Mạch điện tử là một phần không thể thiếu của gần như tất cả những tiến bộ công nghệ đang được thực hiện trong cuộc sống của chúng ta ngày nay. Truyền hình, đài phát thanh, điện thoại và máy tính ngay lập tức xuất hiện, nhưng thiết bị điện tử cũng được sử dụng trong ô tô, thiết bị nhà bếp, thiết bị y tế và điều khiển công nghiệp. Trung tâm của các thiết bị này là các thành phần hoạt động, hoặc các thành phần của mạch điều khiển dòng điện tử, giống như chất bán dẫn. Tuy nhiên, các thiết bị này không thể hoạt động mà không có các thành phần thụ động, đơn giản hơn nhiều trước các chất bán dẫn trong nhiều thập kỷ. Không giống như các thành phần hoạt động, các thành phần thụ động, chẳng hạn như điện trở, tụ điện và cuộn cảm, không thể kiểm soát dòng điện tử bằng tín hiệu điện tử.
Sức cản
Như tên của nó, điện trở là một thành phần điện tử chống lại dòng điện trong mạch.
Trong các kim loại như bạc hoặc đồng, có độ dẫn điện cao và do đó điện trở suất thấp, các electron có thể tự do bỏ qua từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, với ít điện trở.
Điện trở của một thành phần mạch được định nghĩa là tỷ lệ của điện áp ứng dụng với dòng điện chạy qua nó, theo HyperPhysics, một trang web tài nguyên vật lý được lưu trữ bởi khoa vật lý và thiên văn học tại Đại học bang Georgia. Đơn vị tiêu chuẩn cho sức đề kháng là ohm, được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Georg Simon Ohm. Nó được định nghĩa là điện trở trong mạch có dòng điện 1 ampe tại 1 volt. Điện trở có thể được tính bằng định luật Ohm, trong đó nêu rõ điện trở bằng điện áp chia cho dòng điện hoặc R = V / I (thường được viết là V = IR), trong đó R là điện trở, V là điện áp và I là dòng điện.
Điện trở thường được phân loại là cố định hoặc biến. Các điện trở có giá trị cố định là các thành phần thụ động đơn giản luôn có cùng điện trở trong giới hạn dòng điện và điện áp quy định. Chúng có sẵn trong một loạt các giá trị kháng, từ dưới 1 ohm đến vài triệu ohms.
Biến trở là các thiết bị cơ điện đơn giản, chẳng hạn như điều khiển âm lượng và công tắc điều chỉnh độ sáng, thay đổi chiều dài hiệu quả hoặc nhiệt độ hiệu quả của điện trở khi bạn xoay núm hoặc di chuyển điều khiển trượt.
Điện cảm
Một cuộn cảm là một thành phần điện tử bao gồm một cuộn dây có dòng điện chạy qua nó, tạo ra từ trường. Đơn vị cho điện cảm là henry (H), được đặt theo tên của Joseph Henry, một nhà vật lý người Mỹ, người đã phát hiện ra điện cảm một cách độc lập cùng lúc với nhà vật lý người Anh Michael Faraday. Một henry là lượng điện cảm được yêu cầu để tạo ra 1 volt lực điện động (áp suất điện từ nguồn năng lượng) khi dòng điện thay đổi ở mức 1 ampe mỗi giây.
Một ứng dụng quan trọng của cuộn cảm trong các mạch hoạt động là chúng có xu hướng chặn tín hiệu tần số cao trong khi cho phép dao động tần số thấp hơn đi qua. Lưu ý rằng đây là chức năng ngược lại của tụ điện. Kết hợp hai thành phần trong một mạch có thể lọc chọn lọc hoặc tạo ra dao động của hầu hết mọi tần số mong muốn.
Với sự ra đời của các mạch tích hợp, chẳng hạn như vi mạch, cuộn cảm đang trở nên ít phổ biến hơn, vì cuộn 3D rất khó chế tạo trong các mạch in 2D. Vì lý do này, microcircuits được thiết kế không có cuộn cảm và sử dụng tụ điện thay vào đó để đạt được kết quả cơ bản giống nhau, theo Michael Dubson, giáo sư vật lý tại Đại học Colorado Boulder.
