전자 회로는 오늘날 우리 삶에서 이루어지는 거의 모든 기술 발전의 필수 요소입니다. 텔레비전, 라디오, 전화 및 컴퓨터가 즉시 떠오를 수 있지만 전자 제품은 자동차, 주방 기기, 의료 장비 및 산업 제어에도 사용됩니다. 이러한 장치의 핵심은 반도체와 같이 전자 흐름을 전자적으로 제어하는 회로의 구성 요소 또는 능동 구성 요소입니다. 그러나 이러한 장치는 수십 년 전 반도체보다 훨씬 더 간단한 수동 부품 없이는 기능 할 수 없었습니다. 능동 부품과 달리 저항, 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 부품은 전자 신호로 전자 흐름을 제어 할 수 없습니다.
저항
이름에서 알 수 있듯이 저항은 회로의 전류 흐름에 저항하는 전자 부품입니다.
전기 전도성이 높고 저항률이 낮은은 또는 구리와 같은 금속에서 전자는 저항이 거의없이 한 원자에서 다음 원자로 자유롭게 건너 뛸 수 있습니다.
Georgia State University의 물리 및 천문학과에서 호스팅하는 물리 자원 웹 사이트 인 HyperPhysics에 따르면 회로 구성 요소의 전기 저항은 흐르는 전압에 대한인가 전압의 비율로 정의됩니다. 저항의 표준 단위는 옴이며, 독일 물리학 자 Georg Simon Ohm의 이름을 따서 명명되었습니다. 그것은 1 볼트에서 1 암페어의 전류를 갖는 회로의 저항으로 정의됩니다. 저항은 저항을 전압을 전류로 나눈 값과 같거나 R = V / I (보다 일반적으로 V = IR로 표시됨)를 나타내는 옴의 법칙을 사용하여 계산할 수 있습니다. 여기서 R은 저항이고 V는 전압이며 I는 전류입니다.
저항기는 일반적으로 고정 또는 가변으로 분류됩니다. 고정 값 저항은 규정 된 전류 및 전압 제한 내에서 항상 동일한 저항을 갖는 단순한 수동 구성 요소입니다. 1ohm 미만에서 수백만 ohm까지 광범위한 저항 값으로 제공됩니다.
가변 저항은 볼륨 조절기 및 디머 스위치와 같은 단순한 전자 기계 장치로, 노브를 돌리거나 슬라이드 컨트롤을 움직일 때 저항의 유효 길이 또는 유효 온도를 변경합니다.
인덕턴스
인덕터는 전류가 흐르는 와이어 코일로 구성된 전자 부품으로 자기장을 생성합니다. 인덕턴스 단위는 영국 물리학 자 마이클 패러데이 (Michael Faraday)와 거의 동시에 인덕턴스를 발견 한 미국 물리학 자 Joseph Henry의 이름을 따서 명명 된 Henry (H)입니다. 하나의 헨리는 전류가 초당 1 암페어에서 변화 할 때 1 볼트의 기전력 (에너지 원으로부터의 전기 압력)을 유도하는 데 필요한 인덕턴스의 양입니다.
능동 회로에서 인덕터를 사용하는 중요한 용도 중 하나는 고주파 신호를 차단하는 동시에 저주파 발진을 허용하는 것입니다. 이것은 커패시터의 반대 기능입니다. 회로에서 두 구성 요소를 결합하면 거의 모든 원하는 주파수의 진동을 선택적으로 필터링하거나 생성 할 수 있습니다.
마이크로 칩과 같은 집적 회로의 출현으로 2D 인쇄 회로에서 3D 코일을 제조하는 것이 극히 어렵 기 때문에 인덕터가 덜 일반적이되었습니다. 콜로라도 볼더 대학 (University of Colorado Boulder)의 물리학 교수 인 마이클 더슨 (Michael Dubson)에 따르면, 이러한 이유로 마이크로 회로는 인덕터없이 설계되고 커패시터를 대신 사용하여 본질적으로 동일한 결과를 달성한다고한다.
