تفاوت‌های بین اجزای فعال و غیرفعال: یک راهنمای جامع

قطعات، واحدهای اساسی هستند که عملکردهای یک مدار را می‌سازند. در هر مدار الکترونیکی، نقش آنها از اهمیت حیاتی برخوردار است. به عنوان مثال، حتی در یک مدار کنترل نور LED ساده، قطعات الکترونیکی مختلف مورد استفاده در مدار، نحوه تولید، انتقال، پردازش و تنظیم سیگنال‌ها را تعیین می‌کنند. به طور کلی، قطعات الکترونیکی cاجزا بر اساس اینکه آیا به چیزی نیاز دارند یا خیر، به دو دسته اصلی طبقه‌بندی می‌شوند an درایو انرژی خارجی و اینکه آیا آنها قابلیت کنترل سیگنال دارند: active cاجزاء و pکمکی cاجزا - این موضوعی است که امروز قرار است در مورد آن صحبت کنیم.

درک تفاوت بین اجزای فعال و غیرفعال نه تنها اولین قدم در یادگیری اصول الکترونیک است، بلکه دانش اصلی است که باید در طراحی مهندسی واقعی، اشکال‌زدایی و عیب‌یابی بر آن تسلط یافت. در ادامه، این مقاله مقدمه‌ای مفصل در مورد اجزای فعال و غیرفعال ارائه می‌دهد، تفاوت‌های اصلی آنها را در اصول، ساختار و عملکرد تجزیه و تحلیل می‌کند و به شما کمک می‌کند تا از طریق مثال‌های معمول، بر نقش‌ها و روش‌های هماهنگی آنها در سیستم‌های الکترونیکی واقعی تسلط پیدا کنید.

اجزای فعال چیستند؟

فعال cقطعات الکترونیکی به اجزای الکترونیکی در یک مدار اشاره دارند که برای عملکرد صحیح به منبع تغذیه خارجی نیاز دارند. این اجزا می‌توانند سیگنال‌ها را تقویت کنند، جریان‌ها را تغییر دهند و حتی در برخی موارد انرژی تولید کنند. در مقایسه با اجزای غیرفعال، اجزای فعال در الکترونیک می‌توانند جریان را کنترل کنند و بخش ضروری در طراحی مدارهای پیچیده هستند.

ویژگی های اصلی آن:

نیاز به eانرژی خارجی (معمولاً منبع تغذیه DC)

Cسیگنال‌های الکتریکی را تقویت می‌کنند یا انرژی تولید می‌کنند

توانایی داشته باشید به کنترل سیگنال

مثال‌هایی از اجزای فعال

1. ترانزیستور

ترانزیستور یکی از اجزای اصلی دستگاه‌های الکترونیکی مدرن است. انواع رایج آن شامل ترانزیستورهای دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) است. این یک قطعه الکترونیکی سه ترمیناله است که به طور گسترده در عملکردهای الکترونیکی مانند تقویت سیگنال، کنترل سوئیچ، نوسان و مدولاسیون (تقویت‌کننده‌های صوتی، مدارهای منطقی، ماژول‌های مدیریت توان) استفاده می‌شود. در میان آنها، عمدتاً نقش تقویت جریان و کنترل سوئیچ را ایفا می‌کند.

2. دیود

دیود فقط اجازه می‌دهد جریان از آند به کاتد جریان یابد و یک قطعه دو ترمیناله با رسانایی یک طرفه است. دیودها انواع خاصی دارند، مانند دیودهای زنر، که می‌توانند برای تثبیت ولتاژ استفاده شوند. یک دیود ساطع کننده نور (LED) می‌تواند نور مرئی ساطع کند. اغلب برای یکسوسازی، محدود کردن ولتاژ و مدولاسیون سیگنال استفاده می‌شود.

۳. آی سی (مجتمع جریان)

مدار مجتمع وسیله‌ای است که چندین جزء فعال و غیرفعال را روی یک تراشه نیمه‌هادی کوچک ترکیب می‌کند.است. منمی‌تواند شامل ده‌ها هزار قطعه مانند ترانزیستور، دیود، مقاومت و خازن در داخل باشد.Cها را می‌توان به آنالوگ طبقه‌بندی کرد ICs و دیجیتال ICبر اساس عملکردشان، مانند تقویت‌کننده‌های عملیاتی، تایمرها، میکروکنترلرها و غیره. این ماده عمدتاً در مادربردهای کامپیوتر، تلفن‌های همراه، سیستم‌های اتوماسیون صنعتی اعمال می‌شود و برای پردازش سیگنال، کنترل منطقی، ذخیره‌سازی، ارتباطات و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد..

