Elektroninės grandinės yra neatsiejama beveik visų šių dienų technologinės pažangos dalis. Televizija, radijas, telefonai ir kompiuteriai iškart ateina į galvą, tačiau elektronika taip pat naudojama automobiliuose, virtuvės prietaisuose, medicinos įrangoje ir pramoniniame valdyme. Šių prietaisų centre yra aktyvūs komponentai arba grandinės komponentai, elektroniškai valdantys elektronų srautą, pavyzdžiui, puslaidininkiai. Tačiau šie įtaisai negalėjo veikti be daug paprastesnių, pasyvių komponentų, kurie prieš puslaidininkius eina prieš daugelį dešimtmečių. Skirtingai nuo aktyviųjų komponentų, pasyvieji komponentai, tokie kaip varžai, kondensatoriai ir induktoriai, negali valdyti elektronų srauto elektroniniais signalais.
Pasipriešinimas
Kaip rodo jo pavadinimas, rezistorius yra elektroninis komponentas, atsparus elektros srovės tekėjimui grandinėje.
Metaluose, tokiuose kaip sidabras ar varis, kurie turi aukštą elektrinį laidumą ir todėl mažą varžą, elektronai gali laisvai pereiti nuo vieno atomo prie kito, turėdami mažą pasipriešinimą.
Grandinės komponento elektrinė varža apibrėžta kaip panaudotos įtampos ir per ją tekančios elektros srovės santykis, teigia „HyperPhysics“, fizikos išteklių svetainė, kurią prižiūri Džordžijos valstijos universiteto fizikos ir astronomijos katedra. Standartinis atsparumo vienetas yra omas, kuris pavadintas vokiečių fiziko Georgo Simono Ohmo vardu. Tai apibrėžiama kaip varžos grandinėje, kurios srovė yra 1 amperų, esant 1 voltui. Atsparumas gali būti apskaičiuojamas pagal Ohmo dėsnį, kuriame teigiama, kad pasipriešinimas lygus įtampai, padalytai iš srovės, arba R = V / I (dažniausiai rašoma kaip V = IR), kur R yra varža, V yra įtampa, o aš - srovė.
Rezistoriai paprastai klasifikuojami kaip fiksuoti arba kintami. Fiksuotos vertės varžai yra paprasti pasyvūs komponentai, kurie visuomet turi tą patį pasipriešinimą nustatytose srovės ir įtampos ribose. Jie gali būti įvairūs pasipriešinimo verčiais: nuo mažiau nei 1 omo iki kelių milijonų omų.
Kintamieji rezistoriai yra paprasti elektromechaniniai įtaisai, tokie kaip garsumo reguliatoriai ir dimerio jungikliai, kurie keičia pasipriešinimo momentą ar efektyviąją temperatūrą, kai pasukate rankenėlę ar perkeliate slydimo valdiklį.
Induktyvumas
Induktorius yra elektroninis komponentas, susidedantis iš vielos ritės, per kurią teka elektros srovė, sukuriantis magnetinį lauką. Induktyvumo vienetas yra henris (H), pavadintas amerikiečių fiziko Josepho Henry vardu, kuris induktyvumą atrado savarankiškai maždaug tuo pačiu metu kaip anglų fizikas Michaelas Faradėjus. Viena varna yra induktyvumo suma, reikalinga indukuoti 1 volto elektromobilio jėgą (elektrinį slėgį iš energijos šaltinio), kai srovė keičiasi 1 amperais per sekundę.
Vienas svarbus induktorių pritaikymas aktyviose grandinėse yra tas, kad jie linkę blokuoti aukšto dažnio signalus, leisdami praleisti žemo dažnio virpesius. Atminkite, kad tai yra priešinga kondensatorių funkcija. Sujungus du komponentus grandinėje, galima pasirinktinai filtruoti arba generuoti beveik bet kokio norimo dažnio virpesius.
Atsiradus integruotoms schemoms, tokioms kaip mikroschemos, induktoriai tampa vis retesni, nes 3D ritinius ypač sunku pagaminti 2D spausdintinėse schemose. Dėl šios priežasties, norint gauti iš esmės tuos pačius rezultatus, mikroschemos yra suprojektuotos be induktorių ir naudojamos kondensatoriai, kad būtų galima pasiekti iš esmės tuos pačius rezultatus, teigia Kolorado universiteto Boulderio fizikos profesorius Michaelas Dubsonas.