Điện dung
Điện dung là khả năng của một thiết bị lưu trữ điện tích và do đó, thành phần điện tử lưu trữ điện tích được gọi là tụ điện. Ví dụ sớm nhất của một tụ điện là bình Leyden. Thiết bị này được phát minh để lưu trữ một điện tích tĩnh trên giấy bạc dẫn bên trong và bên ngoài lọ thủy tinh.
Các tụ điện đơn giản nhất bao gồm hai tấm dẫn phẳng được phân tách bằng một khe nhỏ. Sự khác biệt tiềm năng, hoặc điện áp, giữa các bản tỷ lệ thuận với sự khác biệt về lượng điện tích trên các bản. Điều này được biểu thị bằng Q = CV, trong đó Q là điện tích, V là điện áp và C là điện dung.
Điện dung của một tụ điện là lượng điện tích nó có thể lưu trữ trên một đơn vị điện áp. Đơn vị đo điện dung là farad (F), được đặt tên theo Faraday, và được định nghĩa là khả năng lưu trữ 1 coulomb điện tích với điện thế ứng dụng là 1 volt. Một coulomb (C) là lượng điện tích được truyền bởi dòng điện 1 ampere trong 1 giây.
Để tối đa hóa hiệu quả, các tấm tụ điện được xếp chồng lên nhau theo từng lớp hoặc cuộn thành cuộn với khe hở không khí rất nhỏ giữa chúng. Vật liệu điện môi - vật liệu cách điện chặn một phần điện trường giữa các bản - thường được sử dụng trong khe hở không khí. Điều này cho phép các tấm lưu trữ nhiều điện tích hơn mà không cần buộc và rút ngắn.
Các tụ điện thường được tìm thấy trong các mạch điện tử hoạt động sử dụng các tín hiệu điện dao động như các tín hiệu trong radio và thiết bị âm thanh. Chúng có thể sạc và xả gần như ngay lập tức, cho phép chúng được sử dụng để sản xuất hoặc lọc các tần số nhất định trong các mạch. Một tín hiệu dao động có thể sạc một tấm của tụ điện trong khi tấm kia phóng điện, và sau đó khi dòng điện bị đảo ngược, nó sẽ sạc tấm khác trong khi tấm đầu tiên xả.
Nói chung, tần số cao hơn có thể đi qua tụ điện, trong khi tần số thấp hơn bị chặn. Kích thước của tụ điện xác định tần số cắt mà tín hiệu bị chặn hoặc được phép truyền. Các tụ điện kết hợp có thể được sử dụng để lọc các tần số đã chọn trong một phạm vi chỉ định.
Các siêu tụ điện được sản xuất bằng công nghệ nano để tạo ra các lớp vật liệu superthin, như graphene, để đạt được công suất gấp 10 đến 100 lần so với các tụ điện thông thường có cùng kích thước; nhưng chúng có thời gian đáp ứng chậm hơn nhiều so với tụ điện điện thông thường, vì vậy chúng không thể được sử dụng trong các mạch hoạt động. Mặt khác, đôi khi chúng có thể được sử dụng làm nguồn điện trong một số ứng dụng nhất định, chẳng hạn như trong chip bộ nhớ máy tính, để ngăn ngừa mất dữ liệu khi cắt nguồn chính.
Tụ điện cũng là thành phần quan trọng của các thiết bị đo thời gian, chẳng hạn như các tụ điện được phát triển bởi SiTime, một công ty có trụ sở tại California. Các thiết bị này được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng, từ điện thoại di động đến tàu cao tốc và giao dịch trên thị trường chứng khoán. Được gọi là MEMS (hệ thống vi cơ điện tử), thiết bị đo thời gian nhỏ bé dựa vào các tụ điện để hoạt động đúng. "Nếu bộ cộng hưởng không có tụ điện và điện dung tải phù hợp, mạch thời gian sẽ không khởi động đáng tin cậy và trong một số trường hợp, nó sẽ ngừng dao động hoàn toàn", Piyush Sevalia, phó chủ tịch điều hành tiếp thị của SiTime nói.
Bài viết này được cập nhật vào ngày 16 tháng 1 năm 2019, bởi người đóng góp Live Science Rachel Ross.
