Elektroniske kredsløb er integrerede dele af næsten alle teknologiske fremskridt, der gøres i vores liv i dag. Fjernsyn, radio, telefoner og computere tænker øjeblikkeligt på, men elektronik bruges også i biler, køkkenmaskiner, medicinsk udstyr og industriel kontrol. I hjertet af disse enheder er aktive komponenter eller komponenter i kredsløbet, der elektronisk styrer elektronstrøm, som halvledere. Disse enheder kunne imidlertid ikke fungere uden meget enklere, passive komponenter, der foregår halvledere i mange årtier. I modsætning til aktive komponenter kan passive komponenter, såsom modstande, kondensatorer og induktorer, ikke kontrollere elektronstrømmen med elektroniske signaler.
Modstand
Som navnet antyder, er en modstand en elektronisk komponent, der modstår strømmen af elektrisk strøm i et kredsløb.
I metaller som sølv eller kobber, der har høj elektrisk ledningsevne og derfor lav modstand, er elektroner i stand til at springe frit fra det ene atom til det næste med lidt modstand.
En elektrisk modstand for en kredsløbskomponent defineres som forholdet mellem den påførte spænding og den elektriske strøm, der strømmer gennem den, ifølge HyperPhysics, et fysikressourcewebsted, der er vært for instituttet for fysik og astronomi ved Georgia State University. Standardenheden for modstand er ohm, der er opkaldt efter den tyske fysiker Georg Simon Ohm. Det er defineret som modstanden i et kredsløb med en strøm på 1 ampere ved 1 volt. Modstand kan beregnes ved hjælp af Ohms lov, der siger, at modstand er lig med spænding divideret med strøm, eller R = V / I (mere almindeligt skrevet som V = IR), hvor R er modstand, V er spænding og I er strøm.
Modstande klassificeres generelt som enten faste eller variable. Modstande med fast værdi er enkle passive komponenter, der altid har den samme modstand inden for deres foreskrevne strøm- og spændingsgrænser. De fås i en lang række modstandsværdier, fra mindre end 1 ohm til flere millioner ohm.
Variable modstande er enkle elektromekaniske enheder, såsom lydstyrkekontroller og dæmperskifte, der ændrer den effektive længde eller den effektive temperatur på en modstand, når du drejer på en drejeknap eller flytter en glidestyring.
Selvinduktion
En induktor er en elektronisk komponent, der består af en trådspole med en elektrisk strøm, der løber igennem den, hvilket skaber et magnetfelt. Enheden for induktans er henry (H), opkaldt efter Joseph Henry, en amerikansk fysiker, der opdagede induktans uafhængigt på samme tid som den engelske fysiker Michael Faraday. En henry er den mængde induktans, der kræves for at inducere 1 volt elektromotorisk kraft (det elektriske tryk fra en energikilde), når strømmen skifter med 1 ampere per sekund.
En vigtig anvendelse af induktorer i aktive kredsløb er, at de har en tendens til at blokere højfrekvente signaler, mens de lader lavere frekvensoscillationer passere. Bemærk, at dette er den modsatte funktion af kondensatorer. Kombination af de to komponenter i et kredsløb kan selektivt filtrere eller generere svingninger med næsten enhver ønsket frekvens.
Med fremkomsten af integrerede kredsløb, såsom mikrochips, bliver induktorer mindre almindelige, fordi 3D-spoler er ekstremt vanskelige at fremstille i 2D-trykte kredsløb. Af denne grund er mikrokredsløb designet uden induktorer og bruger kondensatorer i stedet for at opnå i det væsentlige de samme resultater, ifølge Michael Dubson, professor i fysik ved University of Colorado Boulder.
Kapacitans
Kapacitans er en enheds evne til at gemme elektrisk ladning, og som sådan kaldes den elektroniske komponent, der gemmer elektrisk ladning, en kondensator. Det tidligste eksempel på en kondensator er Leyden-krukken. Denne enhed blev opfundet til at opbevare en statisk elektrisk ladning på ledende folie, der foret indvendigt og udvendigt af en glasbakke.
Den enkleste kondensator består af to flade ledende plader adskilt af en lille spalte. Potentialeforskellen eller spændingen mellem pladerne er proportional med forskellen i mængden af ladning på pladerne. Dette udtrykkes som Q = CV, hvor Q er ladning, V er spænding og C er kapacitans.
Kondensatoren for en kondensator er den mængde af ladning, den kan gemme pr. Spændingsenhed. Enheden til måling af kapacitans er farad (F), opkaldt efter Faraday, og er defineret som kapaciteten til at gemme 1 coulomb af ladning med et anvendt potentiale på 1 volt. Én coulomb (C) er det beløb, der overføres med en strøm på 1 ampere på 1 sekund.
For at maksimere effektiviteten stables kondensatorplader i lag eller vikles i spoler med en meget lille luftspalte imellem. Dielektriske materialer - isolerende materialer, der delvist blokerer for det elektriske felt mellem pladerne - bruges ofte i luftspalten. Dette giver pladerne mulighed for at opbevare mere opladning uden lysbue og kortslutning.
Kondensatorer findes ofte i aktive elektroniske kredsløb, der bruger svingende elektriske signaler, såsom i radioer og lydudstyr. De kan oplades og aflades næsten øjeblikkeligt, hvilket gør det muligt for dem at blive brugt til at producere eller filtrere bestemte frekvenser i kredsløb. Et oscillerende signal kan oplade en plade i kondensatoren, mens den anden plade tømmes, og så når strømmen vendes, vil den oplade den anden plade, mens den første plade tømmes.
Generelt kan højere frekvenser passere gennem kondensatoren, mens lavere frekvenser er blokeret. Størrelsen på kondensatoren bestemmer cutoff-frekvensen, for hvilke signaler blokeres eller får lov til at passere. Kondensatorer i kombination kan bruges til at filtrere valgte frekvenser inden for et bestemt område.
Superkapacitorer fremstilles ved hjælp af nanoteknologi til at skabe supertynde lag af materialer, såsom grafen, for at opnå kapaciteter, der er 10 til 100 gange større end konventionelle kondensatorer i samme størrelse; men de har meget langsommere responstider end konventionelle dielektriske kondensatorer, så de kan ikke bruges i aktive kredsløb. På den anden side kan de undertiden bruges som en strømkilde i visse applikationer, såsom i computerhukommelseschips, for at forhindre datatab, når hovedstrømmen afbrydes.
Kondensatorer er også kritiske komponenter i tidsindretninger, såsom dem, der er udviklet af SiTime, et firma med base i Californien. Disse enheder bruges i en lang række applikationer, fra mobiltelefoner til højhastighedstog og handel på aktiemarkedet. Kendt som MEMS (mikroelektromekaniske systemer) er den lille tidsindretning afhængig af, at kondensatorer fungerer korrekt. "Hvis resonatoren ikke har den rigtige kondensator og lastkapacitans, starter timingkredsløbet ikke pålideligt, og i nogle tilfælde stopper det med at svinge helt," sagde Piyush Sevalia, koncerndirektør for marketing på SiTime.
Denne artikel blev opdateret den 16. januar 2019 af Live Science-bidragyder Rachel Ross.
