قطعات الکترونیکی پسیو

قطعات پسیو (Passive) یا غیر فعال، بلوک‌های اصلی ساختار مدارهای الکترونیکی هستند و بدون آن ها این مدارها یا اصلاً کار نمی‌کنند و یا ناپایدار می‌شوند.

قطعات پسیو چه هستند؟ قطعات یا المان‌های پسیو انرژی تولید نمی‌کنند، اما می‌توانند آن را ذخیره یا تلف کنند. قطعات پسیو قطعات اصلی مورد استفاده در الکترونیک مانند مقاومت­‌ها، سلف‌­ها، خازن‌­ها و ترانسفورماتورها هستند که با هم برای ساخت هر مدار الکتریکی یا الکترونیکی مورد نیاز استفاده می‌­شوند.

همانطور که از نام آن­ها پیداست، قطعات پسیو، اجزای الکتریکی هستند که برای کار کردن به هیچ شکلی از توان الکتریکی نیاز ندارند، بر خلاف «قطعات اکتیو یا فعال (active)» مانند ترانزیستورها، تقویت‌کننده‌های عملیاتی و مدارهای مجتمع که برای کارکردن نیاز به توان دارند.

قطعات پسیو از آنجا که منفعل هستند، بهره، تقویت یا جهت‌­دهی را برای یک مدار فراهم نکرده بلکه در عوض تضعیف می‌کنند، زیرا آن ها همیشه بهره کمتر از یک دارند. بنابراین، قطعات پسیو نمی‌توانند سیگنال الکتریکی را تولید، نوسان یا تقویت کنند.

قطعات پسیو را می‌توان به‌صورت جداگانه یا به‌ هم متصل در یک مدار به صورت سری یا موازی برای کنترل مدارها یا سیگنال‌های پیچیده، ایجاد تغییر فاز به سیگنال یا ارائه نوعی فیدبک استفاده کرد. اما این قطعات نمی‌توانند سیگنال را بیش از یک برابر کنند به این دلیل که آن­ها افزایش توان ندارند.

در واقع، قطعات پسیو انرژی را در یک مدار الکتریکی یا الکترونیکی مصرف می‌کنند، زیرا برخلاف عناصر اکتیوی که توان یک مدار را تولید یا تامین می‌کنند، مانند تضعیف‌کننده عمل می‌کنند.

مقادیر اجزای قطعات پسیو مانند مقاومت بر حسب اهم یا ظرفیت خازن بر حسب فاراد همیشه مثبت هستند (یعنی، >۰) و هرگز منفی نیستند، اگرچه برخی از قطعات ممکن است دارای ضریب منفی باشند.

قطعات پسیو اجزای دو جهته هستند، یعنی می‌توانند به هر طرف در مدار متصل شوند، مگر اینکه دارای علامت قطبیت خاصی مانند خازن‌های الکترولیتی باشند. قطبیت ولتاژ در دو طرف آن­ها توسط جریان عبوری از پایانه مثبت به پایانه منفی تعیین می­شود.

در هر دو نظریه مدار الکتریکی و تجزیه و تحلیل مدار، قطعات پسیو عموماً المان‌های الکتریکی نامیده می‌شوند، بنابراین اجازه دهید نگاهی کوتاه به سه مورد از رایج‌ترین عناصر الکتریکی پسیو پایه یعنی مقاومت، خازن و سلف بیندازیم:

مقاومت

مقاومت یک قطعه پسیو است که با جریان الکتریکی عبوری از آن مخالفت می­‌کند. مقدار مخالفت با عبور جریان را مقاومت می‌­نامند و با علامت “R” نشان داده می‌­شود.

 مقاومت معیاری است که نشان می­‌دهد الکترون­‌ها چقدر آسان یا دشوار می­‌توانند از طریق یک مسیر خاص در یک مدار الکتریکی عبور کنند و به عنوان یک مقدار در واحدهایی به نام اهم بیان می­‌شود.

یک اهم مقدار مقاومتی است که وقتی جریانی به اندازه یک آمپر از مقاومتی عبور می‌کند که یک ولت در پایانه‌های آن دارد، ایجاد می‌شود. بنابراین مقدار مقاومت یک مقاومت را می­‌توان بر حسب افت ولتاژ در مقاومت و جریان عبوری از مقاومت طبق قانون اهم تعریف کرد:

V = R.I

در این معادله، R مقاومت، V ولتاژ دو طرف مقاومت، و I جریانی است که از مقاومت عبور می­‌کند. این رابطه بین ولتاژ و جریان به نام رابطه V-I در مقاومت در هر دو مدار DC و AC، خطی است.

