたガスを比較的優れた電気伝導体にします。この状態では、

バイポーラ接合トランジスタの場合、増幅の基本的な尺度はベータ比（β）であり、コレクタ電流とベース電流の比（I C ）として定義されます。 / I B ）。一部の増幅器回路ではβと同じくらい性能に影響を与える可能性がある接合抵抗などの他のトランジスタ特性は、回路解析の利益のために定量化されます。電子管も例外ではなく、その性能特性は電気技師によってずっと前に調査され、定量化されてきました。 これらの特性について有意義に話す前に、一般的な電圧、電流、抵抗の測定値を表すために使用されるいくつかの数学変数と、より複雑な量のいくつかを定義する必要があります。 増幅管の特性の最も基本的な2つ

集積回路の考え方と同様に、チューブ設計者は、さまざまなチューブ機能を単一のチューブエンベロープに統合して、最新のチューブタイプの電子機器のスペース要件を削減しようとしました。単一のガラスシェル内に見られる一般的な組み合わせは、2つのダイオードまたは2つの三極真空管のいずれかでした。単一のエンベロープ内にダイオードのペアを取り付けるというアイデアは、電源の全波整流器の設計に照らして非常に理にかなっており、常に複数のダイオードが必要です。 もちろん、数千のトランジスタを単一のシリコンにエッチングする方法で、数千のチューブ要素を単一のチューブエンベロープに結合することはまったく不可能でしたが、エン

二次電子がスクリーンに引き付けられるという問題に対処するための別の戦略は、チューブ構造に5番目のワイヤー要素であるサプレッサーを追加することでした。これらの5要素チューブは自然に五極管と呼ばれていました 。 サプレッサーは、スクリーンとプレートの間に配置された別のワイヤーコイルまたはメッシュであり、通常は接地電位に直接接続されていました。一部の五極管設計では、管エンベロープを貫通する必要のある接続ピンの数を最小限に抑えるために、サプレッサーが陰極に内部接続されていました。 サプレッサーの仕事は、二次的に放出された電子をプレートに反発させることでした。ビームパワーチューブの空間電