מעגלים אלקטרוניים הם חלק בלתי נפרד כמעט מכל ההתקדמות הטכנולוגית שמתרחשת בחיינו כיום. טלוויזיה, רדיו, טלפונים ומחשבים עולים מיד בראש, אך האלקטרוניקה משמשת גם למכוניות, מכשירי מטבח, ציוד רפואי ובקרות תעשייתיות. בלב המכשירים הללו נמצאים רכיבים פעילים, או רכיבים במעגל השולטים אלקטרונית בזרימת אלקטרונים, כמו מוליכים למחצה. עם זאת, מכשירים אלה לא יכלו לתפקד ללא רכיבים פסיביים ופשוטים בהרבה שקדמו למוליכים למחצה במשך עשרות שנים רבות. שלא כמו רכיבים פעילים, רכיבים פסיביים, כגון נגדים, קבלים ומשרנים, אינם יכולים לשלוט על זרימת האלקטרונים באמצעות אותות אלקטרוניים.
התנגדות
כשמו כן הוא, נגדי הוא רכיב אלקטרוני המתנגד לזרימת הזרם החשמלי במעגל.
במתכות כמו כסף או נחושת, שיש להן מוליכות חשמלית גבוהה ולכן התנגדות נמוכה, אלקטרונים מסוגלים לדלג בחופשיות מאטום לאחד אחריו, עם מעט התנגדות.
ההתנגדות החשמלית של רכיב מעגל מוגדרת כיחס המתח המופעל לזרם החשמלי הזורם דרכו, על פי HyperPhysics, אתר משאב לפיזיקה המתארח על ידי המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת מדינת ג'ורג'יה. היחידה הסטנדרטית להתנגדות היא אוהם, הקרויה על שם הפיזיקאי הגרמני גאורג סימון אוהם. זה מוגדר כהתנגדות במעגל עם זרם של 1 אמפר בוולט אחד. ניתן לחשב את ההתנגדות באמצעות החוק של אוהם, הקובע כי ההתנגדות שווה למתח המחולק בזרם, או R = V / I (בדרך כלל נכתב כ- V = IR), כאשר R הוא התנגדות, V הוא מתח ואני זרם.
נגדים מסווגים בדרך כלל כקבועים או משתנים. נגדים בעלי ערך קבוע הם רכיבים פסיביים פשוטים שתמיד יש אותה התנגדות בגבולות הזרם והמתח שנקבעו. הם זמינים במגוון רחב של ערכי התנגדות, מפחות ממאה אוהם לכמה מיליוני אוהם.
נגדים משתנים הם מכשירים אלקטרומכניים פשוטים, כגון בקרות עוצמת קול ומתגי דימר, המשנים את האורך היעיל או הטמפרטורה האפקטיבית של הנגד כשאתה מסובב ידית או מזיזה שליטת שקופיות.
השראות
משרן הוא רכיב אלקטרוני המורכב מסליל חוט שזרם חשמלי פועל דרכו ויוצר שדה מגנטי. היחידה להשראות היא הנרי (H), הקרוי על שם ג'וזף הנרי, פיזיקאי אמריקני שגילה השראות באופן עצמאי בערך באותה עת עם הפיזיקאי האנגלי מייקל פאראדיי. הנרי אחד הוא כמות השראות הנדרשת כדי לגרום לוולט של כוח אלקטרומוטיבי 1 (הלחץ החשמלי ממקור אנרגיה) כאשר הזרם משתנה באמפר לשנייה.
יישום חשוב אחד של משרנים במעגלים פעילים הוא שהם נוטים לחסום אותות בתדר גבוה תוך מתן תנודות בתדרים נמוכים יותר. שימו לב שזו הפונקציה ההפוכה של קבלים. שילוב של שני הרכיבים במעגל יכול לסנן או לייצר תנודות באופן כמעט סופי בכל תדר רצוי.
עם הופעתם של מעגלים משולבים, כמו מיקרו-שבבים, משרנים הופכים פחות נפוצים מכיוון שסלילי תלת-ממד קשים מאוד לייצור במעגלים מודפסים דו-מימדיים. מסיבה זו מעגלים מיקרו מתוכננים ללא משרנים ומשתמשים בקבלים במקום להשיג את אותן תוצאות למעשה, כך טוען מייקל דובסון, פרופסור לפיזיקה מאוניברסיטת קולורדו בולדר.