توان جذب شده توسط یک مقاومت به صورت زیر نشان داده می‌­شود:

یک مقاومت ایده‌آل، انرژی الکتریکی را بدون ذخیره آن به عنوان بار الکتریکی یا انرژی مغناطیسی، از بین می‌برد.

سلف

سلف (Inductor) که دارای نماد “L” است و با هانری (H) اندازه­‌گیری می‌­شود، عنصری است که برای ذخیره انرژی در قالب یک میدان الکترومغناطیسی استفاده می­‌شود. انرژی الکترومغناطیسی در پیچ‌­های یک سیم­‌پیچ تا زمانی که یک جریان متغیر زمانی i(t) از طریق سلف جریان داشته باشد، ذخیره می‌­شود.

خود القایی ویژگی یک سلف است که با هر گونه تغییر در جریان مطابق با ثابت تناسب تعریف شده مخالفت می­‌کند و ولتاژ تولید شده در سیم­ پیچ متناسب با نرخ تغییر جریان عبوری از آن نسبت به زمان است.

سلف عنصر پسیوی است که می‌­تواند انرژی را ذخیره یا تحویل دهد اما نمی­‌تواند آن را تولید کند. یک سلف ایده‌­آل بدون تلفات است، به این معنی که می‌­تواند انرژی را به طور نامحدود ذخیره کند زیرا هیچ انرژی به عنوان گرما از بین نمی‌­رود. سلف­ ها یک مسیر امپدانس کم به جریان DC و یک مسیر امپدانس بالا به جریان AC ارائه می­‌دهند.

امپدانس یک سلف به نام راکتانس القایی (inductive reactance)، با فرکانس تغییر می‌­کند و در یک سلف ایده‌­آل، جریان موج سینوسی AC، نود درجه از ولتاژ عقب است.

بنابراین می‌توانیم اندوکتانس L را به‌عنوان اندازه‌ «مقاومت» یک سلف در برابر تغییر جریان تعریف کنیم که هر چه مقدار L بزرگ‌تر باشد، نرخ تغییر جریان کمتر است. مانند مقاومت، اندوکتانس همیشه یک مقدار مثبت است.

خازن

عنصر پسیو آخر، خازن است. برخلاف سلف که انرژی خود را به صورت مغناطیسی ذخیره می­‌کند، یک خازن انرژی خود را به صورت الکترواستاتیک به صورت بار در صفحات خود ذخیره می­کند. خازن از دو یا چند صفحه رسانا تشکیل شده است که توسط یک ماده دی­‌الکتریک از هم جدا شده‌­اند.

ظرفیت، “C” ویژگی خازن است که با هر گونه تغییر در ولتاژ در دو طرف آن مخالفت می‌کند، همانطور که با ثابت تناسب تعریف می‌­شود و جریانی که از آن عبور می‌­کند با نرخ تغییر ولتاژ در آن نسبت به زمان متناسب است.

ظرفیت خازن صفحه موازی، نسبت مقدار شارژ Q ذخیره شده در صفحات آن به ولتاژ V در صفحات آن است و بر حسب فاراد، نماد (C)، یعنی C=Q/V اندازه­‌گیری می­‌شود. خازن‌ها یک مسیر امپدانس کم به سیگنال­‌های AC ارائه می‌­دهند اما DC را مسدود می‌کنند.

امپدانس خازنی که راکتانس خازنی نیز نامیده می­شود، با فرکانس تغییر می­کند و در یک خازن ایده­آل، ولتاژ موج سینوسی AC، 90 درجه از جریان عقب است. مانند مقاومت، ظرفیت خازن همیشه یک مقدار مثبت است.

برای مدارهای ساده با تنها یک جزء پسیو، اعم از یک مقاومت، یک سلف یا یک خازن، می‌توانیم مشخصات آن‌ها را به صورت زیر خلاصه کنیم:   Xc= 1/2πfC= 1/ωC

قطعه پسیو

مقاومت یا راکتانس

زاویه فاز (Փ)

	R = R	۰ درجه ( جریان با ولتاژ هم فاز است )
	XL= 2πfL= ωL	ELI (جریان از ولتاژ 90 درجه عقب است)
	Xc= 1/2πfC= 1/ωC	ICE (جریان از ولتاژ 90 درجه جلوتر است)

در این جدول، XL نشان دهنده راکتانس القایی و XC نشان دهنده راکتانس خازنی مدار AC است.