Elektroniskās shēmas ir neatņemama sastāvdaļa gandrīz visiem tehnoloģiskajiem sasniegumiem, kas mūsdienās notiek. Televizors, radio, tālruņi un datori tūlīt ienāk prātā, bet elektronika tiek izmantota arī automašīnās, virtuves ierīcēs, medicīnas iekārtās un rūpnieciskajā kontrolē. Šo ierīču centrā ir aktīvie komponenti vai shēmas komponenti, piemēram, pusvadītāji, kas elektroniski kontrolē elektronu plūsmu. Tomēr šīs ierīces nevarēja darboties bez daudz vienkāršākiem, pasīviem komponentiem, kas pirms pusvadītājiem ved daudzus gadu desmitus atpakaļ. Atšķirībā no aktīvajiem komponentiem, pasīvie komponenti, piemēram, rezistori, kondensatori un induktori, nevar kontrolēt elektronu plūsmu ar elektroniskiem signāliem.
Pretestība
Kā norāda nosaukums, rezistors ir elektroniska sastāvdaļa, kas pretojas elektriskās strāvas plūsmai ķēdē.
Metālos, piemēram, sudrabā vai varā, kuriem ir augsta elektriskā vadītspēja un līdz ar to zema pretestība, elektroni spēj brīvi pāriet no viena atoma uz otru ar nelielu pretestību.
Saskaņā ar HyperPhysics, fizikas resursu vietni, ko mitina Džordžijas štata universitātes fizikas un astronomijas nodaļa, ķēdes komponenta elektriskā pretestība tiek definēta kā pielietotā sprieguma attiecība pret elektrisko strāvu, kas plūst caur to. Standarta pretestības vienība ir oms, kas nosaukts vācu fiziķa Georga Simona Ohma vārdā. To definē kā pretestību ķēdē ar strāvu 1 ampēru pie 1 volta. Pretestību var aprēķināt, izmantojot Ohma likumu, kas nosaka, ka pretestība ir vienāda ar spriegumu, dalītu ar strāvu, vai R = V / I (biežāk rakstīts kā V = IR), kur R ir pretestība, V ir spriegums un I ir strāva.
Rezistorus parasti klasificē kā fiksētus vai mainīgus. Fiksētas vērtības rezistori ir vienkārši pasīvi komponenti, kuriem vienmēr ir vienāda pretestība noteiktajās strāvas un sprieguma robežās. Tie ir pieejami plašā pretestības vērtību diapazonā, no mazāk nekā 1 omi līdz vairākiem miljoniem omi.
Mainīgie rezistori ir vienkāršas elektromehāniskas ierīces, piemēram, skaļuma regulētāji un dimmera slēdži, kas maina rezistora faktisko garumu vai faktisko temperatūru, pagriežot pogu vai pārvietojot slīdņa vadības ierīci.
Indukcija
Induktors ir elektroniska sastāvdaļa, kas sastāv no stieples spoles un caur to iet elektriskā strāva, veidojot magnētisko lauku. Indukcijas vienība ir Henrijs (H), kas nosaukts pēc Džozefa Henrija, amerikāņu fiziķa, kurš patstāvīgi atklāja induktivitāti aptuveni tajā pašā laikā kā angļu fiziķis Maikls Faraday. Viena henrija ir induktivitātes daudzums, kas nepieciešams, lai izraisītu 1 volta elektromotora spēku (elektrisko spiedienu no enerģijas avota), kad strāva mainās ar ātrumu 1 ampērs sekundē.
Viens svarīgs induktoru pielietojums aktīvās ķēdēs ir tāds, ka tie mēdz bloķēt augstfrekvences signālus, ļaujot zemākas frekvences svārstībām iziet. Ņemiet vērā, ka šī ir pretēja kondensatoru funkcija. Apvienojot divus komponentus ķēdē, var selektīvi filtrēt vai radīt gandrīz jebkuras vēlamās frekvences svārstības.
Ar integrēto shēmu parādīšanos, piemēram, mikroshēmas, induktori kļūst arvien retāki, jo 3D spoles ir ārkārtīgi grūti izgatavot 2D drukātās shēmās. Šī iemesla dēļ mikroshēmas tiek veidotas bez induktoriem, un to vietā tiek izmantoti kondensatori, lai sasniegtu būtībā tādus pašus rezultātus, sacīja Kolorado Bouldera universitātes fizikas profesors Maikls Dubsons.
