Електронните схеми са неразделна част от почти всички технологични постижения, постигнати в живота ни днес. Телевизия, радио, телефони и компютри веднага идват на ум, но електрониката се използва и в автомобилите, кухненските уреди, медицинското оборудване и промишленото управление. В основата на тези устройства са активни компоненти или компоненти на веригата, които управляват електронно потока на електроните, като полупроводници. Тези устройства обаче не биха могли да функционират без много по-опростени, пасивни компоненти, предшестващи полупроводниците в продължение на много десетилетия. За разлика от активните компоненти, пасивните компоненти, като резистори, кондензатори и индуктори, не могат да контролират електронния поток с електронни сигнали.
Съпротивление
Както подсказва името му, резистор е електронен компонент, който се съпротивлява на потока на електрически ток във верига.
В метали като сребро или мед, които имат висока електрическа проводимост и следователно ниско съпротивление, електроните са в състояние да прескачат свободно от един атом на друг, с малко съпротивление.
Електрическото съпротивление на компонент на веригата се определя като съотношението на приложеното напрежение към електрическия ток, който протича през него, според HyperPhysics, уебсайт за физически ресурс, домакин на катедрата по физика и астрономия в Джорджийския държавен университет. Стандартната единица за съпротивление е омът, който е кръстен на немския физик Георг Саймън Ом. Определя се като съпротивлението във верига с ток 1 ампер при 1 волт. Съпротивлението може да се изчисли, използвайки закона на Ом, който гласи, че съпротивлението е равно на напрежение, разделено на ток, или R = V / I (по-често се пише като V = IR), където R е съпротивление, V е напрежение и I е ток.
Резисторите обикновено се класифицират като фиксирани или променливи. Резисторите с фиксирана стойност са прости пасивни компоненти, които винаги имат същото съпротивление в рамките на предписаните им граници на ток и напрежение. Те се предлагат в широк диапазон от стойности на съпротивление, от по-малко от 1 ома до няколко милиона ома.
Променливите резистори са прости електромеханични устройства, като контроли на силата на звука и димерни превключватели, които променят ефективната дължина или ефективната температура на резистора, когато завъртите копче или преместите плъзгащо управление.
Индуктивност
Индуктор е електронен компонент, състоящ се от намотка от жица с електрически ток, протичащ през нея, създаващ магнитно поле. Единицата за индуктивност е хенри (Н), кръстен на Джоузеф Хенри, американски физик, открил индуктивността независимо едновременно с английския физик Майкъл Фарадей. Една хери е количеството индуктивност, необходимо за индуциране на 1 вол електромоторна сила (електрическото налягане от енергиен източник), когато токът се променя с 1 ампер в секунда.
Едно важно приложение на индукторите в активните вериги е, че те са склонни да блокират високочестотни сигнали, докато пропускат колебанията с по-ниска честота. Обърнете внимание, че това е обратната функция на кондензаторите. Комбинирането на двата компонента във верига може селективно да филтрира или генерира трептения с почти всяка желана честота.
С появата на интегрални схеми, като микрочипове, индукторите стават все по-рядко срещани, тъй като 3D намотките са изключително трудни за изработка в 2D печатни схеми. Поради тази причина микросхемите са проектирани без индуктори и вместо това използват кондензатори за постигане на същите резултати, според Майкъл Дъбсън, професор по физика в Университета на Колорадо Боулдър.
Капацитет
Капацитетът е способността на устройството да съхранява електрически заряд и като такъв електронният компонент, който съхранява електрически заряд, се нарича кондензатор. Най-ранният пример за кондензатор е бурканът Лейден. Това устройство е изобретено за съхраняване на статичен електрически заряд върху проводящо фолио, което облицова вътре и отвън стъклен буркан.
Най-простият кондензатор се състои от две плоски проводими плочи, разделени от малка празнина. Потенциалната разлика или напрежението между плочите е пропорционална на разликата в размера на заряда върху плочите. Това се изразява като Q = CV, където Q е заряд, V е напрежение и C е капацитет.
Капацитетът на кондензатора е количеството заряд, което може да съхранява за единица напрежение. Единицата за измерване на капацитет е farad (F), наречена за Faraday и се определя като капацитет за съхранение на 1 кулон заряд с приложен потенциал от 1 волт. Един кулон (С) е количеството заряд, прехвърлено с ток от 1 ампер за 1 секунда.
За да се постигне максимална ефективност, кондензаторните плочи се подреждат на слоеве или се навиват в серпентини с много малка въздушна междина между тях. Диелектричните материали - изолационни материали, които частично блокират електрическото поле между плочите, често се използват във въздушната междина. Това позволява на плочите да съхраняват повече заряд, без да извиват дъги и да се скъсяват.
Кондензаторите често се срещат в активни електронни вериги, които използват осцилиращи електрически сигнали като тези в радиостанции и аудио оборудване. Те могат да зареждат и разреждат почти мигновено, което позволява да се използват за производство или филтриране на определени честоти в вериги. Осцилиращ сигнал може да зарежда една плоча на кондензатора, докато другата плоча се освобождава, а след това, когато токът е обърнат, той ще зарежда другата плоча, докато първата плоча се освобождава.
По принцип по-високите честоти могат да преминават през кондензатора, докато по-ниските честоти са блокирани. Размерът на кондензатора определя честотата на прекъсване, за която сигналите са блокирани или оставени да преминат. Кондензаторите в комбинация могат да се използват за филтриране на избрани честоти в определен диапазон.
Суперкондензаторите се произвеждат с помощта на нанотехнологии за създаване на супер тънки слоеве материали, като графен, за постигане на капацитет, който е 10 до 100 пъти по-голям от конвенционалните кондензатори със същия размер; но те имат много по-бавни времена на реакция от конвенционалните диелектрични кондензатори, така че те не могат да се използват в активни вериги. От друга страна, понякога те могат да се използват като източник на енергия в определени приложения, например в чипове на компютърна памет, за да се предотврати загуба на данни при прекъсване на основната мощност.
Кондензаторите също са критични компоненти на устройствата за синхронизация, като тези, разработени от SiTime, компания със седалище в Калифорния. Тези устройства се използват в голямо разнообразие от приложения, от мобилни телефони до високоскоростни влакове и търговия на фондовия пазар. Известно като MEMS (микроелектромеханични системи), мъничкото устройство за синхронизация разчита на кондензаторите, за да функционират правилно. "Ако резонаторът няма подходящ кондензатор и капацитет за натоварване, веригата за синхронизация няма да се стартира надеждно и в някои случаи спира напълно да се колебае", казва Пиюш Севалия, изпълнителен вицепрезидент по маркетинг в SiTime.
Тази статия е актуализирана на 16 януари 2019 г. от сътрудника на науката на живо Рейчъл Рос.
