Az elektronikus áramkörök a mai életünkben szinte valamennyi technológiai fejlődés szerves részét képezik. A televízió, a rádió, a telefonok és a számítógépek azonnal eszébe jutnak, ám az elektronikát autókban, konyhai eszközökben, orvosi berendezésekben és ipari vezérlőkben is használják. Ezen eszközök középpontjában az aktív alkatrészek vagy az áramkör olyan komponensei vannak, amelyek elektronikusan irányítják az elektronáramot, mint például a félvezetők. Ezek az eszközök azonban nem tudtak működni sokkal egyszerűbb, passzív alkatrészek nélkül, amelyek sokévesen megelőzik a félvezetőket. Az aktív komponensektől eltérően, a passzív alkatrészek, például ellenállások, kondenzátorok és induktorok, nem képesek elektronikus jelekkel irányítani az elektronáramot.
Ellenállás
Amint a neve is sugallja, az ellenállás olyan elektronikus elem, amely ellenáll az áramkör áramlásának.
Olyan fémekben, mint az ezüst vagy a réz, amelyek nagy elektromos vezetőképességgel és ezért alacsony ellenállásúak, az elektronok szabadon ugorhatnak át egyik atomról a másikra, kis ellenállás mellett.
A HyperPhysics szerint egy áramköri elem elektromos ellenállása az alkalmazott feszültség és az rajta áramló áram közötti arányának felel meg. A HyperPhysics egy fizikai erőforrás-webhelyről számol be, amelyet a Georgia State University fizikai és csillagászati tanszéke vezet. Az ellenállás standard mértéke az ohm, amelyet Georg Simon Ohm német fizikusnak neveztek el. Ez az ellenállás egy áramkörben, amelynek áram ára 1 amper és 1 volt. Az ellenállás kiszámítható az Ohmi törvény alkalmazásával, amely kimondja, hogy az ellenállás megegyezik a feszültségnek az árammal osztva, vagy R = V / I (általában V = IR), ahol R ellenállás, V feszültség és I áram.
Az ellenállásokat általában rögzített vagy változó kategóriába sorolják. A fix értékű ellenállások egyszerű passzív alkatrészek, amelyek mindig azonos ellenállással rendelkeznek az előírt áram- és feszültséghatárokon belül. Ellenállás-értékek széles tartományában kaphatók, kevesebb mint 1 ohmtól több millió ohmig.
A változó ellenállások egyszerű elektromechanikus eszközök, például hangerőszabályzók és dimmerkapcsolók, amelyek megváltoztatják az ellenállás tényleges hosszúságát vagy effektív hőmérsékletét, amikor egy gombot elforganak, vagy a tolóvezérlőt mozgatják.
Induktivitás
Az induktor egy elektronikus alkatrész, amely vezetéktekercsből áll, és rajta áthaladó elektromos áram mágneses mezőt hoz létre. Az induktivitás mértéke a henry (H), amelyet Joseph Henry, az amerikai fizikus elnevezése alapján kaptak, aki az induktivitást függetlenül fedezte fel, körülbelül egy időben az angol fizikus Michael Faraday-val. Egy henry az az induktanciamennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 volt elektromotoros erőt (az energiaforrás elektromos nyomása) indukáljon, amikor az áram másodpercenként 1 amper sebességgel változik.
Az induktorok egyik fontos alkalmazása az aktív áramkörökben az, hogy hajlamosak blokkolni a magas frekvenciájú jeleket, miközben hagyják, hogy az alacsonyabb frekvenciájú rezgések áthaladjanak. Vegye figyelembe, hogy ez a kondenzátorok ellentétes funkciója. A két komponens kombinálása egy áramkörben szelektíven szűrheti vagy generálhat szinte bármilyen kívánt frekvenciát.
Az integrált áramkörök, például a mikrochip megjelenésével az induktorok ritkábbak, mivel a 3D tekercseket rendkívül nehéz gyártani a 2D nyomtatott áramkörökben. Michael Dubson, a Colorado Egyetem Boulder Egyetem fizikai professzora szerint ezért a mikroáramkört induktorok nélkül és kondenzátorok felhasználásával tervezték, hogy lényegében azonos eredményeket érjenek el.