Kapacitāte
Kapacitāte ir ierīces spēja uzglabāt elektrisko lādiņu, un kā tādu elektronisko komponentu, kas uzglabā elektrisko lādiņu, sauc par kondensatoru. Agrākais kondensatora piemērs ir Leyden burka. Šī ierīce tika izgudrota, lai saglabātu statisku elektrisko lādiņu vadošai folijai, kas izklāta stikla burkas iekšpusē un ārpusē.
Vienkāršākais kondensators sastāv no divām plakanām vadošām plāksnēm, kuras atdala neliela atstarpe. Potenciālā starpība vai spriegums starp plāksnēm ir proporcionāls starpībai starp uzlādes daudzumu uz plāksnēm. To izsaka kā Q = CV, kur Q ir lādiņš, V ir spriegums un C ir kapacitāte.
Kondensatora kapacitāte ir uzlādes summa, ko tā var uzglabāt uz sprieguma vienību. Kapacitātes mērīšanas vienība ir farad (F), kas nosaukta par Faraday, un to definē kā spēju uzglabāt 1 lādiņa kulonu ar pielietotu 1 volta potenciālu. Viens kulons (C) ir lādiņa summa, ko pārsūta ar strāvu 1 ampēru vienā sekundē.
Lai panāktu maksimālu efektivitāti, kondensatora plāksnes tiek sakrautas kārtās vai satītas tinumos ar ļoti nelielu gaisa atstarpi starp tām. Gaisa spraugā bieži izmanto dielektriskos materiālus - izolācijas materiālus, kas daļēji bloķē elektrisko lauku starp plāksnēm. Tas ļauj plāksnēm uzglabāt lielāku lādiņu, neizliekoties un neizslēdzot to.
Kondensatori bieži atrodas aktīvās elektroniskajās shēmās, kurās tiek izmantoti svārstīgi elektriski signāli, piemēram, radioaparātos un audioiekārtās. Tie var uzlādēt un izlādēt gandrīz uzreiz, kas ļauj tos izmantot noteiktu frekvenču ģenerēšanai vai filtrēšanai ķēdēs. Svārstīgs signāls var uzlādēt vienu kondensatora plāksni, kamēr otra plāksne izlādējas, un tad, kad strāva tiek mainīta, tā uzlādēs otru plāksni, kamēr pirmā plāksne izlādējas.
Parasti augstākas frekvences var iziet cauri kondensatoram, bet zemākas frekvences tiek bloķētas. Kondensatora lielums nosaka izslēgšanas frekvenci, kurai signāli tiek bloķēti vai kuriem atļauts iziet. Kondensatorus kombinācijā var izmantot, lai filtrētu atlasītās frekvences noteiktā diapazonā.
Superkondensatorus ražo, izmantojot nanotehnoloģijas, lai izveidotu materiālu, piemēram, grafēna, supertīnus slāņus, lai panāktu kapacitāti, kas ir no 10 līdz 100 reizes lielāka par parastajiem tāda paša izmēra kondensatoriem; bet tiem ir daudz lēnāks reakcijas laiks nekā parastajiem dielektriskajiem kondensatoriem, tāpēc tos nevar izmantot aktīvās shēmās. No otras puses, dažreiz tos var izmantot kā enerģijas avotu dažās lietojumprogrammās, piemēram, datora atmiņas mikroshēmās, lai novērstu datu zudumus, kad tiek pārtraukta galvenā strāva.
Kondensatori ir arī laika noteikšanas ierīču kritiskas sastāvdaļas, piemēram, tās, kuras izstrādājis SiTime, uzņēmums, kas atrodas Kalifornijā. Šīs ierīces tiek izmantotas ļoti dažādās lietojumprogrammās, sākot no mobilajiem tālruņiem un beidzot ar ātrgaitas vilcieniem un tirdzniecību biržā. Pazīstams kā MEMS (mikroelektromehāniskās sistēmas), niecīgā laika ierīce ir pareiza, lai tā pareizi darbotos. "Ja rezonatorā nav pareizā kondensatora un slodzes kapacitātes, laika shēma neuzticami sāksies un dažos gadījumos tā vispār pārtrauks svārstīties," sacīja Piyush Sevalia, SiTime mārketinga viceprezidents.
Šo rakstu 2019. gada 16. janvārī atjaunināja Live Science līdzautore Račela Rosa.
