Считается, что микросхемы, транзисторы и диоды могут изменять форму тока, (тип энергии) – значит они активные. А резисторы, конденсаторы и катушки – не могут, выходит они пассивные. Не совсем так! Оказывается: ёмкости с индуктивностями – это реактивные элементы.
Только вот летать эти реактивные элементы не могут, разве что колпак корпуса электролитического конденсатора после вскипания электролита. Хотя не из-за этого его назвали таковым. Давайте всё это в данной статье разберём.
Активная и реактивная мощность и компоненты
Мощности бывают:
· Активная – расходуется генерируемая или накопленная энергия на нагрузке;
· Реактивная – потенциальная энергия электрических диполей не расходуются, а перетекает из одного накопителя в другой.
· Полная – вся та, что затрачивается, она включает в себя как активную энергию, так и реактивную,
На графиках взаимосвязь всех этих видов мощностей выражается прямоугольным треугольником, где катеты – это активная и реактивная мощность, а гипотенуза – полная.
Пассивной же мощности не бывает, такими считаются лишь элементы, которые полностью потребляют активную мощность. Они не способны генерировать, накапливать или преобразовывать энергию в электрический сигнал, только потребляют её, нагреваясь.
Впрочем, в электронике применяются не элементы, а радиодетали, которые называются компонентами. Так что пассивными компонентами назвать можно лишь резисторы и то не всегда. А идеальные конденсаторы, дроссели и катушки с трансформаторами получаются реактивными элементами, потому что не тратят энергию, а только накапливают заряды. То есть мощность внутри их переходит из одного электрического вида в другой.
Полупроводниковые дискретные и интегральные компоненты являются активными, если имеют действующий источник электропитания. Иначе они пассивные и неработоспособные. Их активные свойства проявляются из-за нелинейности или несимметричности своей вольтамперной характеристики. Транзисторы, тиристоры и другие –трёх и более электродные полупроводниковые приборы включаются в 2 цепи:
· Входную;
· Силовую.
Таким образом, они служат усилителями аналогового или дискретного (цифрового) сигнала.
На практике же компонент электроники – это изделие, обладающее различными (многообразными и неоднозначными) свойствами. Здесь многое зависит от их конструкции и материалов. Тот же резистор имеет, хоть и незначительные, но ёмкостные и индуктивные свойства. А электролитический конденсатор, катушка или дроссель, по любому, содержит пассивное сопротивление. Но это не основные их характеристики, поэтому, если побочные свойства компонента не имеют значения, то они не учитываются.
Например, проволочный резистор, на низких частотах, до нескольких десятков килогерц, своими слабыми индуктивными свойствами не может ощутимо повлиять на общие характеристики каскада, где он установлен. Хотя его индуктивность может быть около сотни наногенри. Так что на больших частотах его токи самоиндукции уже могут быть значимыми.
Для СВЧ, даже единицы наногенри индуктивности или пикофарады ёмкости уже имеют побочное действие. Особенно в высокоомных цепях. Они присущи электронике, построенной на полевых транзисторах (КМОП структура). Поэтому, для некоторых расчётов, пассивный компонент может считаться реактивным элементом и наоборот. Но это только для расчётов, классификацию компонентов делают по их основным параметрам.
Микросхемы и микросборки
Интегральные компоненты (микросхемы и микросборки) являются активными, если к ним подключено питание и другие компоненты с соблюдением установленного производителем режима работы. Они содержат внутри кристалла электронные схемы или целые массивы схем. Есть чипы, которые не нуждаются в специальном источнике питания, энергию для своей работоспособности они берут из входных сигналов, радиосигналов или светового либо магнитного потока (для датчиков).
В зависимости от структуры и назначения микросхемы делятся на:
· Аналоговые – обрабатывают сигналы, изменяющиеся по закону непрерывной функции;
· Цифровые – работают с дискретными значениями логических состояний;
· Комбинированные – работают как с аналоговым, так и цифровым сигналами. Они могут быть их конвертерами, как в одном, так и во втором направлении преобразования;
· Программные – цифровые значения регистрируются и запоминаются, а исполнительные устройства работают по стандартизированным алгоритмам;
Степень сложности микросхем определяется уровнем интеграции – количеством электронных элементов внутри кристалла. А их размер обуславливается техпроцессом.
Микрокристаллы, выполненные на базе биполярных транзисторов, используются в транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ). А микросхемы, изготовленные из полевых транзисторов – в КМОП (комплементарный металл-окисел-полупроводник).
Эти оба типа логики сильно отличаются своими свойствами. Об этом я уже писал в ранее опубликованной статье. Сейчас это разделение мало кто учитывает, а зря. Есть много комбинированных интегральных микросхем, в которых используются разные типы логики. Даже используются технологии, изготавливающие чипы с приближёнными свойствами один к другому.
Также и уровни логических состояний разных типов логики тоже различны. Для согласования используются специальные устройства. Но иногда входные/выходные параметры логических устройств делают совместимыми с другими логическими состояниями.
