硬件設(shè)計(jì)的無(wú)源部件選擇專(zhuān)門(mén)知識(shí)

被動(dòng)組件不需要外部電源,也不需要增加或產(chǎn)生能量;它們使用少量的能量。相比之下,活性元件需要一個(gè)電源,比如電池的 ,以增加信號(hào)的功率。無(wú)源元件包括電阻器、電容器和電感器,而晶體管和?集成電路 是主動(dòng)組件。

所有元件,無(wú)論是主動(dòng)的還是被動(dòng)的,都必須連接在一個(gè)電路中.現(xiàn)代電子學(xué)的主要連接方法是機(jī)械和電氣.傳統(tǒng)的電路使用導(dǎo)線通過(guò)印刷電路板上的孔,而現(xiàn)代的電路則使用直接焊接在板上的表面安裝裝置。無(wú)論是被動(dòng)組件還是主動(dòng)組件,都可以使用這些方法連接起來(lái).

被動(dòng)元件

電阻、電容器和電感器等無(wú)源元件是硬件設(shè)計(jì)中必不可少的組成部分。與活動(dòng)元件不同的是,它們不需要電源來(lái)操作,它們還能幫助管理電路中的電流流。了解如何選擇合適的無(wú)源元件對(duì)設(shè)計(jì)可靠有效的電子器件至關(guān)重要。電阻、電容和電感等因素會(huì)影響這些元件在諸如控制電壓、儲(chǔ)存能量或?yàn)V波信號(hào)等各種情況下的性能。了解如何選擇和使用被動(dòng)組件,確保了硬件系統(tǒng)的平穩(wěn)功能.

電阻器

并非所有電阻值都是可用的任何數(shù)量。這些值被組織成一組,稱為環(huán)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)十年,它根據(jù)每個(gè)范圍內(nèi)可用的特定值的數(shù)目對(duì)電阻進(jìn)行分類(lèi)。例如,用于5%公差電阻器的E24在每個(gè)范圍內(nèi)包含24個(gè)不同的值,間隔大約10%。如今,1%的公差電阻具有成本效益,通常作為默認(rèn)選擇使用,來(lái)自E96集,其中包括96個(gè)值每程,間隔約2%,共涵蓋481個(gè)值,從10歐姆到1兆歐姆。對(duì)于要求更高精度的應(yīng)用,例如0.1%的公差,可以在E192超級(jí)集中找到電阻器。此外,還有方便的整數(shù)值250,300,400,不屬于環(huán)評(píng)序列的500種,但可在特定情況下使用。

電阻的主要考慮因素是電阻、功率、精度、穩(wěn)定性以及溫度對(duì)電阻的影響。然而,電阻并不是完美的,它們具有系列電感和并行電容等特性,這些特性會(huì)影響高頻或電源開(kāi)關(guān)電路的性能。此外,電阻電壓系數(shù)和多余噪聲等因素在要求低失真、最小噪聲和高精度的電路中也具有重要意義。

電容器

電容器是由兩個(gè)金屬板組成,這些金屬板由絕緣材料分離而成,這種絕緣材料被稱為介質(zhì),它定義了電容器的類(lèi)型。該電容器有兩條電線并儲(chǔ)存電荷。儲(chǔ)存的電荷量(q)與其電容(c)和施加的電壓(q=電壓,其中c=8.85·10 -14 (a/d)(f),橢圓是絕緣體的介電常數(shù),尺寸以厘米為單位)。一個(gè)板子有一個(gè)正電荷,而另一個(gè)板子有一個(gè)相等的負(fù)電荷.

電容取決于板塊的大小和它們的緊密程度。更大的板塊和更小的距離之間增加電容。例如,兩個(gè)由1毫米隔開(kāi)的1CM板形成了一個(gè)小型電容器,用皮奧法拉測(cè)量,但在日常電路中使用的電容器通常要大得多,就像微法拉法(MAT-F)。

簡(jiǎn)單地說(shuō),電容器是由兩個(gè)金屬板組成的組件,由一個(gè)絕緣材料稱為介電。它存儲(chǔ)電荷,其中一個(gè)板包含一個(gè)正電荷,另一個(gè)則包含一個(gè)相等的負(fù)電荷。電容決定了它能儲(chǔ)存多少電荷,它取決于板塊的大小和它們的接近程度。更大的板塊和更近的距離增加電容。

電容器的行為就像電阻一樣,根據(jù)電信號(hào)的頻率改變它們的行為。它們可以用來(lái)控制不同頻率的電壓,并執(zhí)行諸如濾波、儲(chǔ)能和調(diào)諧電路等功能。與電阻不同,理想的電容器不會(huì)浪費(fèi)能量,因?yàn)殡娏骱碗妷翰煌健?

