Elektronické obvody sú neoddeliteľnou súčasťou takmer všetkých technologických pokrokov, ktoré sa v našom živote dosahujú. Televízia, rádio, telefóny a počítače na to okamžite prídu, ale elektronika sa používa aj v automobiloch, kuchynských prístrojoch, zdravotníckom vybavení a priemyselných kontrolách. Jadrom týchto zariadení sú aktívne zložky alebo súčasti obvodu, ktoré elektronicky riadia tok elektrónov, napríklad polovodiče. Tieto zariadenia by však nemohli fungovať bez oveľa jednoduchších, pasívnych komponentov, ktoré predchádzajú polovodičom mnoho desaťročí. Na rozdiel od aktívnych komponentov, pasívne komponenty, ako napríklad rezistory, kondenzátory a induktory, nemôžu riadiť tok elektrónov pomocou elektronických signálov.
Odpor
Ako už názov napovedá, odpor je elektronická súčasť, ktorá odoláva toku elektrického prúdu v obvode.
V kovoch ako striebro alebo meď, ktoré majú vysokú elektrickú vodivosť, a teda nízku rezistivitu, sú elektróny schopné preskočiť z jedného atómu na druhý s malým odporom.
Elektrický odpor komponentu obvodu je definovaný ako pomer privedeného napätia k elektrickému prúdu, ktorý ním preteká. Podľa HyperPhysics je webová stránka fyzických zdrojov hostená Katedrou fyziky a astronómie na Štátnej univerzite v Georgii. Štandardnou jednotkou pre odpor je ohm, ktorý je pomenovaný po nemeckom fyzikovi Georgovi Simonovi Ohmovi. Je definovaný ako odpor v obvode s prúdom 1 ampér pri 1 volte. Odpor sa môže vypočítať pomocou Ohmovho zákona, ktorý uvádza, že odpor sa rovná napätiu delenému prúdom alebo R = V / I (častejšie sa označuje ako V = IR), kde R je odpor, V je napätie a I je prúd.
Rezistory sa všeobecne klasifikujú ako pevné alebo variabilné. Odpory s pevnou hodnotou sú jednoduché pasívne komponenty, ktoré majú vždy rovnaký odpor v rámci predpísaných limitov prúdu a napätia. Sú dostupné v širokej škále hodnôt odporu, od menej ako 1 ohm do niekoľkých miliónov ohmov.
Variabilné odpory sú jednoduché elektromechanické zariadenia, ako sú ovládače hlasitosti a stmievače, ktoré menia účinnú dĺžku alebo efektívnu teplotu rezistora, keď otáčate gombíkom alebo posúvate posúvač.
Indukčnosť
Induktor je elektronická súčasť pozostávajúca z cievky drôtu, cez ktorú preteká elektrický prúd a vytvára magnetické pole. Jednotkou indukčnosti je henry (H), pomenovaná po americkom fyzikovi Josephovi Henrymu, ktorý objavil indukčnosť nezávisle približne v rovnakom čase ako anglický fyzik Michael Faraday. Jeden henry je množstvo indukčnosti, ktoré je potrebné na vyvolanie 1 voltu elektromotorickej sily (elektrický tlak zo zdroja energie), keď sa prúd mení rýchlosťou 1 ampér za sekundu.
Jednou z dôležitých aplikácií induktorov v aktívnych obvodoch je to, že majú tendenciu blokovať vysokofrekvenčné signály, zatiaľ čo nechávajú prejsť nízkofrekvenčné oscilácie. Upozorňujeme, že toto je opačná funkcia kondenzátorov. Kombinácia týchto dvoch komponentov v obvode môže selektívne filtrovať alebo generovať kmity takmer ľubovoľnej požadovanej frekvencie.
S príchodom integrovaných obvodov, ako sú mikročipy, sa induktory stávajú menej bežnými, pretože 3D cievky sa dajú veľmi ťažko vyrábať v 2D tlačených obvodoch. Z tohto dôvodu sú mikroobvody navrhnuté bez induktorov a namiesto toho používajú kondenzátory na dosiahnutie v podstate rovnakých výsledkov, tvrdí Michael Dubson, profesor fyziky na University of Colorado Boulder.
