Elektronické obvody jsou nedílnou součástí téměř všech technologických pokroků, které se v našem životě dosahují. Televize, rádio, telefony a počítače si okamžitě uvědomí, ale elektronika se také používá v automobilech, kuchyňských spotřebičích, lékařském vybavení a průmyslových kontrolách. Jádrem těchto zařízení jsou aktivní komponenty nebo komponenty obvodu, které elektronicky řídí tok elektronů, jako polovodiče. Tato zařízení však nemohla fungovat bez mnohem jednodušších, pasivních komponent, které předcházejí polovodiče o mnoho desetiletí. Na rozdíl od aktivních komponent, pasivní komponenty, jako jsou rezistory, kondenzátory a induktory, nemohou řídit elektronový tok elektronickými signály.
Odpor
Jak jeho název napovídá, rezistor je elektronická součást, která odolává toku elektrického proudu v obvodu.
V kovech, jako je stříbro nebo měď, které mají vysokou elektrickou vodivost a tudíž nízkou rezistivitu, jsou elektrony schopny volně přeskočit z jednoho atomu na druhý s malým odporem.
Elektrický odpor složky obvodu je definován jako poměr přivedeného napětí k elektrickému proudu, který jím protéká, podle HyperPhysics, webové stránky fyzických zdrojů hostované katedrou fyziky a astronomie na Georgia State University. Standardní jednotkou pro odpor je ohm, který je pojmenován podle německého fyzika Georga Simona Ohma. Je definován jako odpor v obvodu s proudem 1 ampér při 1 voltu. Odpor lze vypočítat pomocí Ohmova zákona, který uvádí, že odpor se rovná napětí dělenému proudem, nebo R = V / I (častěji psané jako V = IR), kde R je odpor, V je napětí a I je proud.
Rezistory jsou obecně klasifikovány jako pevné nebo variabilní. Rezistory s pevnou hodnotou jsou jednoduché pasivní součásti, které mají vždy stejný odpor v rámci předepsaných limitů proudu a napětí. Jsou k dispozici v široké škále hodnot odporu, od méně než 1 ohmu do několika milionů ohmů.
Variabilní rezistory jsou jednoduchá elektromechanická zařízení, jako jsou ovladače hlasitosti a spínače stmívače, které mění skutečnou délku nebo efektivní teplotu rezistoru, když otočíte knoflíkem nebo posunete posuvné ovládání.
Indukčnost
Induktor je elektronická součást sestávající z cívky drátu s elektrickým proudem, který jím protéká a vytváří magnetické pole. Jednotkou pro indukčnost je henry (H), pojmenovaná po Josephu Henrymu, americkém fyzikovi, který objevil indukčnost nezávisle přibližně ve stejnou dobu jako anglický fyzik Michael Faraday. Jeden henry je množství indukčnosti, které je nutné k vyvolání 1 voltu elektromotorické síly (elektrický tlak ze zdroje energie), když se proud mění rychlostí 1 ampér za sekundu.
Jednou z důležitých aplikací induktorů v aktivních obvodech je to, že mají tendenci blokovat vysokofrekvenční signály, zatímco nechávají projít nízkofrekvenční oscilace. Toto je opačná funkce kondenzátorů. Kombinace těchto dvou složek v obvodu může selektivně filtrovat nebo generovat kmity téměř libovolné požadované frekvence.
S příchodem integrovaných obvodů, jako jsou mikročipy, se induktory stávají méně běžnými, protože 3D cívky jsou velmi obtížně vyrobitelné ve 2D plošných spojích. Z tohoto důvodu jsou mikroobvody navrženy bez induktorů a místo toho používají kondenzátory, aby dosáhly v podstatě stejných výsledků, tvrdí Michael Dubson, profesor fyziky na University of Colorado Boulder.
Kapacita
Kapacitní kapacita je schopnost zařízení ukládat elektrický náboj, a jako taková se elektronická součást, která ukládá elektrický náboj, nazývá kondenzátor. Nejčasnějším příkladem kondenzátoru je Leydenova nádoba. Toto zařízení bylo vynalezeno pro uložení statického elektrického náboje na vodivé fólii, která lemovala vnitřní a vnější stranu skleněné nádoby.
Nejjednodušší kondenzátor se skládá ze dvou plochých vodivých desek oddělených malou mezerou. Potenciální rozdíl nebo napětí mezi deskami je úměrné rozdílu ve výši náboje na deskách. Toto je vyjádřeno jako Q = CV, kde Q je náboj, V je napětí a C je kapacita.
Kapacitní odpor kondenzátoru je množství náboje, které lze uložit na jednotku napětí. Jednotkou pro měření kapacity je farad (F), pojmenovaný pro Faraday, a je definována jako kapacita pro uložení 1 coulombu náboje s použitým potenciálem 1 voltu. Jeden coulomb (C) je množství náboje přeneseného proudem 1 ampér za 1 sekundu.
Aby se maximalizovala účinnost, jsou kondenzátorové desky naskládány do vrstev nebo navinuté ve svitcích s velmi malou vzduchovou mezerou mezi nimi. Dielektrické materiály - izolační materiály, které částečně blokují elektrické pole mezi deskami - se často používají ve vzduchové mezeře. To umožňuje, aby desky ukládaly více náboje bez oblouku a zkratování.
Kondenzátory se často nacházejí v aktivních elektronických obvodech, které používají kmitající elektrické signály, jako jsou signály v rádiích a zvukových zařízeních. Mohou se nabíjet a vybíjet téměř okamžitě, což jim umožňuje použít k vytváření nebo filtrování určitých kmitočtů v obvodech. Oscilační signál může nabíjet jednu desku kondenzátoru, zatímco se druhá deska vybíjí, a poté, když se proud obrátí, nabije druhou desku, zatímco se první deska vybije.
Obecně mohou kondenzátory procházet vyšší frekvence, zatímco nižší frekvence jsou blokovány. Velikost kondenzátoru určuje mezní kmitočet, pro který jsou signály blokovány nebo dovoleno procházet. Kondenzátory v kombinaci lze použít k filtrování vybraných kmitočtů v určitém rozsahu.
Superkondenzátory se vyrábějí pomocí nanotechnologií k vytváření superthinových vrstev materiálů, jako je grafen, k dosažení kapacit, které jsou 10 až 100krát větší než u konvenčních kondenzátorů stejné velikosti; ale mají mnohem pomalejší dobu odezvy než běžné dielektrické kondenzátory, takže je nelze použít v aktivních obvodech. Na druhé straně mohou být někdy použity jako zdroj energie v určitých aplikacích, například v počítačových paměťových čipech, aby se zabránilo ztrátě dat při výpadku hlavního napájení.
Kondenzátory jsou také důležitými součástmi časovacích zařízení, jako jsou ty, které vyvinula společnost SiTime, společnost se sídlem v Kalifornii. Tato zařízení se používají v široké škále aplikací, od mobilních telefonů po vysokorychlostní vlaky a obchodování na akciovém trhu. Malé časovací zařízení, známé jako MEMS (microelectromechanical systems), spoléhá na správnou funkci kondenzátorů. "Pokud rezonátor nemá správný kondenzátor a zátěžovou kapacitu, časovací obvod se nespustí spolehlivě a v některých případech přestane oscilovat úplně," řekl Piyush Sevalia, výkonný viceprezident marketingu v SiTime.
Tento článek byl aktualizován 16. ledna 2019 přispěvatelem Live Science Rachel Rossovou.
