Elektronski sklopovi sastavni su dio gotovo svih tehnoloških dostignuća u našem današnjem životu. Televizija, radio, telefoni i računala odmah padaju na pamet, ali elektronika se koristi i u automobilima, kuhinjskim aparatima, medicinskoj opremi i industrijskoj kontroli. U srcu ovih uređaja su aktivne komponente ili komponente kruga koje elektronički upravljaju protokom elektrona, poput poluvodiča. Međutim, ovi uređaji ne bi mogli funkcionirati bez puno jednostavnijih, pasivnih komponenti koje su prethodile poluvodičima kroz mnogo desetljeća. Za razliku od aktivnih komponenti, pasivne komponente, poput otpornika, kondenzatora i induktora, ne mogu kontrolirati protok elektrona elektroničkim signalima.
Otpornost
Kao što mu ime govori, otpornik je elektronička komponenta koja odolijeva protoku električne struje u krugu.
U metalima poput srebra ili bakra, koji imaju visoku električnu vodljivost i stoga malu otpornost, elektroni mogu slobodno preskočiti s jednog atoma na drugi, uz mali otpor.
Električni otpor komponente kruga definira se kao omjer primijenjenog napona prema električnoj struji koja teče kroz njega, prema HyperPhysics, web lokaciji za fizičke resurse, koju je domaćin odjel fizike i astronomije na Državnom sveučilištu Georgia. Standardna jedinica za otpor je ohm, koji je dobio ime po njemačkom fizičaru Georgu Simonu Ohmu. Definira se kao otpor u strujnom krugu struje od 1 ampera na 1 volt. Otpor se može izračunati pomoću Ohmovog zakona, koji kaže da je otpor jednak naponu podijeljenom sa strujom, ili R = V / I (češće se piše kao V = IR), gdje je R otpor, V je napon, a I struja.
Otpornici se općenito klasificiraju kao fiksni ili promjenjivi. Otpori s fiksnom vrijednošću su jednostavne pasivne komponente koje uvijek imaju isti otpor unutar svojih propisanih granica struje i napona. Dostupni su u širokom rasponu vrijednosti otpora, od manje od 1 ohma do nekoliko milijuna ohma.
Promjenljivi otpornici su jednostavni elektromehanički uređaji, poput regulatora jačine zvuka i prigušivača, koji mijenjaju efektivnu duljinu ili efektivnu temperaturu otpornika kada okrenete gumb ili pomaknete klizač.
Induktanca
Induktor je elektronička komponenta koja se sastoji od zavojnice žice s električnom strujom koja prolazi kroz nju, stvarajući magnetsko polje. Jedinica za induktivnost je henry (H), nazvan po Josephu Henryju, američkom fizičaru koji je induktivitet otkrio neovisno otprilike u isto vrijeme kao i engleski fizičar Michael Faraday. Jedna henry je količina induktivnosti koja je potrebna da inducira 1 volt elektromotorne sile (električni tlak iz izvora energije) kada se struja mijenja pri 1 amperu u sekundi.
Jedna važna primjena induktora u aktivnim krugovima je ta da oni imaju tendenciju da blokiraju visokofrekventne signale dok puštaju oscilacije niže frekvencije. Imajte na umu da je to suprotna funkcija kondenzatora. Kombinacijom dvije komponente u krugu mogu se selektivno filtrirati ili generirati oscilacije gotovo bilo koje željene frekvencije.
Pojavom integriranih krugova, kao što su mikročipovi, induktori su sve rjeđi, jer je 3D zavojnice izuzetno teško izraditi u 2D tiskanim krugovima. Iz tog razloga, mikro-sklopovi su dizajnirani bez induktora i koriste kondenzatore umjesto da postignu u osnovi iste rezultate, rekao je Michael Dubson, profesor fizike na Sveučilištu Colorado Boulder.
Kapacitet
Kapacitet je sposobnost uređaja da pohranjuje električni naboj, pa se kao takav elektronička komponenta koja pohranjuje električni naboj naziva kondenzator. Najraniji primjer kondenzatora je staklenka Leyden. Ovaj je uređaj izmišljen za pohranu statičkog električnog naboja u vodljivoj foliji koja je stajala unutar i van staklene posude.
Najjednostavniji kondenzator sastoji se od dvije ravne vodljive ploče odvojene malim razmakom. Razlika potencijala ili napon između ploča proporcionalna je razlici količine naboja na pločama. To se izražava kao Q = CV, gdje je Q naboj, V je napon, a C je kapacitet.
Kapacitet kondenzatora je količina naboja koju može spremiti po jedinici napona. Jedinica za mjerenje kapacitivnosti je farad (F), nazvana po Faradayu i definirana je kao kapacitet za spremanje 1 kulonskog naboja s primijenjenim potencijalom od 1 volta. Jedan coulomb (C) je količina naboja prenesena strujom od 1 ampera u 1 sekundi.
Da bi se postigla maksimalna učinkovitost, kondenzatorske ploče složene su u slojeve ili namotane u zavojnice s vrlo malim zračnim razmakom između njih. Unutar zračnog prostora često se koriste dielektrični materijali - izolacijski materijali koji djelomično blokiraju električno polje između ploča. To omogućava pločama da spremaju više naboja bez lučenja i skraćivanja.
Kondenzatori se često nalaze u aktivnim elektroničkim krugovima koji koriste oscilirajuće električne signale, poput onih u radiju i audio opremi. Oni se mogu odmah napuniti i isprazniti, što im omogućuje upotrebu ili filtriranje određenih frekvencija u krugovima. Oscilirajući signal može napuniti jednu ploču kondenzatora dok se druga ploča isprazni, a zatim kad se struja obrne, on će napuniti drugu ploču dok se prva ploča prazni.
Općenito, veće frekvencije mogu proći kroz kondenzator, dok su niže frekvencije blokirane. Veličina kondenzatora određuje frekvenciju isključivanja za koju su blokirani ili dopušteni signali. Kondenzatori u kombinaciji mogu se koristiti za filtriranje odabranih frekvencija u određenom rasponu.
Superkondenzatori se proizvode pomoću nanotehnologije za stvaranje super tankih slojeva materijala, poput grafena, za postizanje kapaciteta koji su 10 do 100 puta veći od konvencionalnih kondenzatora iste veličine; ali oni imaju puno sporije vrijeme odziva od klasičnih dielektričnih kondenzatora, tako da ih nije moguće koristiti u aktivnim krugovima. S druge strane, oni se ponekad mogu koristiti kao izvor napajanja u određenim aplikacijama, primjerice u računalnim memorijskim čipovima, kako bi se spriječio gubitak podataka pri isključivanju glavne struje.
Kondenzatori su također kritične komponente vremenskih uređaja, poput onih koje je razvila SiTime, tvrtka sa sjedištem u Kaliforniji. Ovi se uređaji koriste u širokom rasponu aplikacija, od mobilnih telefona do brzih vlakova i trgovanja na burzi. Poznat i kao MEMS (mikroelektromehanički sustavi), maleni vremenski uređaj oslanja se na kondenzatore da pravilno funkcioniraju. "Ako rezonator nema odgovarajući kondenzator i kapacitet opterećenja, vremenski krug neće se pouzdano pokrenuti i, u nekim slučajevima, prestaje u potpunosti oscilirati", rekao je Piyush Sevalia, izvršni potpredsjednik marketinga u SiTime.
Ovaj je članak ažurirao 16. siječnja 2019. godine, suradnica Rachel Ross.