Kapacitancia
A kapacitás egy eszköz azon képessége, hogy tárolja az elektromos töltést, és mint ilyen, az elektromos töltést tároló elektronikus alkatrészt kondenzátornak nevezzük. A kondenzátor legkorábbi példája a Leyden jar. Ezt az eszközt egy statikus elektromos töltés tárolására szolgáló vezető fólián tárolták, amely az üvegedény belső és külső részét béleli.
A legegyszerűbb kondenzátor két lapos vezetőlemezből áll, amelyeket egy kis rés választ el egymástól. A lemezek közötti potenciális különbség vagy feszültség arányos a lemezek töltési mennyiségének különbségével. Ezt Q = CV-ben fejezik ki, ahol Q töltés, V feszültség és C kapacitás.
A kondenzátor kapacitása az a töltésmennyiség, amelyet egy feszültség egységre képes tárolni. A kapacitásmérés mértékegysége a farad (F), amelyet Faraday-nak neveznek, és azt úgy definiálják, hogy az képes egy 1 töltött tekercs tárolására, amelynek alkalmazott potenciálja 1 volt. Egy coulomb (C) az a töltésmennyiség, amelyet 1 amper áram alatt adnak át 1 másodperc alatt.
A hatékonyság maximalizálása érdekében a kondenzátorlemezeket rétegekbe rakják vagy tekercsekbe tekercselik, amelyek között nagyon kicsi a légrés. Dielektromos anyagokat - szigetelő anyagokat, amelyek részlegesen blokkolják a lemezek közötti elektromos mezőt - gyakran használják a légrésben. Ez lehetővé teszi, hogy a lemezek több töltést tárolhassanak ívezés és rövidzárlat nélkül.
A kondenzátorokat gyakran találják az aktív elektronikus áramkörökben, amelyek oszcilláló elektromos jeleket használnak, például a rádiókban és az audioberendezésekben. Szinte azonnal feltölthetik és kisüthetik, ami lehetővé teszi számukra az egyes frekvenciák előállítására vagy szűrésére az áramkörökben. Egy oszcilláló jel töltheti fel a kondenzátor egyik lemezét, míg a másik lemez kisül, és amikor az áram megfordul, akkor a másik lemezre tölti az első lemez kisülésekor.
Általában magasabb frekvenciák haladhatnak át a kondenzátoron, míg az alacsonyabb frekvenciák blokkolódnak. A kondenzátor mérete meghatározza azt a küszöbfrekvenciát, amelyen a jelek blokkolva vannak, vagy megengedik, hogy átmenjenek. A kondenzátorok együttesen felhasználhatók a kiválasztott frekvenciák szűrésére egy meghatározott tartományon belül.
A szuperkondenzátorokat nanotechnológia alkalmazásával állítják elő olyan anyagok szupertinrétegeinek létrehozására, mint például a grafén, hogy az azonos méretű hagyományos kondenzátorok kapacitása 10-100-szorosa legyen; de ezek reakcióideje sokkal lassabb, mint a hagyományos dielektromos kondenzátoroké, így nem használhatók aktív áramkörökben. Másrészt, bizonyos esetekben áramforrásként is felhasználhatók bizonyos alkalmazásokban, például a számítógépes memória chipeken, hogy megakadályozzák az adatvesztést a fő áramkimaradáskor.
A kondenzátorok az időmérő eszközök kritikus elemei is, például a SiTime, egy kaliforniai székhelyű cég által kifejlesztett termékek. Ezeket az eszközöket nagyon sokféle alkalmazásban használják, a mobiltelefonoktól a nagy sebességű vonatokig és a tőzsdei kereskedelemig. MEMS (mikroelektromechanikus rendszerek) néven ismert, az apró időmérő eszköz a megfelelő működéshez kondenzátorokra támaszkodik. "Ha a rezonátornak nincs megfelelő kondenzátora és terhelési kapacitása, akkor az időmérő áramkör nem indul el megbízhatóan, és bizonyos esetekben megáll az oszcilláció" - mondta Piyush Sevalia, a SiTime marketing ügyvezető alelnöke.
Ezt a cikket, 2019. január 16-án, a Live Science közreműködője, Rachel Ross frissítette.