關(guān)鍵電容器的特點(diǎn)包括電容、最大電壓容量、精度、穩(wěn)定性和溫度對(duì)電容的影響。然而,電容器具有內(nèi)部電阻和電感等缺陷,影響高頻電路和電源電路的性能。由于內(nèi)部阻力,它們也隨著時(shí)間的推移而放電。缺陷包括特定頻率的能量損失、電壓引起的電容變化、頻率變化、介質(zhì)吸收和某些頻率的共振。

感應(yīng)器

感應(yīng)器,又稱線圈,是用線圈線制成的元件。它們有各種形狀和尺寸。電感的一個(gè)重要特征是Q因子,或質(zhì)量因子,它告訴我們電感能如何有效地存儲(chǔ)能量和損失多少能量。計(jì)算Q的公式是:Q=x L /r=(2·12·f·l)/r。這說(shuō)明了電感電抗(一種由于電感器的磁性而產(chǎn)生的電阻)如何與實(shí)際電阻相比較。一個(gè)更高的Q因子意味著電感器更善于儲(chǔ)存能量,這在把信號(hào)過(guò)濾或調(diào)整到特定頻率的電路中是至關(guān)重要的。

感應(yīng)器與電容器密切相關(guān),盡管它們的行為方式相反。在電感器中,電流變化的速度與施加在電感器上的電壓掛鉤。相反,在電容器中,電壓變化的速率取決于通過(guò)它的電流?？刂齐姼衅鞯闹饕匠淌荲=L(DI/DT),其中V是施加的電壓,L是電感(以亨利測(cè)量),DI/DT是電流變化的速率。這意味著,對(duì)電感器施加恒定電壓會(huì)導(dǎo)致電流的穩(wěn)定增加。例如,在1亨利電感器上使用1伏將使電流每秒增加1安培。

感應(yīng)器在磁場(chǎng)中儲(chǔ)存能量。電容器在電場(chǎng)中存儲(chǔ)能量。儲(chǔ)存在電感器中的能量由 L =0.5升·一 2 ,在哪里 L 能量是儲(chǔ)存(焦耳)的能量,L是電感,我是通過(guò)它的電流。

感應(yīng)器是磁性器件。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí),會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這個(gè)領(lǐng)域的變化產(chǎn)生的電壓可以抵抗變化,遵循倫茨定律。電感。線圈的形狀、尺寸、里面的材料(稱為芯)和線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)(更多的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致更大的電感)決定了線圈的形狀。添加鐵等磁性材料可以進(jìn)一步提高電感。

感應(yīng)器通常用于射頻。阻塞某些頻率或調(diào)整到特定頻率的電路。兩個(gè)放在一起的電感可以形成變壓器.廣泛用于電力供應(yīng)。

實(shí)際上,當(dāng)電感和電容都儲(chǔ)存能量時(shí),它們卻以相反的方式進(jìn)行:電感在磁場(chǎng)中儲(chǔ)存能量,而電容在電場(chǎng)中儲(chǔ)存能量。理解這些差異是掌握電感在電子學(xué)中的作用的關(guān)鍵。

其他無(wú)源部件可分為電子機(jī)械裝置,如開(kāi)關(guān)、電機(jī)械裝置,如繼電器、連接器、指示器,以及一些可變?cè)?如電阻、電容器、電感器和變壓器。

結(jié)論

無(wú)源元件,如電阻、電容器和電感器,在電子電路中起著至關(guān)重要的作用,不需要外部電源來(lái)發(fā)揮作用,它們管理能量而不產(chǎn)生或增加能量。

電阻器有特定的值組織到標(biāo)準(zhǔn)的十年,影響他們的公差和精度,他們限制電流,電容器儲(chǔ)存能量在電場(chǎng),電感存儲(chǔ)能量在磁場(chǎng)。每個(gè)電路都有影響其行為的獨(dú)特屬性,例如電感的Q因子,它測(cè)量它們存儲(chǔ)能量的效率。

感應(yīng)器和電容器在能量?jī)?chǔ)存方面起著相反的作用,感應(yīng)器依靠磁性,電容器依靠電荷。這些元件在許多電子電路中是必不可少的,特別是在濾波信號(hào)和調(diào)諧頻率方面。其他無(wú)源元件包括開(kāi)關(guān)、繼電器和連接器。了解它們各自的作用是了解它們?nèi)绾问垢鞣N電子設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)揮功能的關(guān)鍵。