Введение
Вы задумывались, из чего сделан смартфон, телевизор или ноутбук? Разберёмся, как несколько крошечных деталей — активных и пассивных компонентов, управляют гаджетом.
Вся современная электроника — это работа двух фундаментальных типов электронных компонентов: активных и пассивных. Эти детали, от крошечных, почти незаметных, до массивных с радиаторами охлаждения, делят весь мир электроники на две группы. В чём их главное отличие?
Главный секрет: энергия!
Вся разница между компонентами сводится к взаимодействию с электрической энергией. Каждый элемент в электронной схеме выполняет определённую функцию, но относительно тока и напряжения они действуют противоположно. Одни элементы должны усиливать или генерировать сигнал, а другие — лишь поглощать, хранить или трансформировать эту энергию для стабилизации цепи.
Пассивные компоненты (потребители и хранители)
Эти компоненты не умеют усиливать или генерировать энергию. Они с ней работают тремя способами:
- поглощают и рассеивают — превращают электрическую энергию в тепло (наглядный пример — резисторы);
- накапливают заряд в электрическом поле — запасают заряд, чтобы потом его отдать (конденсаторы);
- накапливают заряд в магнитном поле — то же самое, но заряд запасают через магнитное поле (катушки индуктивности).
Пассивные элементы (от крошечного чипа до массивного дросселя) разнообразны по внешним параметрам, но у есть несколько общих свойств.
Они — не источники питания
Пассивные компоненты никогда не выступают генераторами электрической энергии. Они могут запасать её или преобразовывать, но создавать ток или напряжение не способны.
Их характер почти всегда постоянный
В большинстве случаев пассивные элементы демонстрируют линейную характеристику.
Резистор с сопротивлением 250 Ом всегда остаётся резистором с сопротивлением 250 Ом
Они не изменяют своё основное свойство в зависимости от того, какое напряжение вы к ним приложите.
Сложные пассивные элементы: исключения из правил
Не все пассивные компоненты такие простые! Есть исключения, которые могут ввести в заблуждение:
- Многовыводные. Хотя большинство пассивных компонентов имеют всего два вывода, существуют многовыводные (яркий пример – трансформаторы).
- С нелинейным откликом. Определённые приборы (например, термисторы или ферромагнитные изделия) работают без источника питания, но меняют своё свойство (сопротивление) в зависимости от внешних факторов (температуры).
- Чувствительные к направлению. В радиочастотной технике используют пассивные компоненты, которые пропускают электромагнитную волну в одном строго заданном направлении, что важно для защиты чувствительного оборудования.
Примеры пассивных деталей: резисторы, конденсаторы, дроссели, трансформаторы.
Активные компоненты (генераторы и усилители)
Главная функция активных компонентов — усиление сигнала. Они берут слабый входной электрический импульс и многократно увеличивают его мощность за счёт использования энергии внешнего источника. Активные компоненты генерируют, коммутируют, т. е. создают или управляют потоком тока, действуя как переключатель в цепи. Чтобы управлять током, им нужен внешний источник энергии.
Важно! Именно транзисторы — самые популярные активные элементы, стали основой всех микросхем и процессоров. Они работают как множество крошечных переключателей.
В чём принципиальная разница между компонентами?
Хоть оба типа компонентов — основа любой схемы, их функции противоположны. Как уже было сказано, активные — генерируют или усиливают мощность, пассивные — поглощают энергию (преобразуют её в тепло, свет или движение).
Отличаются компоненты работой с усилением:
- коэффициент усиления активных больше единицы (К> 1), по этой причине они могут взять слабый сигнал и сделать его сильным;
- коэффициент пассивных меньше единицы (К <1), они не могут усилить сигнал, а могут только ослаблять его или хранить.
Также разница компонентов заключается в управлении и питании:
- активные — инициируют и управляют протеканием тока, для этого им требуется внешний источник питания (например, батарея или блок питания);
- пассивные — не контролируют ток в цепи, не требуют внешнего источника для работы, используют только свои внутренние свойства (например, сопротивление резистора).
Интересный факт: активный элемент, такой как аккумулятор (например, литиевый аккумулятор GPR LiPo 3S), может генерировать энергию (в это время происходит разряд) и поглощать её (заряжаться)
Без гармоничного баланса между этими двумя типами компонентов не работало бы ничего! Активные элементы задают логику и мощность, а пассивные — стабилизируют, фильтруют помехи и формируют необходимые рабочие условия.
Заключение
Инженеры тратят столько времени на подбор идеальных комплектующих. Возможностей сейчас множество: от сверхмощных биполярных транзисторов до сложных радиочастотных циркуляторов, которые направляют электромагнитную волну строго в одну сторону.
Если хотите погрузиться в мир электроники и узнать о принципах работы этих деталей, приглашаем в наш блог.