تعد الدوائر الإلكترونية جزءًا لا يتجزأ من جميع التطورات التكنولوجية تقريبًا التي يتم تحقيقها في حياتنا اليوم. يتبادر إلى الذهن التلفزيون والراديو والهواتف وأجهزة الكمبيوتر على الفور ، ولكن يتم استخدام الإلكترونيات أيضًا في السيارات وأدوات المطبخ والمعدات الطبية والضوابط الصناعية. في قلب هذه الأجهزة توجد مكونات نشطة ، أو مكونات الدائرة التي تتحكم إلكترونيًا في تدفق الإلكترون ، مثل أشباه الموصلات. ومع ذلك ، لا يمكن أن تعمل هذه الأجهزة بدون مكونات سلبية أبسط بكثير تسبق أشباه الموصلات بعقود عديدة. على عكس المكونات النشطة ، لا يمكن للمكونات السلبية ، مثل المقاومات والمكثفات والمحرِّضات ، التحكم في تدفق الإلكترونات باستخدام الإشارات الإلكترونية.
مقاومة
كما يوحي اسمه ، المقاوم هو مكون إلكتروني يقاوم تدفق التيار الكهربائي في الدائرة.
في المعادن مثل الفضة أو النحاس ، التي لها موصلية كهربائية عالية وبالتالي مقاومة منخفضة ، تكون الإلكترونات قادرة على التخطي بحرية من ذرة إلى أخرى ، مع مقاومة قليلة.
يتم تعريف المقاومة الكهربائية لمكون الدائرة على أنها نسبة الجهد المطبق إلى التيار الكهربائي الذي يتدفق من خلاله ، وفقًا لـ HyperPhysics ، وهو موقع إلكتروني لموارد الفيزياء يستضيفه قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ولاية جورجيا. الوحدة القياسية للمقاومة هي أوم ، والتي سميت على اسم الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم. يتم تعريفها على أنها المقاومة في دائرة بتيار 1 أمبير عند 1 فولت. يمكن حساب المقاومة باستخدام قانون أوم ، الذي ينص على أن المقاومة تساوي الجهد مقسومًا على التيار ، أو R = V / I (أكثر شيوعًا مثل V = IR) ، حيث R هي المقاومة ، V هي الجهد وأنا الحالي.
تصنف المقاومات بشكل عام إما ثابتة أو متغيرة. المقاومات ذات القيمة الثابتة هي مكونات سلبية بسيطة لها دائمًا نفس المقاومة ضمن حدود التيار والجهد المحددة. وهي متوفرة في مجموعة واسعة من قيم المقاومة ، من أقل من أوم إلى عدة ملايين أوم.
المقاومات المتغيرة هي أجهزة كهروميكانيكية بسيطة ، مثل عناصر التحكم في مستوى الصوت ومفاتيح باهتة ، والتي تغير الطول الفعال أو درجة الحرارة الفعالة للمقاوم عند تشغيل مقبض أو تحريك عنصر تحكم الانزلاق.
الحث
المحث عبارة عن مكون إلكتروني يتكون من لفائف من الأسلاك بتيار كهربائي يمر عبرها ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا. وحدة الحث هي هنري (H) ، سميت باسم جوزيف هنري ، الفيزيائي الأمريكي الذي اكتشف الحث بشكل مستقل في نفس الوقت تقريبًا مع الفيزيائي الإنجليزي مايكل فاراداي. هنري واحد هو مقدار الحث المطلوب للحث على 1 فولت من القوة الكهربائية (الضغط الكهربائي من مصدر الطاقة) عندما يتغير التيار عند 1 أمبير في الثانية.
أحد التطبيقات المهمة للمحرِّضات في الدوائر النشطة هو أنها تميل إلى حجب الإشارات عالية التردد مع السماح بتذبذبات التردد المنخفض. لاحظ أن هذه هي الوظيفة المعاكسة للمكثفات. يمكن أن يؤدي الجمع بين المكونين في الدائرة إلى تصفية أو توليد تذبذبات بشكل انتقائي لأي تردد مطلوب تقريبًا.
مع ظهور الدوائر المتكاملة ، مثل الرقائق الدقيقة ، أصبحت المحاثات أقل شيوعًا ، لأن الملفات ثلاثية الأبعاد يصعب للغاية تصنيعها في الدوائر المطبوعة ثنائية الأبعاد. لهذا السبب ، تم تصميم الدوائر المصغرة بدون محاثات وتستخدم المكثفات بدلاً من ذلك لتحقيق نفس النتائج بشكل أساسي ، وفقًا لمايكل دوبسون ، أستاذ الفيزياء في جامعة كولورادو بولدر.
