Elektronische schakelingen zijn een integraal onderdeel van bijna alle technologische vooruitgang die vandaag in ons leven wordt gemaakt. Televisie, radio, telefoons en computers komen meteen in je op, maar elektronica wordt ook gebruikt in auto's, keukenapparatuur, medische apparatuur en industriële besturingen. De kern van deze apparaten zijn actieve componenten of componenten van het circuit die de elektronenstroom elektronisch regelen, zoals halfgeleiders. Deze apparaten konden echter niet functioneren zonder veel eenvoudigere, passieve componenten die tientallen jaren ouder waren dan halfgeleiders. In tegenstelling tot actieve componenten, kunnen passieve componenten, zoals weerstanden, condensatoren en inductoren, de elektronenstroom niet regelen met elektronische signalen.
Weerstand
Zoals de naam al aangeeft, is een weerstand een elektronische component die bestand is tegen de stroom van elektrische stroom in een circuit.
In metalen zoals zilver of koper, die een hoge elektrische geleidbaarheid en dus een lage soortelijke weerstand hebben, kunnen elektronen met weinig weerstand vrij van het ene atoom naar het andere springen.
De elektrische weerstand van een circuitcomponent wordt gedefinieerd als de verhouding van de aangelegde spanning tot de elektrische stroom die er doorheen stroomt, volgens HyperPhysics, een website over natuurkundige bronnen die wordt gehost door de afdeling natuurkunde en astronomie van de Georgia State University. De standaardeenheid voor weerstand is de ohm, genoemd naar de Duitse natuurkundige Georg Simon Ohm. Het wordt gedefinieerd als de weerstand in een circuit met een stroom van 1 ampère bij 1 volt. Weerstand kan worden berekend met behulp van de wet van Ohm, die stelt dat weerstand gelijk is aan spanning gedeeld door stroom, of R = V / I (vaker geschreven als V = IR), waarbij R weerstand is, V spanning is en I stroom is.
Weerstanden worden over het algemeen geclassificeerd als vast of variabel. Weerstanden met een vaste waarde zijn eenvoudige passieve componenten die altijd dezelfde weerstand hebben binnen de voorgeschreven stroom- en spanningslimieten. Ze zijn verkrijgbaar in een breed scala aan weerstandswaarden, van minder dan 1 ohm tot enkele miljoenen ohm.
Variabele weerstanden zijn eenvoudige elektromechanische apparaten, zoals volumeregelaars en dimmers, die de effectieve lengte of effectieve temperatuur van een weerstand veranderen wanneer u aan een knop draait of een schuifregelaar beweegt.
Inductantie
Een inductor is een elektronische component die bestaat uit een draadspoel met een elektrische stroom die er doorheen loopt en een magnetisch veld creëert. De eenheid voor inductie is de Henry (H), genoemd naar Joseph Henry, een Amerikaanse fysicus die inductantie onafhankelijk ontdekte op ongeveer hetzelfde moment als de Engelse fysicus Michael Faraday. Een Henry is de hoeveelheid inductie die nodig is om 1 volt elektromotorische kracht (de elektrische druk van een energiebron) op te wekken wanneer de stroom verandert met 1 ampère per seconde.
Een belangrijke toepassing van inductoren in actieve circuits is dat ze de neiging hebben om hoogfrequente signalen te blokkeren terwijl ze oscillaties met een lagere frequentie doorlaten. Merk op dat dit de tegenovergestelde functie is van condensatoren. Het combineren van de twee componenten in een circuit kan selectief filteren of oscillaties genereren met bijna elke gewenste frequentie.
Met de komst van geïntegreerde schakelingen, zoals microchips, komen inductoren steeds minder voor, omdat 3D-spoelen uiterst moeilijk te fabriceren zijn in 2D-gedrukte schakelingen. Om deze reden zijn microcircuits ontworpen zonder inductoren en gebruiken ze in plaats daarvan condensatoren om in wezen dezelfde resultaten te bereiken, aldus Michael Dubson, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Colorado Boulder.