정전 용량
커패시턴스는 전하를 저장하는 장치의 능력이며, 따라서 전하를 저장하는 전자 부품을 커패시터라고합니다. 커패시터의 가장 초기 예는 Leyden jar입니다. 이 장치는 유리 병의 내부와 외부에 정렬 된 전도성 포일에 정전기를 저장하기 위해 발명되었습니다.
가장 간단한 커패시터는 작은 간격으로 분리 된 2 개의 평평한 전도 판으로 구성됩니다. 플레이트 사이의 전위차 또는 전압은 플레이트상의 전하량의 차이에 비례한다. 이것은 Q = CV로 표현되며, 여기서 Q는 전하이고, V는 전압이며 C는 정전 용량입니다.
커패시터의 정전 용량은 전압 단위당 저장할 수있는 충전량입니다. 커패시턴스 측정 단위는 패러데이 (Faraday)로 명명 된 패럿 (F)이며, 1 볼트의인가 전위로 1 쿨롱 전하를 저장하는 용량으로 정의됩니다. 1 쿨롱 (C)은 1 초에 1 암페어의 전류에 의해 전달되는 전하량입니다.
효율을 극대화하기 위해 커패시터 플레이트는 층으로 쌓이거나 코일 사이에 공기 간격이 매우 작은 코일로 감겨 있습니다. 플레이트들 사이의 전기장을 부분적으로 차단하는 절연 재료 인 유전체 재료는 종종 공극 내에 사용된다. 이를 통해 플레이트는 아크 및 단락없이 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다.
커패시터는 종종 라디오 및 오디오 장비와 같은 진동 전기 신호를 사용하는 능동 전자 회로에서 발견됩니다. 거의 즉시 충전 및 방전 할 수있어 회로의 특정 주파수를 생성하거나 필터링하는 데 사용할 수 있습니다. 발진 신호는 다른 판이 방전되는 동안 커패시터의 한 판을 충전 할 수 있고, 전류가 역전 될 때, 제 1 판이 방전되는 동안 다른 판을 충전 할 것이다.
일반적으로 더 높은 주파수는 커패시터를 통과 할 수 있지만 더 낮은 주파수는 차단됩니다. 커패시터의 크기에 따라 신호가 차단되거나 통과되는 차단 주파수가 결정됩니다. 커패시터 조합을 사용하여 지정된 범위 내에서 선택한 주파수를 필터링 할 수 있습니다.
수퍼 커패시터는 그래 핀과 같은 초박형 재료 층을 생성하여 동일한 크기의 기존 커패시터보다 10 ~ 100 배의 용량을 달성하기 위해 나노 기술을 사용하여 제조된다. 그러나 기존 유전체 커패시터보다 응답 시간이 훨씬 느리기 때문에 능동 회로에서는 사용할 수 없습니다. 반면, 컴퓨터 전원과 같은 특정 애플리케이션에서 주 전원이 차단 될 때 데이터 손실을 방지하기 위해 전원으로 사용되기도합니다.
커패시터는 또한 캘리포니아에 본사를 둔 회사 인 SiTime에서 개발 한 타이밍 장치의 중요한 구성 요소입니다. 이 장치는 휴대폰에서 고속 열차 및 주식 시장 거래에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다. MEMS (Microelectromechanical Systems)로 알려진이 소형 타이밍 장치는 커패시터를 사용하여 올바르게 작동합니다. SiTime의 마케팅 담당 부사장 Piyush Sevalia는“공진기에 올바른 커패시터와 부하 커패시턴스가 없으면 타이밍 회로가 안정적으로 시작되지 않고 경우에 따라 발진이 멈추는 경우도있다”고 말했다.
이 기사는 Live Science 기고자 인 Rachel Ross가 2019 년 1 월 16 일에 업데이트했습니다.