السعة
السعة هي قدرة الجهاز على تخزين الشحنة الكهربائية ، وعلى هذا النحو ، يسمى المكون الإلكتروني الذي يخزن الشحنة الكهربائية مكثف. أقرب مثال للمكثف هو جرة Leyden. تم اختراع هذا الجهاز لتخزين شحنة كهربائية ثابتة على رقائق معدنية مبطنة داخل وخارج وعاء زجاجي.
يتكون المكثف الأبسط من لوحين موصلين مسطحين يفصل بينهما فجوة صغيرة. الفرق المحتمل ، أو الجهد ، بين الألواح يتناسب مع الفرق في كمية الشحنة على الألواح. يتم التعبير عن هذا على النحو Q = CV ، حيث Q هو الشحن ، V هو الجهد و C هي السعة.
سعة المكثف هي مقدار الشحنة التي يمكن تخزينها لكل وحدة جهد. وحدة قياس السعة هي farad (F) ، المسماة باسم Faraday ، ويتم تعريفها على أنها القدرة على تخزين 1 كولوم شحنة مع إمكانية تطبيقها 1 فولت. كولوم واحد (C) هو مقدار الشحنة المنقولة بواسطة تيار 1 أمبير في 1 ثانية.
لزيادة الكفاءة ، يتم تكديس لوحات المكثفات في طبقات أو جرح في لفائف مع وجود فجوة هواء صغيرة جدًا بينهما. غالبًا ما يتم استخدام المواد العازلة - المواد العازلة التي تسد المجال الكهربائي بين الألواح جزئيًا - داخل فجوة الهواء. هذا يسمح للوحات بتخزين المزيد من الشحن دون الانحناء والقصور.
غالبًا ما توجد المكثفات في الدوائر الإلكترونية النشطة التي تستخدم إشارات كهربائية متذبذبة مثل تلك الموجودة في أجهزة الراديو والأجهزة الصوتية. يمكنها الشحن والتفريغ على الفور تقريبًا ، مما يسمح باستخدامها لإنتاج أو تصفية ترددات معينة في الدوائر. يمكن للإشارة المتذبذبة أن تشحن صفيحة واحدة من المكثف أثناء تفريغ اللوحة الأخرى ، ثم عندما يتم عكس التيار ، فإنها ستشحن الصفيحة الأخرى أثناء تفريغ الصفيحة الأولى.
بشكل عام ، يمكن أن تمر الترددات الأعلى من خلال المكثف ، بينما يتم حظر الترددات الأقل. يحدد حجم المكثف تردد القطع الذي يتم حظر أو السماح بمرور الإشارات. يمكن استخدام المكثفات المركبة لتصفية الترددات المحددة ضمن نطاق محدد.
يتم تصنيع المكثفات الفائقة باستخدام تقنية النانو لإنشاء طبقات فائقة من المواد ، مثل الجرافين ، لتحقيق سعات تتراوح من 10 إلى 100 مرة من المكثفات التقليدية من نفس الحجم ؛ ولكن لديهم أوقات استجابة أبطأ بكثير من المكثفات العازلة التقليدية ، لذلك لا يمكن استخدامها في الدوائر النشطة. من ناحية أخرى ، يمكن استخدامها أحيانًا كمصدر طاقة في تطبيقات معينة ، مثل شرائح ذاكرة الكمبيوتر ، لمنع فقدان البيانات عند انقطاع التيار الرئيسي.
المكثفات هي أيضًا مكونات حاسمة لأجهزة التوقيت ، مثل تلك التي طورتها SiTime ، وهي شركة مقرها كاليفورنيا. يتم استخدام هذه الأجهزة في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، من الهواتف المحمولة إلى القطارات عالية السرعة والتداول في سوق الأسهم. يعتمد جهاز التوقيت الصغير المعروف باسم MEMS (الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة) على المكثفات لتعمل بشكل صحيح. قال بيوش سيفاليا ، نائب الرئيس التنفيذي للتسويق في SiTime: "إذا لم يكن لدى الرنان مكثف مناسب وسعة تحميل ، فلن تبدأ دائرة التوقيت بشكل موثوق ، وفي بعض الحالات ، تتوقف عن التذبذب تمامًا".
تم تحديث هذه المقالة في 16 يناير 2019 ، من خلال مساهمة العلوم الحية Rachel Ross.
