Elektroonilised vooluringid on peaaegu kõigi tänapäeva tehnoloogiliste edusammude lahutamatud osad. Televiisor, raadio, telefonid ja arvutid tulevad kohe meelde, kuid elektroonikat kasutatakse ka autodes, köögiseadmetes, meditsiiniseadmetes ja tööstuslikes juhtimisseadmetes. Nende seadmete keskmes on pooljuhid aktiivsed komponendid või vooluahela komponendid, mis juhivad elektronide voolu elektrooniliselt. Need seadmed ei saanud aga töötada ilma palju lihtsamate, passiivsete komponentideta, mis eeldasid pooljuhte mitu aastakümmet. Erinevalt aktiivsetest komponentidest ei saa passiivkomponendid, nagu takistid, kondensaatorid ja induktiivpoolid, elektronide voogu juhtida elektrooniliste signaalidega.
Vastupanu
Nagu nimigi ütleb, on takisti elektrooniline komponent, mis takistab voolu voolu vooluringis.
Metallides, nagu hõbe või vask, millel on kõrge elektrijuhtivus ja seetõttu madal takistusjõud, suudavad elektronid vabalt liikuda ühe aatomi juurest teise juurde vähese takistusega.
Ahela komponendi elektritakistust määratletakse rakendatud pinge ja sellest läbi voolava elektrivoolu suhtena, teatas HyperPhysics, füüsikaressursside veebisait, mida haldab Georgia osariigi ülikooli füüsika ja astronoomia osakond. Takistuse standardühik on oom, mis on nimetatud saksa füüsiku Georg Simon Ohmi järgi. See on määratletud kui takistus vooluahelas, mille voolutugevus on 1 amprine ja 1 volti. Takistust saab arvutada Ohmi seaduse järgi, mille kohaselt takistus võrdub pinge jagatud vooluga või R = V / I (tavaliselt kirjutatakse kui V = IR), kus R on takistus, V on pinge ja I on voolutugevus.
Takistid klassifitseeritakse tavaliselt fikseeritud või muutuvateks. Fikseeritud väärtusega takistid on lihtsad passiivkomponendid, millel on alati sama takistus ettenähtud voolu- ja pingepiirides. Neid on saadaval laias takistusväärtuste vahemikus, vähem kui 1 oom kuni mitu miljonit oomi.
Muudetavad takistid on lihtsad elektromehaanilised seadmed, näiteks helitugevuse regulaatorid ja hämarlülitid, mis muudavad nupu keerates või libisemise juhtnuppu liigutades takisti tegelikku pikkust või tegelikku temperatuuri.
Induktiivsus
Induktiivpool on elektrooniline komponent, mis koosneb traadi mähisest, mille läbiv elektrivool tekitab magnetvälja. Induktiivsuse mõõtühik on henry (H), mis on nimetatud ameerika füüsiku Joseph Henry järgi, kes avastas induktiivsuse iseseisvalt umbes samal ajal kui inglise füüsik Michael Faraday. Üks henry on induktiivsuse hulk, mis on vajalik 1 volti elektrimootori jõu (energiaallikast tuleneva elektrirõhu) indutseerimiseks, kui voolutugevus on 1 amprit sekundis.
Induktorite üheks oluliseks rakenduseks aktiivsetes vooluahelates on see, et nad kipuvad blokeerima kõrgsagedussignaale, lastes samal ajal madalama sagedusega võnkumistel mööda minna. Pange tähele, et see on kondensaatorite vastupidine funktsioon. Kahe komponendi ühendamine ahelas võib selektiivselt filtreerida või genereerida võnkeid peaaegu igal soovitud sagedusel.
Integreeritud vooluahelate, näiteks mikrokiipide tulekuga on induktiivpoolid üha levinumad, kuna 3D-mähiseid on 2D-trükitud vooluahelates äärmiselt keeruline valmistada. Colorado Boulderi ülikooli füüsikaprofessori Michael Dubsoni sõnul on mikrolülitused konstrueeritud ilma induktiivpoolita ja nende asemel kasutatakse kondensaatoreid, et saavutada põhimõtteliselt samad tulemused.
