พื้นฐานของไฟฟ้า

วงจรอิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนสำคัญของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเกือบทุกอย่างที่เกิดขึ้นในชีวิตของเราทุกวันนี้ นึกถึงโทรทัศน์ วิทยุ โทรศัพท์ และคอมพิวเตอร์ขึ้นมาทันที

แต่ยังมีการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ เครื่องใช้ในครัว อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการควบคุมทางอุตสาหกรรมอีกด้วย หัวใจของอุปกรณ์เหล่านี้คือส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ เป็นส่วนประกอบของวงจรที่ควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนทางอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เซมิคอนดักเตอร์

อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่ง่ายกว่ามากซึ่งมีมาก่อนเซมิคอนดักเตอร์หลายทศวรรษ ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำ ไม่สามารถควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนด้วยสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งแตกต่างจากส่วนประกอบแบบแอคทีฟ

ความต้านทาน

ตามชื่อของมัน ตัวต้านทานคือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้านทานการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร

ในโลหะเช่นเงินหรือทองแดงซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีความต้านทานต่ำ อิเล็กตรอนสามารถกระโดดจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้อย่างอิสระโดยมีความต้านทานเพียงเล็กน้อย

ความต้านทานไฟฟ้าของส่วนประกอบวงจรถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน จากข้อมูลของ HyperPhysics ซึ่งเป็นไซต์ทรัพยากรทางฟิสิกส์ที่จัดทำโดยภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ Indiana State University จอร์เจีย.

หน่วยมาตรฐานของความต้านทานคือโอห์ม ซึ่งตั้งชื่อตาม Georg Simon Ohm นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ความต้านทานสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎของโอห์ม ซึ่งระบุว่าความต้านทานเท่ากับแรงดันหารด้วยกระแส หรือ R = V / I โดยที่ R คือความต้านทาน V คือแรงดัน และ I คือกระแส

โดยทั่วไปแล้วตัวต้านทานจะจัดประเภทเป็นแบบคงที่หรือแบบแปรผัน ตัวต้านทานแบบค่าคงที่เป็นส่วนประกอบแบบพาสซีฟธรรมดาที่มีความต้านทานเท่ากันภายในขีดจำกัดกระแสและแรงดันที่กำหนด

ตัวต้านทานปรับค่าได้คืออุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าอย่างง่าย เช่น ตัวควบคุมระดับเสียงและสวิตช์หรี่ไฟ เป็นต้น เปลี่ยนความยาวที่มีผลหรืออุณหภูมิที่มีผลของตัวต้านทานเมื่อคุณหมุนปุ่มหรือขยับตัวควบคุม ตัวเลื่อน

ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบด้วยขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หน่วยความเหนี่ยวนำคือ Henry (H) ซึ่งตั้งชื่อตาม Joseph Henry

เขาเป็นนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันที่ค้นพบการเหนี่ยวนำในเวลาเดียวกันกับไมเคิล ฟาราเดย์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เฮนรี่คือปริมาณของตัวเหนี่ยวนำที่จำเป็นในการเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้า 1 โวลต์ (แรงดันไฟฟ้าของแหล่งพลังงาน) เมื่อกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงที่ 1 แอมแปร์ต่อวินาที

การประยุกต์ใช้ตัวเหนี่ยวนำที่สำคัญในวงจรแอกทีฟคือพวกมันมักจะปิดกั้นสัญญาณความถี่สูงในขณะที่ปล่อยให้การสั่นความถี่ต่ำผ่านไป โปรดทราบว่านี่เป็นฟังก์ชันที่ตรงกันข้ามกับตัวเก็บประจุ การรวมส่วนประกอบทั้งสองเข้าด้วยกันในวงจรสามารถเลือกกรองหรือสร้างการสั่นของความถี่ที่ต้องการได้เกือบทั้งหมด

ด้วยการกำเนิดของวงจรรวม เช่น ไมโครชิป ตัวเหนี่ยวนำมีน้อยลง ทั่วไป เนื่องจากขดลวดสามมิตินั้นผลิตในวงจรได้ยากมาก พิมพ์ 2D ด้วยเหตุนี้วงจรไมโครจึงได้รับการออกแบบโดยไม่มีตัวเหนี่ยวนำและใช้ตัวเก็บประจุเพื่อให้ได้มาซึ่งหลักการ ผลลัพธ์เดียวกัน ตามที่ Michael Dubson ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโดกล่าว โบลเดอร์

ความจุ

ความจุคือความสามารถของอุปกรณ์ในการเก็บประจุไฟฟ้า ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เก็บประจุไฟฟ้าเรียกว่าตัวเก็บประจุ

ตัวอย่างตัวเก็บประจุที่เก่าแก่ที่สุดคือโถเลย์เดน อุปกรณ์นี้คิดค้นขึ้นเพื่อเก็บประจุไฟฟ้าสถิตบนแผ่นฟอยล์นำไฟฟ้าที่เคลือบขวดแก้วทั้งภายในและภายนอก

ตัวเก็บประจุที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยแผ่นตัวนำแบบแบนสองแผ่นคั่นด้วยช่องว่างขนาดเล็ก ความต่างศักย์หรือความต่างศักย์ระหว่างเพลตจะแปรผันตรงกับความแตกต่างของปริมาณประจุบนเพลต ซึ่งแสดงเป็น Q = CV โดยที่ Q คือประจุ V คือแรงดัน และ C คือความจุ

ความจุของตัวเก็บประจุคือจำนวนประจุที่สามารถเก็บได้ต่อหน่วยแรงดันไฟฟ้า หน่วยสำหรับวัดความจุคือฟารัด (F) ซึ่งตั้งชื่อตามฟาราเดย์ และถูกกำหนดให้เป็นความสามารถในการเก็บประจุ 1 คูลอมบ์ด้วยศักย์ที่ใช้ 1 โวลต์

คูลอมบ์ (C) คือจำนวนประจุที่ถ่ายโอนโดยกระแส 1 แอมแปร์ใน 1 วินาที

เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด แผ่นตัวเก็บประจุจะซ้อนกันเป็นชั้นหรือพันบนขดลวดโดยมีช่องว่างอากาศระหว่างกันน้อยมาก