Capaciteit
Capaciteit is het vermogen van een apparaat om elektrische lading op te slaan, en als zodanig wordt de elektronische component die elektrische lading opslaat een condensator genoemd. Het vroegste voorbeeld van een condensator is de Leidse pot. Dit apparaat is uitgevonden om een statische elektrische lading op te slaan op geleidende folie die de binnen- en buitenkant van een glazen pot bekleedde.
De eenvoudigste condensator bestaat uit twee vlakke geleidende platen, gescheiden door een kleine opening. Het potentiaalverschil of de spanning tussen de platen is evenredig met het verschil in de hoeveelheid lading op de platen. Dit wordt uitgedrukt als Q = CV, waarbij Q lading is, V spanning en C capaciteit.
De capaciteit van een condensator is de hoeveelheid lading die hij kan opslaan per voltage-eenheid. De eenheid voor het meten van capaciteit is de farad (F), genoemd naar Faraday, en wordt gedefinieerd als de capaciteit om 1 coulomb lading op te slaan met een aangelegd potentieel van 1 volt. Eén coulomb (C) is de hoeveelheid lading die wordt overgebracht door een stroom van 1 ampère in 1 seconde.
Om de efficiëntie te maximaliseren, worden condensatorplaten in lagen gestapeld of in spoelen gewikkeld met een zeer kleine luchtspleet ertussen. Diëlektrische materialen - isolerende materialen die het elektrische veld tussen de platen gedeeltelijk blokkeren - worden vaak gebruikt binnen de luchtspleet. Hierdoor kunnen de platen meer lading opslaan zonder boogvorming en kortsluiting.
Condensatoren worden vaak aangetroffen in actieve elektronische schakelingen die oscillerende elektrische signalen gebruiken, zoals die in radio's en audioapparatuur. Ze kunnen bijna ogenblikkelijk laden en ontladen, waardoor ze kunnen worden gebruikt om bepaalde frequenties in circuits te produceren of te filteren. Een oscillerend signaal kan één plaat van de condensator opladen terwijl de andere plaat ontlaadt, en wanneer de stroom wordt omgekeerd, zal deze de andere plaat opladen terwijl de eerste plaat ontlaadt.
Over het algemeen kunnen hogere frequenties door de condensator gaan, terwijl lagere frequenties worden geblokkeerd. De grootte van de condensator bepaalt de afsnijfrequentie waarvoor signalen worden geblokkeerd of doorgelaten. Gecondenseerde condensatoren kunnen worden gebruikt om geselecteerde frequenties binnen een bepaald bereik te filteren.
Supercondensatoren worden vervaardigd met behulp van nanotechnologie om dunne lagen materialen, zoals grafeen, te creëren om capaciteiten te bereiken die 10 tot 100 keer die van conventionele condensatoren van dezelfde grootte zijn; maar ze hebben veel langzamere reactietijden dan conventionele diëlektrische condensatoren, dus ze kunnen niet worden gebruikt in actieve circuits. Aan de andere kant kunnen ze soms worden gebruikt als stroombron in bepaalde toepassingen, zoals in computergeheugenchips, om gegevensverlies te voorkomen wanneer de hoofdstroom wordt uitgevallen.
Condensatoren zijn ook cruciale componenten van timing-apparaten, zoals die zijn ontwikkeld door SiTime, een bedrijf gevestigd in Californië. Deze apparaten worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, van mobiele telefoons tot hogesnelheidstreinen en handel op de aandelenmarkt. Bekend als MEMS (micro-elektromechanische systemen), vertrouwt het kleine timingapparaat op condensatoren om goed te functioneren. "Als de resonator niet de juiste condensator en belastingscapaciteit heeft, zal het timingcircuit niet betrouwbaar opstarten en in sommige gevallen stopt het met oscilleren helemaal", zegt Piyush Sevalia, de executive vice-president van marketing bij SiTime.
Dit artikel is bijgewerkt op 16 januari 2019 door Rachel Ross, medewerker van WordsSideKick.com.