Mahtuvus
Mahtuvus on seadme võime säilitada elektrilaengut ja sellisena nimetatakse elektrilaengut salvestavat elektroonilist komponenti kondensaatoriks. Varaseim näide kondensaatori kohta on Leydensi purk. See seade loodi staatilise elektrilaengu hoidmiseks juhtivast kilest, mis vooderdas klaaspurgi seest ja väljast.
Lihtsaim kondensaator koosneb kahest lamedalt juhtivast plaadist, mis on eraldatud väikese tühimikuga. Plaatide potentsiaalne erinevus ehk pinge on võrdeline plaatidel oleva laengu koguse erinevusega. Seda väljendatakse kui Q = CV, kus Q on laeng, V on pinge ja C on mahtuvus.
Kondensaatori mahtuvus on laengu summa, mida see suudab hoida ühe pingeühiku kohta. Mahtuvuse mõõtmise ühik on farad (F), mis on nimetatud Faraday jaoks ja mida määratletakse kui võimet hoida ühte laadimiskulbi, mille rakenduspotentsiaal on 1 volt. Üks kulb (C) on voolutugevuselt 1 amper 1 sekundis kantav laengu summa.
Tõhususe maksimeerimiseks on kondensaatoriplaadid kihiti virnastatud või mähitud mähistesse, mille vahel on väga väike õhuvahe. Dielektrilisi materjale - isoleermaterjale, mis osaliselt blokeerivad plaatide vahelist elektrivälja - kasutatakse sageli õhuvahe sees. See võimaldab plaatidel salvestada rohkem laengu ilma kaardu ja lühiseta.
Kondensaatoreid leidub sageli aktiivsetes elektroonilistes vooluahelates, mis kasutavad võnkuvaid elektrilisi signaale, näiteks raadiodes ja heliseadmetes. Need saavad laadida ja tühjeneda peaaegu kohe, mis võimaldab neid kasutada ahelate teatud sageduste tootmiseks või filtreerimiseks. Võnkesignaal võib laadida kondensaatori ühte plaati, samal ajal kui teine plaat tühjeneb, ja kui vool on vastupidine, laadib see teise plaadi, kuni esimene plaat tühjeneb.
Üldiselt võivad kõrgemad sagedused läbida kondensaatori, madalamad sagedused aga blokeeritakse. Kondensaatori suurus määrab piirsageduse, mille jaoks signaalid blokeeritakse või lastakse neil edasi minna. Kondensaatoreid koos saab kasutada valitud sageduste filtreerimiseks kindlaksmääratud vahemikus.
Superkondensaatoreid toodetakse nanotehnoloogia abil, et luua materjalide, näiteks grafeeni, supertiinikihid, et saavutada võimsusi, mis on 10–100 korda suuremad kui sama suurusega tavalistel kondensaatoritel; kuid nende reageerimisajad on palju aeglasemad kui tavaliste dielektriliste kondensaatorite puhul, mistõttu neid ei saa aktiivsetes vooluringides kasutada. Teisest küljest saab neid mõnikord kasutada teatud energiaallikates, näiteks arvutimälu kiipides, energiaallikana, et vältida peamise toite katkemise korral andmete kadumist.
Kondensaatorid on ka ajastusseadmete kriitilised komponendid, näiteks need, mille on välja töötanud Californias asuv ettevõte SiTime. Neid seadmeid kasutatakse väga erinevates rakendustes, alates mobiiltelefonidest kuni kiirrongide ja aktsiatega kauplemiseni. Mikroelektromehaaniliste süsteemide nime all tuntud MEMS-süsteemina toetub pisike ajastusseade korralikult töötamiseks kondensaatoritele. "Kui resonaatoril pole õiget kondensaatorit ja koormusmahtuvust, ei käivitu ajastusahel usaldusväärselt ja mõnel juhul peatub see ostsillatsioon," ütles SiTime'i turunduse asepresident Piyush Sevalia.
Seda artiklit värskendas 16. jaanuaril 2019 Live Science'i kaastöötaja Rachel Ross.