Talpa
Talpa yra prietaiso galimybė kaupti elektros krūvį, todėl elektroninis komponentas, kaupiantis elektros krūvį, vadinamas kondensatoriumi. Ankstyviausias kondensatoriaus pavyzdys yra Leydeno indas. Šis įtaisas buvo išrastas norint išlaikyti statinį elektros krūvį ant laidžios folijos, išklojančios stiklinio indelio vidų ir išorę.
Paprasčiausią kondensatorių sudaro dvi plokščios laidžios plokštės, atskirtos mažu tarpu. Potencialų skirtumas arba įtampa tarp plokštelių yra proporcingas krūvio skirtumui plokštėse. Tai išreiškiama kaip Q = CV, kur Q yra krūvis, V yra įtampa ir C yra talpa.
Kondensatoriaus talpa yra krūvio dydis, kurį jis gali laikyti viename įtampos vienete. Talpos matavimo vienetas yra faradas (F), pavadintas Faradėjaus vardu ir yra apibrėžiamas kaip pajėgumas laikyti 1 įkrovos kuloną, kurio taikomas 1 volto potencialas. Vienas kulonas (C) yra įkrovos suma, perduodama 1 ampero srove per 1 sekundę.
Siekiant maksimalaus efektyvumo, kondensatorių plokštės sukraunamos sluoksniais arba suvyniotos į ritinius su labai mažu oro tarpu tarp jų. Oro tarpe dažnai naudojamos dielektrinės medžiagos - izoliacinės medžiagos, kurios iš dalies blokuoja elektrinį lauką tarp plokščių. Tai leidžia plokštelėms laikyti daugiau įkrovos, nesukeliant lanko ir netrumpinant.
Kondensatoriai dažnai randami aktyviose elektroninėse grandinėse, naudojančiose svyruojančius elektrinius signalus, tokius kaip radijo imtuvai ir garso įranga. Jie gali įkrauti ir išsikrauti beveik akimirksniu, o tai leidžia juos naudoti tam tikriems grandinių dažniams generuoti ar filtruoti. Svyruojantis signalas gali įkrauti vieną kondensatoriaus plokštę, o kita plokštė išsikrauna, o tada, kai srovė bus atvirkštinė, ji įkraus kitą plokštę, kol išsitrauks pirmoji plokštė.
Apskritai, aukštesni dažniai gali praeiti per kondensatorių, o mažesni - užblokuoti. Kondensatoriaus dydis lemia ribinį dažnį, už kurį signalai blokuojami ar jiems leidžiama praeiti. Kondensatoriai kartu gali būti naudojami filtruoti pasirinktus dažnius nurodytame diapazone.
Superkondensatoriai gaminami naudojant nanotechnologijas, kad būtų sukurti supertininiai medžiagų sluoksniai, tokie kaip grafenas, kad būtų pasiekta 10–100 kartų didesnė talpa nei įprastiems tokio paties dydžio kondensatoriams; tačiau jų reakcijos laikas yra daug lėtesnis nei įprastų dielektrinių kondensatorių, todėl jų negalima naudoti aktyviose grandinėse. Kita vertus, kai kuriais atvejais jie gali būti naudojami kaip energijos šaltinis, pavyzdžiui, kompiuterio atminties lustuose, kad būtų išvengta duomenų praradimo, kai nutrūksta pagrindinė energija.
Kondensatoriai taip pat yra svarbūs laiko nustatymo prietaisų komponentai, tokius, kuriuos sukūrė Kalifornijoje įsikūrusi įmonė „SiTime“. Šie prietaisai naudojami daugelyje programų, pradedant mobiliaisiais telefonais ir baigiant greitaisiais traukiniais bei prekiaujant vertybinių popierių rinkoje. Žinomas kaip MEMS (mikroelektromechaninės sistemos), mažas laiko nustatymo įtaisas, veikiantis tinkamai, turi kondensatorius. „Jei rezonatoriuje nėra tinkamo kondensatoriaus ir apkrovos talpos, laiko nustatymo grandinė nebus patikimai įsijungusi ir kai kuriais atvejais jis visai nustoja virpti“, - teigė „SiTime“ vykdomasis viceprezidentas Piyush Sevalia.
Šį straipsnį 2019 m. Sausio 16 d. Atnaujino „Live Science“ bendradarbė Rachel Ross.