קיבולת
קיבול הוא היכולת של מכשיר לאחסן מטען חשמלי, וככזה, הרכיב האלקטרוני המאגור טעינה חשמלית נקרא קבל. הדוגמה המוקדמת ביותר של קבלים היא צנצנת ליידן. מכשיר זה הומצא כדי לאחסן מטען חשמלי סטטי על נייר מוליך שמרפיד את צנצנת הזכוכית והחיצונית.
הקבל הפשוט ביותר מורכב משתי צלחות מוליכות שטוחות המופרדות על ידי פער קטן. ההבדל הפוטנציאלי, או המתח, בין הלוחות הוא פרופורציונלי להבדל בכמות המטען על הצלחות. זה בא לידי ביטוי כ- Q = CV, כאשר Q הוא מטען, V הוא מתח ו- C הוא קיבול.
הקיבול של קבל הוא כמות המטען שהוא יכול לאחסן ביחידת מתח. היחידה למדידת הקיבול היא הפאראד (F), הנקרא על שם פאראדיי, ומוגדרת כקיבולת לאחסון קולולום מטען 1 עם פוטנציאל מוחל של וולט אחד. קולומבה אחת (C) היא כמות המטען המועברת על ידי זרם של אמפר בשנייה אחת.
כדי למקסם את היעילות, לוחות הקבלים נערמים בשכבות או מתפתלים בסלילים עם פער אוויר קטן מאוד ביניהם. חומרים דיאלקטריים - חומרי בידוד החוסמים חלקית את השדה החשמלי בין הצלחות - משמשים לרוב בתוך פער האוויר. זה מאפשר לפלטות לאחסן טעינה רבה יותר מבלי לקשת ולהקצר.
קבלים נמצאים לרוב במעגלים אלקטרוניים פעילים המשתמשים בסימנים חשמליים מתנדנדים כמו אלה ברדיו וציוד שמע. הם יכולים לטעון ולפרוק כמעט מייד, מה שמאפשר להשתמש בהם לייצור או סינון של תדרים מסוימים במעגלים. אות מתנודד יכול לטעון צלחת אחת של הקבל בזמן שהצלחת האחרת פורקת, ואז כאשר הזרם מתהפך, הוא יטען את הצלחת השנייה בזמן שהצלחת הראשונה פורקת.
באופן כללי, תדרים גבוהים יותר יכולים לעבור דרך הקבל, בעוד שתדרים נמוכים יותר חסומים. גודל הקבל קובע את תדר הניתוק שלגביו אותות חסומים או מותר להם לעבור. ניתן להשתמש בקבלים בשילוב לסינון תדרים שנבחרו בטווח מוגדר.
קבלים-על מיוצרים באמצעות ננו-טכנולוגיה ליצירת שכבות סופר-דנים של חומרים, כמו גרפן, כדי להשיג קיבולות שגודלות פי 10 עד מאה של קבלים קונבנציונליים באותו גודל; אך יש להם זמני תגובה הרבה יותר איטית מאשר קבלים דיאלקטריים קונבנציונליים, כך שלא ניתן להשתמש בהם במעגלים פעילים. מצד שני, לפעמים הם יכולים לשמש כמקור כוח ביישומים מסוימים, כמו שבבי זיכרון ממוחשבים, כדי למנוע אובדן נתונים כאשר הכוח העיקרי מנותק.
קבלים הם גם רכיבים קריטיים במכשירי תזמון, כמו אלה שפותחו על ידי SiTime, חברה שמקורה בקליפורניה. מכשירים אלה משמשים במגוון רחב של יישומים, החל מטלפונים ניידים ועד רכבות במהירות גבוהה ומסחר בשוק המניות. מכשיר התזמון הזעיר, שנקרא MEMS (מערכות מיקרו-אלקטרוניות), מסתמך על קבלים לתפקוד תקין. פיוס סיבליה, סמנכ"ל השיווק ב- SiTime, אמר פיוס סיבליה, "אם לתהודה אין את הקבל המתאים וקיבול העומס, מעגל התזמון לא יופעל באופן מהימן, ובמקרים מסוימים הוא מפסיק להתנודד לחלוטין.
מאמר זה עודכן ב- 16 בינואר, 2019, על ידי תורמת מדע Live רייצ'ל רוס.
