硬件设计的无源部件选择专门知识

被动组件不需要外部电源,也不需要增加或产生能量;它们使用少量的能量。相比之下,活性元件需要一个电源,比如电池的 ,以增加信号的功率。无源元件包括电阻器、电容器和电感器,而晶体管和 集成电路 是主动组件。

所有元件,无论是主动的还是被动的,都必须连接在一个电路中.现代电子学的主要连接方法是机械和电气.传统的电路使用导线通过印刷电路板上的孔,而现代的电路则使用直接焊接在板上的表面安装装置。无论是被动组件还是主动组件,都可以使用这些方法连接起来.

被动元件

电阻、电容器和电感器等无源元件是硬件设计中必不可少的组成部分。与活动元件不同的是,它们不需要电源来操作,它们还能帮助管理电路中的电流流。了解如何选择合适的无源元件对设计可靠有效的电子器件至关重要。电阻、电容和电感等因素会影响这些元件在诸如控制电压、储存能量或滤波信号等各种情况下的性能。了解如何选择和使用被动组件,确保了硬件系统的平稳功能.

电阻器

并非所有电阻值都是可用的任何数量。这些值被组织成一组,称为环评标准十年,它根据每个范围内可用的特定值的数目对电阻进行分类。例如,用于5%公差电阻器的E24在每个范围内包含24个不同的值,间隔大约10%。如今,1%的公差电阻具有成本效益,通常作为默认选择使用,来自E96集,其中包括96个值每程,间隔约2%,共涵盖481个值,从10欧姆到1兆欧姆。对于要求更高精度的应用,例如0.1%的公差,可以在E192超级集中找到电阻器。此外,还有方便的整数值250,300,400,不属于环评序列的500种,但可在特定情况下使用。

电阻的主要考虑因素是电阻、功率、精度、稳定性以及温度对电阻的影响。然而,电阻并不是完美的,它们具有系列电感和并行电容等特性,这些特性会影响高频或电源开关电路的性能。此外,电阻电压系数和多余噪声等因素在要求低失真、最小噪声和高精度的电路中也具有重要意义。

电容器

电容器是由两个金属板组成,这些金属板由绝缘材料分离而成,这种绝缘材料被称为介质,它定义了电容器的类型。该电容器有两条电线并储存电荷。储存的电荷量(q)与其电容(c)和施加的电压(q=电压,其中c=8.85·10 -14 (a/d)(f),椭圆是绝缘体的介电常数,尺寸以厘米为单位)。一个板子有一个正电荷,而另一个板子有一个相等的负电荷.

电容取决于板块的大小和它们的紧密程度。更大的板块和更小的距离之间增加电容。例如,两个由1毫米隔开的1CM板形成了一个小型电容器,用皮奥法拉测量,但在日常电路中使用的电容器通常要大得多,就像微法拉法(MAT-F)。

简单地说,电容器是由两个金属板组成的组件,由一个绝缘材料称为介电。它存储电荷,其中一个板包含一个正电荷,另一个则包含一个相等的负电荷。电容决定了它能储存多少电荷,它取决于板块的大小和它们的接近程度。更大的板块和更近的距离增加电容。

电容器的行为就像电阻一样,根据电信号的频率改变它们的行为。它们可以用来控制不同频率的电压,并执行诸如滤波、储能和调谐电路等功能。与电阻不同,理想的电容器不会浪费能量,因为电流和电压不同步。

关键电容器的特点包括电容、最大电压容量、精度、稳定性和温度对电容的影响。然而,电容器具有内部电阻和电感等缺陷,影响高频电路和电源电路的性能。由于内部阻力,它们也随着时间的推移而放电。缺陷包括特定频率的能量损失、电压引起的电容变化、频率变化、介质吸收和某些频率的共振。

感应器

感应器,又称线圈,是用线圈线制成的元件。它们有各种形状和尺寸。电感的一个重要特征是Q因子,或质量因子,它告诉我们电感能如何有效地存储能量和损失多少能量。计算Q的公式是:Q=x L /r=(2·12·f·l)/r。这说明了电感电抗(一种由于电感器的磁性而产生的电阻)如何与实际电阻相比较。一个更高的Q因子意味着电感器更善于储存能量,这在把信号过滤或调整到特定频率的电路中是至关重要的。

感应器与电容器密切相关,尽管它们的行为方式相反。在电感器中,电流变化的速度与施加在电感器上的电压挂钩。相反,在电容器中,电压变化的速率取决于通过它的电流。控制电感器的主要方程是V=L(DI/DT),其中V是施加的电压,L是电感(以亨利测量),DI/DT是电流变化的速率。这意味着,对电感器施加恒定电压会导致电流的稳定增加。例如,在1亨利电感器上使用1伏将使电流每秒增加1安培。

感应器在磁场中储存能量。电容器在电场中存储能量。储存在电感器中的能量由 L =0.5升·一 2 ,在哪里 L 能量是储存(焦耳)的能量,L是电感,我是通过它的电流。

感应器是磁性器件。当电流通过线圈时,会产生磁场。这个领域的变化产生的电压可以抵抗变化,遵循伦茨定律。电感。线圈的形状、尺寸、里面的材料(称为芯)和线圈的转动次数(更多的转动导致更大的电感)决定了线圈的形状。添加铁等磁性材料可以进一步提高电感。

感应器通常用于射频。阻塞某些频率或调整到特定频率的电路。两个放在一起的电感可以形成变压器.广泛用于电力供应。

实际上,当电感和电容都储存能量时,它们却以相反的方式进行:电感在磁场中储存能量,而电容在电场中储存能量。理解这些差异是掌握电感在电子学中的作用的关键。

其他无源部件可分为电子机械装置,如开关、电机械装置,如继电器、连接器、指示器,以及一些可变元件,如电阻、电容器、电感器和变压器。

结论

无源元件,如电阻、电容器和电感器,在电子电路中起着至关重要的作用,不需要外部电源来发挥作用,它们管理能量而不产生或增加能量。

电阻器有特定的值组织到标准的十年,影响他们的公差和精度,他们限制电流,电容器储存能量在电场,电感存储能量在磁场。每个电路都有影响其行为的独特属性,例如电感的Q因子,它测量它们存储能量的效率。

感应器和电容器在能量储存方面起着相反的作用,感应器依靠磁性,电容器依靠电荷。这些元件在许多电子电路中是必不可少的,特别是在滤波信号和调谐频率方面。其他无源元件包括开关、继电器和连接器。了解它们各自的作用是了解它们如何使各种电子设备和系统发挥功能的关键。