Elektronska vezja so sestavni deli skoraj vseh tehnoloških dosežkov, ki so jih dosegli v današnjem življenju. Televizija, radio, telefoni in računalniki takoj pridejo na pamet, a elektronika se uporablja tudi v avtomobilih, kuhinjskih aparatih, medicinski opremi in industrijskem nadzoru. V središču teh naprav so aktivne komponente ali komponente vezja, ki elektronsko nadzorujejo pretok elektronov, kot so polprevodniki. Vendar te naprave ne bi mogle delovati brez veliko enostavnejših, pasivnih komponent, ki so pred desetletji pred polprevodniki. Za razliko od aktivnih komponent pasivne komponente, kot so upori, kondenzatorji in induktorji, ne morejo nadzorovati pretoka elektronov z elektronskimi signali.
Odpornost
Kot pove že njegovo ime, je upor elektronska komponenta, ki se upira toku električnega toka v tokokrogu.
V kovinah, kot sta srebro ali baker, ki imajo visoko električno prevodnost in zato majhno upornost, lahko elektroni z majhnim uporom prosto preskočijo iz enega atoma na drugega.
Električni upor sestavnega dela vezja je opredeljen kot razmerje med napetostjo in napetostjo električnega toka, ki teče skozi njo, v skladu s HyperPhysics, spletno stranjo za fizikalne vire, ki jo gosti oddelek za fiziko in astronomijo na Georgia State University. Standardna enota za upor je ohm, ki je poimenovan po nemškem fiziku Georgu Simonu Ohmu. Opredeljen je kot upor v tokokrogu s tokom 1 ampera pri 1 volti. Upor je mogoče izračunati z uporabo Ohmovega zakona, ki pravi, da je upor enak napetosti, deljeni s tokom, ali R = V / I (pogosteje zapisan kot V = IR), kjer je R upor, V napetost in I tok.
Upori so običajno klasificirani kot fiksni ali spremenljivi. Upori s fiksno vrednostjo so preproste pasivne komponente, ki imajo vedno enak upor v predpisanih mejah toka in napetosti. Na voljo so v širokem razponu vrednosti upora, od manj kot 1 ohma do nekaj milijonov ohmov.
Spremenljivi upori so preproste elektromehanske naprave, kot so regulator glasnosti in zatemnilna stikala, ki spremenijo dejansko dolžino ali efektivno temperaturo upora, ko zavrtite gumb ali premaknete drsni regulator.
Induktivnost
Induktor je elektronska komponenta, sestavljena iz tuljave žice z električnim tokom, ki teče skozi njo, in ustvarja magnetno polje. Enota za induktivnost je henry (H), poimenovan po Josephu Henryju, ameriškemu fiziku, ki je induktivnost odkril neodvisno približno v istem času kot angleški fizik Michael Faraday. En henry je količina induktivnosti, ki je potrebna za induciranje 1 volt elektromotorne sile (električni tlak iz vira energije), ko se tok spreminja pri 1 amperi na sekundo.
Pomembna uporaba induktorjev v aktivnih tokokrogih je, da težijo k blokiranju visokofrekvenčnih signalov, medtem ko nihanja nižje frekvence prehajajo. Upoštevajte, da je to nasprotna funkcija kondenzatorjev. Če združite dve komponenti v vezju, lahko selektivno filtrirate ali ustvarite nihanja skoraj katere koli želene frekvence.
S pojavom integriranih vezij, kot so mikročipi, so induktorji vedno manj pogosti, saj je 3D tuljave izjemno težko izdelati v 2D tiskanih vezjih. Zaradi tega so mikro vezja zasnovana brez induktorjev in namesto tega uporabljajo kondenzatorje, da dosežejo enake rezultate, pravi Michael Dubson, profesor fizike na univerzi Colorado Boulder.
Zmogljivost
Zmogljivost je zmožnost naprave za shranjevanje električnega naboja, zato se elektronska komponenta, ki hrani električni naboj, imenuje kondenzator. Najzgodnejši primer kondenzatorja je kozarec Leyden. Ta naprava je bila izumljena za shranjevanje statičnega električnega naboja na prevodni foliji, ki je obložila notranjost in zunanjost steklenega kozarca.
Najenostavnejši kondenzator je sestavljen iz dveh ravnih prevodnih plošč, ločenih z majhno vrzeljo. Potencialna razlika ali napetost med ploščami je sorazmerna z razliko v količini naboja na ploščah. To je izraženo kot Q = CV, kjer je Q naboj, V napetost in C kapacitivnost.
Kapaciteta kondenzatorja je količina naboja, ki ga lahko shrani na enoto napetosti. Enota za merjenje kapacitivnosti je farad (F), poimenovana po Faradayu, in je opredeljena kot zmogljivost za shranjevanje 1 kulona napolnjenega s potencialom 1 volt. En coulomb (C) je količina naboja, ki se v 1 sekundi prenese s tokom 1 ampera.
Za povečanje učinkovitosti so kondenzatorske plošče zložene v plasteh ali navite v tuljave z zelo majhno zračno režo med njimi. V zračni reži se pogosto uporabljajo dielektrični materiali - izolacijski materiali, ki delno blokirajo električno polje med ploščami. To omogoča ploščam, da shranijo več napolnjenosti, ne da bi se ločile in izklopile.
Kondenzatorji pogosto najdemo v aktivnih elektronskih vezjih, ki uporabljajo nihajoče električne signale, kot so na primer radio in avdio oprema. Lahko napolnijo in izpraznijo skoraj v trenutku, kar jim omogoča, da proizvajajo ali filtrirajo določene frekvence v vezjih. Nihajni signal lahko napolni eno ploščo kondenzatorja, medtem ko se druga plošča izprazni, nato pa, ko je tok obrnjen, napolni drugo ploščo, medtem ko se prva plošča izprazni.
Na splošno lahko skozi kondenzator prehajajo višje frekvence, nižje frekvence pa so blokirane. Velikost kondenzatorja določa frekvenco meje, za katero so blokirani ali dovoljeni signali. Kondenzatorji v kombinaciji se lahko uporabljajo za filtriranje izbranih frekvenc v določenem območju.
Superkondenzatorji so izdelani z uporabo nanotehnologije, da ustvarijo tanke plasti materialov, kot je grafen, za doseganje zmogljivosti, ki so 10 do 100 krat večje od običajnih kondenzatorjev iste velikosti; vendar imajo veliko počasnejše odzivne čase kot običajni dielektrični kondenzatorji, zato jih ni mogoče uporabiti v aktivnih vezjih. Po drugi strani pa jih lahko včasih uporabimo kot vir napajanja v nekaterih aplikacijah, na primer v računalniških pomnilniških čipih, da preprečimo izgubo podatkov ob izklopu glavne moči.
Kondenzatorji so prav tako kritične komponente časovnih naprav, kot so tiste, ki jih je razvil SiTime, podjetje s sedežem v Kaliforniji. Te naprave se uporabljajo v najrazličnejših aplikacijah, od mobilnih telefonov do hitrih vlakov in trgovanja na borzi. Znana kot MEMS (mikroelektromehanski sistemi), drobna časovna naprava za pravilno delovanje temelji na kondenzatorjih. "Če resonator nima pravega kondenzatorja in obremenitve, se časovno vezje ne bo zanesljivo zagnalo in v nekaterih primerih neha v celoti nihati," je dejal Piyush Sevalia, izvršni podpredsednik trženja v SiTime.
Ta članek je 16. januarja 2019 posodobila sodelavka Science Science Rachel Ross.
