Elektroniske kretsløp er integrerte deler av nesten alle teknologiske fremskritt som gjøres i våre liv i dag. Fjernsyn, radio, telefoner og datamaskiner kommer øyeblikkelig opp i tankene, men elektronikk brukes også i biler, kjøkkenutstyr, medisinsk utstyr og industriell kontroll. I hjertet av disse enhetene er aktive komponenter, eller komponenter i kretsen som elektronisk styrer elektronstrøm, som halvledere. Imidlertid kunne disse enhetene ikke fungere uten mye enklere, passive komponenter som foregår halvledere i mange tiår. I motsetning til aktive komponenter, kan ikke passive komponenter, som motstander, kondensatorer og induktorer, kontrollere elektronstrømmen med elektroniske signaler.
Motstand
Som navnet tilsier, er en motstand en elektronisk komponent som motstår strømmen av elektrisk strøm i en krets.
I metaller som sølv eller kobber, som har høy elektrisk ledningsevne og derfor lav resistivitet, er elektronene i stand til å hoppe fritt fra det ene atom til det neste, med liten motstand.
Den elektriske motstanden til en kretskomponent er definert som forholdet mellom den påførte spenningen og den elektriske strømmen som strømmer gjennom den, i følge HyperPhysics, et nettsted for fysikkressurser som er vert for instituttet for fysikk og astronomi ved Georgia State University. Standard enhet for motstand er ohm, som er oppkalt etter den tyske fysikeren Georg Simon Ohm. Det er definert som motstanden i en krets med en strøm på 1 ampere ved 1 volt. Motstand kan beregnes ved å bruke Ohms lov, som sier at motstand er lik spenning delt med strøm, eller R = V / I (mer ofte skrevet som V = IR), der R er motstand, V er spenning og I er strøm.
Motstander er generelt klassifisert som enten faste eller variable. Motstander med fast verdi er enkle passive komponenter som alltid har samme motstand innenfor de foreskrevne strøm- og spenningsgrensene. De er tilgjengelige i et bredt spekter av motstandsverdier, fra mindre enn 1 ohm til flere millioner ohm.
Variable motstander er enkle elektromekaniske enheter, for eksempel volumkontroller og dimmerbrytere, som endrer den effektive lengden eller den effektive temperaturen på en motstand når du vrir på en knapp eller beveger en lysbildekontroll.
Induktans
En induktor er en elektronisk komponent som består av en trådspole med en elektrisk strøm som løper gjennom den, og skaper et magnetfelt. Enheten for induktans er henry (H), oppkalt etter Joseph Henry, en amerikansk fysiker som oppdaget induktans uavhengig omtrent samtidig med den engelske fysikeren Michael Faraday. En henry er den induktansmengden som kreves for å indusere 1 volt elektromotorisk kraft (det elektriske trykket fra en energikilde) når strømmen endres med 1 ampere per sekund.
En viktig anvendelse av induktorer i aktive kretser er at de har en tendens til å blokkere høyfrekvente signaler mens de lar frekvenssvingninger passere. Merk at dette er den motsatte funksjonen til kondensatorer. Å kombinere de to komponentene i en krets kan selektivt filtrere eller generere svingninger med nesten hvilken som helst ønsket frekvens.
Med bruk av integrerte kretsløp, for eksempel mikrobrikker, blir induktorer mindre vanlige, fordi 3D-spiraler er ekstremt vanskelige å fremstille i 2D-trykte kretsløp. Av denne grunn er mikrokretser designet uten induktorer og bruker kondensatorer i stedet for å oppnå i hovedsak de samme resultatene, ifølge Michael Dubson, professor i fysikk ved University of Colorado Boulder.
Kapasitans
Kapasitans er en enhets evne til å lagre elektrisk ladning, og som sådan kalles den elektroniske komponenten som lagrer elektrisk ladning en kondensator. Det tidligste eksemplet på en kondensator er Leyden-krukken. Denne enheten ble oppfunnet for å lagre en statisk elektrisk ladning på ledende folie som foret innsiden og utsiden av en glasskrukke.
Den enkleste kondensatoren består av to flate ledningsplater atskilt med et lite gap. Potensialforskjellen eller spenningen mellom platene er proporsjonal med forskjellen i ladningsmengden på platene. Dette uttrykkes som Q = CV, hvor Q er lading, V er spenning og C er kapasitans.
Kondensatoren til en kondensator er mengden ladning den kan lagre per spenningsenhet. Enheten for måling av kapasitans er farad (F), oppkalt etter Faraday, og er definert som kapasiteten til å lagre 1 ladning med et anvendt potensial på 1 volt. Én coulomb (C) er lademengden som overføres med en strøm på 1 ampere i løpet av 1 sekund.
For å maksimere effektiviteten, blir kondensatorplatene stablet i lag eller viklet i spoler med en veldig liten luftspalte mellom seg. Dielektriske materialer - isolerende materialer som delvis blokkerer det elektriske feltet mellom platene - blir ofte brukt i luftspalten. Dette gjør at platene kan lagre mer lading uten lysbue og kortslutning.
Kondensatorer finnes ofte i aktive elektroniske kretsløp som bruker svingende elektriske signaler som for eksempel i radioer og lydutstyr. De kan lade og lades ut nesten øyeblikkelig, noe som gjør at de kan brukes til å produsere eller filtrere bestemte frekvenser i kretsløp. Et oscillerende signal kan lade den ene platen på kondensatoren mens den andre platen tømmes, og deretter når strømmen reverseres, vil den lade den andre platen mens den første platen tømmes.
Generelt kan høyere frekvenser passere gjennom kondensatoren, mens lavere frekvenser er blokkert. Størrelsen på kondensatoren bestemmer avkoblingsfrekvensen som signalene blokkeres for eller får lov til å passere. Kondensatorer i kombinasjon kan brukes til å filtrere valgte frekvenser innenfor et spesifisert område.
Superkondensatorer produseres ved hjelp av nanoteknologi for å lage supertynne lag av materialer, for eksempel grafen, for å oppnå kapasiteter som er 10 til 100 ganger større enn konvensjonelle kondensatorer i samme størrelse; men de har mye tregere responstid enn konvensjonelle dielektriske kondensatorer, så de kan ikke brukes i aktive kretsløp. På den annen side kan de noen ganger brukes som strømkilde i visse applikasjoner, for eksempel i datamaskinminnebrikker, for å forhindre tap av data når hovedstrømmen kuttes.
Kondensatorer er også kritiske komponenter i tidsinnretninger, for eksempel de som er utviklet av SiTime, et selskap med base i California. Disse enhetene brukes i en rekke bruksområder, fra mobiltelefoner til høyhastighetstog og handel på aksjemarkedet. Den lille tidsstyringsenheten, kjent som MEMS (mikroelektromekaniske systemer), er avhengig av at kondensatorene fungerer som de skal. "Hvis resonatoren ikke har riktig kondensator og lastkapasitans, vil ikke timingkretsen starte opp pålitelig, og i noen tilfeller slutter den å svinge helt," sier Piyush Sevalia, konserndirektør for markedsføring på SiTime.
Denne artikkelen ble oppdatert 16. januar 2019 av Live Science-bidragsyter Rachel Ross.
