Circuitele electronice sunt componente integrante ale aproape toate progresele tehnologice realizate în viața noastră astăzi. Televiziunea, radioul, telefoanele și calculatoarele vin imediat în minte, dar electronica este folosită și în automobile, aparate de bucătărie, echipamente medicale și controale industriale. În centrul acestor dispozitive se află componente active sau componente ale circuitului care controlează electronic fluxul de electroni, cum ar fi semiconductorii. Cu toate acestea, aceste dispozitive nu ar putea funcționa fără componente mult mai simple, pasive, care predează semiconductorii de mai multe decenii. Spre deosebire de componentele active, componentele pasive, cum ar fi rezistențele, condensatoarele și inductoarele, nu pot controla fluxul de electroni cu semnale electronice.
Rezistenţă
După cum îi spune și numele, un rezistor este o componentă electronică care rezistă fluxului de curent electric într-un circuit.
În metale precum argintul sau cupru, care au o conductivitate electrică ridicată și, prin urmare, o rezistență scăzută, electronii sunt capabili să sară liber de la un atom la altul, cu puțină rezistență.
Rezistența electrică a unei componente a circuitului este definită ca raportul dintre tensiunea aplicată și curentul electric care curge prin el, potrivit HyperPhysics, un site web de resurse fizice găzduit de departamentul de fizică și astronomie de la Universitatea de Stat din Georgia. Unitatea standard pentru rezistență este ohmul, care poartă numele fizicianului german Georg Simon Ohm. Este definit ca rezistența într-un circuit cu un curent de 1 ampere la 1 volt. Rezistența poate fi calculată folosind legea lui Ohm, care prevede că rezistența este egală cu tensiunea divizată la curent, sau R = V / I (mai des scris ca V = IR), unde R este rezistență, V este tensiune și I este curent.
Rezistențele sunt clasificate în general ca fixe sau variabile. Rezistențele cu valoare fixă sunt componente pasive simple care au întotdeauna aceeași rezistență în limitele de curent și tensiune prescrise. Sunt disponibile într-o gamă largă de valori de rezistență, de la mai puțin de 1 ohm la câteva milioane de ohmi.
Rezistențele variabile sunt dispozitive electromecanice simple, cum ar fi comenzile de volum și comutatoarele de dimmer, care schimbă lungimea efectivă sau temperatura efectivă a unui rezistor atunci când rotiți un buton sau deplasați un control al diapozitivului.
Inductanţă
Un inductor este o componentă electronică constând dintr-o bobină de sârmă cu un curent electric care circulă prin el, creând un câmp magnetic. Unitatea pentru inductanță este henry (H), numită după Joseph Henry, un fizician american care a descoperit inductanța în mod independent în același timp cu fizicianul englez Michael Faraday. Una dintre acestea este cantitatea de inductanță care este necesară pentru a induce 1 volt de forță electromotivă (presiunea electrică dintr-o sursă de energie) atunci când curentul se schimbă la 1 amperă pe secundă.
O aplicație importantă a inductorilor în circuitele active este aceea că acestea tind să blocheze semnale de înaltă frecvență în timp ce lasă oscilațiile de frecvență inferioară. Rețineți că aceasta este funcția opusă condensatorilor. Combinând cele două componente într-un circuit se poate filtra sau genera în mod selectiv oscilații de aproape orice frecvență dorită.
Odată cu apariția circuitelor integrate, cum ar fi microcipurile, inductorii devin mai puțin obișnuiți, deoarece bobinele 3D sunt extrem de dificil de fabricat în circuitele 2D. Din acest motiv, microcircuitele sunt proiectate fără inductor și utilizează condensatoare în schimb pentru a obține în esență aceleași rezultate, potrivit lui Michael Dubson, profesor de fizică la Universitatea din Colorado Boulder.
Capacitanță
Capacitanța este capacitatea unui dispozitiv de a stoca sarcina electrică și, ca atare, componenta electronică care stochează sarcina electrică se numește condensator. Primul exemplu de condensator este borcanul Leyden. Acest dispozitiv a fost inventat pentru a stoca o sarcină electrică statică pe o folie de conducere care căptușește interiorul și exteriorul unui borcan de sticlă.
Cel mai simplu condensator constă din două plăci cu conductor plat, separate printr-un mic decalaj. Diferența de potențial sau tensiunea dintre plăci este proporțională cu diferența de cantitate a încărcării pe plăci. Aceasta este exprimată ca Q = CV, unde Q este încărcată, V este tensiune și C este capacitanță.
Capacitatea unui condensator este cantitatea de încărcare pe care o poate stoca pe unitatea de tensiune. Unitatea pentru măsurarea capacitanței este faradul (F), denumit Faraday și este definită ca capacitatea de a stoca 1 coulomb de sarcină cu un potențial aplicat de 1 vol. Un coulomb (C) este cantitatea de încărcare transferată de un curent de 1 ampere în 1 secundă.
Pentru a maximiza eficiența, plăcile condensatoarelor sunt stivuite în straturi sau înfășurate în bobine cu un decalaj de aer foarte mic între ele. Materialele dielectrice - materiale izolante care blochează parțial câmpul electric între plăci - sunt adesea utilizate în golul de aer. Acest lucru permite plăcilor să stocheze mai multă taxă fără să se arcuie și să se scurteze.
Condensatoarele sunt adesea găsite în circuite electronice active care folosesc semnale electrice oscilante, precum cele din radio și echipamente audio. Se pot încărca și descărca aproape instantaneu, ceea ce le permite să fie utilizate pentru a produce sau filtra anumite frecvențe în circuite. Un semnal oscilant poate încărca o placă a condensatorului în timp ce cealaltă placă se descarcă, iar atunci când curentul este inversat, va încărca cealaltă placă în timp ce prima placă se descarcă.
În general, frecvențele mai înalte pot trece prin condensator, în timp ce frecvențele mai mici sunt blocate. Mărimea condensatorului determină frecvența de întrerupere pentru care sunt blocate sau lăsate să treacă semnalele. Condensatoarele în combinație pot fi utilizate pentru a filtra frecvențele selectate într-un interval specificat.
Supercondensatoarele sunt fabricate folosind nanotehnologie pentru a crea straturi de materiale de supertină, cum ar fi grafenul, pentru a atinge capacități de 10 până la 100 de ori mai mari decât ale condensatorilor convenționali de aceeași dimensiune; dar au timp de răspuns mult mai lent decât condensatoarele dielectrice convenționale, deci nu pot fi utilizate în circuitele active. Pe de altă parte, ele pot fi uneori utilizate ca sursă de alimentare în anumite aplicații, cum ar fi în cipurile de memorie ale computerului, pentru a preveni pierderea de date atunci când se întrerupe alimentarea principală.
Condensatoarele sunt, de asemenea, componente critice ale dispozitivelor de sincronizare, precum cele dezvoltate de SiTime, o companie cu sediul în California. Aceste dispozitive sunt utilizate într-o mare varietate de aplicații, de la telefoane mobile la trenuri de mare viteză și tranzacționare pe piața de valori. Cunoscut sub numele de MEMS (sisteme microelectromecanice), micul dispozitiv de sincronizare se bazează pe condensatoare pentru a funcționa corect. "Dacă rezonatorul nu are condensatorul și capacitatea de încărcare potrivite, circuitul de sincronizare nu va porni în mod fiabil și, în unele cazuri, va înceta să oscileze cu totul", a spus Piyush Sevalia, vicepreședintele executiv pentru marketing la SiTime.
Acest articol a fost actualizat pe 16 ianuarie 2019, de către colaboratorul Live Science, Rachel Ross.