Kapacitné
Kapacita je schopnosť zariadenia ukladať elektrický náboj, a preto sa elektronická súčasť, ktorá ukladá elektrický náboj, nazýva kondenzátor. Najskorším príkladom kondenzátora je Leydenova nádoba. Toto zariadenie bolo vynájdené na ukladanie statického elektrického náboja na vodivú fóliu, ktorá lemovala vnútornú a vonkajšiu stranu sklenenej nádoby.
Najjednoduchší kondenzátor pozostáva z dvoch plochých vodivých dosiek oddelených malou medzerou. Potenciálny rozdiel alebo napätie medzi doskami je úmerné rozdielu vo výške náboja na doskách. Toto je vyjadrené ako Q = CV, kde Q je náboj, V je napätie a C je kapacita.
Kapacitancia kondenzátora je množstvo náboja, ktoré je možné uložiť na jednotku napätia. Jednotkou na meranie kapacity je farad (F), pomenovaný pre Faraday, a je definovaná ako kapacita na uloženie 1 coulomb náboja s aplikovaným potenciálom 1 volt. Jeden coulomb (C) je množstvo náboja preneseného prúdom 1 ampér za 1 sekundu.
Aby sa maximalizovala účinnosť, doskové kondenzátory sa ukladajú do vrstiev alebo sa navíjajú do cievok s veľmi malou vzduchovou medzerou medzi nimi. Dielektrické materiály - izolačné materiály, ktoré čiastočne blokujú elektrické pole medzi doskami - sa často používajú vo vzduchovej medzere. To umožňuje doskám ukladať viac náboja bez toho, aby došlo k ich oblúku a skratu.
Kondenzátory sa často nachádzajú v aktívnych elektronických obvodoch, ktoré používajú kmitajúce elektrické signály, napríklad signály v rádiách a zvukových zariadeniach. Môžu sa nabíjať a vybíjať takmer okamžite, čo umožňuje ich použitie na vytváranie alebo filtrovanie určitých frekvencií v obvodoch. Oscilačný signál môže nabíjať jednu dosku kondenzátora, zatiaľ čo druhá doska vybíja, a potom, keď je prúd obrátený, bude nabíjať druhú dosku, zatiaľ čo sa prvá doska vybíja.
Vo všeobecnosti môžu kondenzátory prechádzať vyššie frekvencie, zatiaľ čo nižšie frekvencie sú blokované. Veľkosť kondenzátora určuje medznú frekvenciu, pre ktorú sú signály blokované alebo umožnené prejsť. Kondenzátory v kombinácii je možné použiť na filtrovanie vybraných frekvencií v stanovenom rozsahu.
Superkondenzátory sa vyrábajú pomocou nanotechnológií na vytváranie super tenkých vrstiev materiálov, napríklad grafénu, aby sa dosiahli kapacity 10 až 100-krát väčšie ako konvenčné kondenzátory rovnakej veľkosti; ale majú oveľa pomalšie doby odozvy ako konvenčné dielektrické kondenzátory, takže ich nemožno použiť v aktívnych obvodoch. Na druhej strane môžu byť niekedy použité ako zdroj energie v určitých aplikáciách, napríklad v počítačových pamäťových čipoch, aby sa zabránilo strate údajov pri výpadku hlavného napájania.
Kondenzátory sú tiež kritickými súčasťami časovacích zariadení, napríklad tých, ktoré vyvinula spoločnosť SiTime, spoločnosť so sídlom v Kalifornii. Tieto zariadenia sa používajú v širokej škále aplikácií, od mobilných telefónov po vysokorýchlostné vlaky a obchodovanie na akciovom trhu. Toto malé časovacie zariadenie, známe ako MEMS (microelectromechanical systems), sa spolieha na správne fungovanie kondenzátorov. „Ak rezonátor nemá správny kondenzátor a kapacitný odpor, časovací obvod sa nespustí spoľahlivo av niektorých prípadoch prestane oscilovať úplne,“ povedal Piyush Sevalia, výkonný viceprezident marketingu spoločnosti SiTime.
Tento článok bol aktualizovaný 16. januára 2019 prispievateľom živej vedy Rachel Rossovou.