4. لوله وکیوم

La vتیز کردن لامپ، نماینده فناوری اولیه الکترونیک است و قبل از محبوبیت گسترده ترانزیستورهای نیمه‌هادی، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت. این لامپ، تقویت سیگنال را از طریق جریان الکترون در یک محیط خلاء انجام می‌دهد. اگرچه اکنون کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما هنوز هم می‌توان آن را در تجهیزات صوتی با کیفیت بالا، دستگاه‌های پخش و تجهیزات صوتی حرفه‌ای مشاهده کرد.

اجزای غیرفعال چیستند؟

قطعات غیرفعال به قطعات الکترونیکی اطلاق می‌شود که می‌توانند بدون منبع تغذیه خارجی کار کنند. برخلاف قطعات فعال، قطعات غیرفعال نمی‌توانند سیگنال‌ها را تقویت، تولید یا کنترل کنند. آنها فقط می‌توانند انرژی را ذخیره، محدود یا تلف کنند. در مدارهای الکترونیکی، نقش‌های کمکی کلیدی مانند شکل‌دهی به سیگنال‌ها، کنترل ولتاژ و جریان و فیلتر کردن را ایفا می‌کند.

ویژگی های اصلی آن:

به تنهایی نمی‌تواند جریان را کنترل کند

معمولاً یک جزء دو جهته

فقط انرژی را ذخیره یا مصرف می‌کند

غیر فعال Components Eنمونه ها:

1. مقاومت

2. خازن

3. سلف

سلف قطعه‌ای است که انرژی الکتریکی را به شکل انرژی مغناطیسی ذخیره می‌کند و با یک سیم‌پیچ پیچیده شده است. هنگام روشن شدن، یک میدان مغناطیسی در داخل سیم‌پیچ تشکیل می‌شود و هنگامی که برق قطع می‌شود، میدان مغناطیسی انرژی آزاد می‌کند. سلف‌ها به تغییرات جریان پاسخ می‌دهند و می‌توانند جریان‌های با تغییرات سریع را مهار کنند. سلف‌ها اغلب با خازن‌ها ترکیب می‌شوند تا فیلترهای LC را تشکیل دهند. به نویز فرکانس بالا را فیلتر می‌کند. یا می‌تواند به عنوان یک جزء اصلی برای تبدیل و انتقال انرژی در منابع تغذیه سوئیچینگ استفاده شود؛ یا می‌تواند برای فیلتر کردن تداخل الکترومغناطیسی (EMI) در انتهای ورودی برق استفاده شود.

تفاوت بین اجزای فعال و غیرفعال

اجزای فعال و اجزای غیرفعال، این دو نوع اجزا نقش‌های کاملاً متفاوتی در الکترونیک ایفا می‌کنند. در ادامه، ما عمدتاً به طور سیستماتیک تفاوت‌های بین اجزای فعال و غیرفعال را از پنج جنبه زیر تجزیه و تحلیل خواهیم کرد: نیاز به توان، تقویت سیگنال، جهت‌گیری، مصرف و ذخیره‌سازی انرژی، و پیچیدگی و عملکرد، و در عین حال، آنها را با ترکیب مثال‌ها نشان خواهیم داد.

نیروی مورد نیاز

یکی از تفاوت‌های اصلی بین اجزای فعال و غیرفعال این است که آیا آنها برای انجام وظایف خود به منبع تغذیه خارجی متکی هستند یا خیر.

فعال cقطعات برای اینکه به درستی کار کنند باید به منبع تغذیه متصل شوند. آنها نه تنها می‌توانند به سیگنال‌های موجود در مدار پاسخ دهند، بلکه می‌توانند جهت جریان را کنترل کنند، قدرت سیگنال را تقویت کنند و حتی عملکردهای کنترلی "روشن" و "خاموش" را نیز انجام دهند. به عنوان مثال، ترانزیستور (یکی از رایج‌ترین قطعات فعال). وقتی ولتاژ کمی (بایاس) به بیس ترانزیستور اعمال می‌کنید، مانند یک شیر آب باز می‌شود و اجازه می‌دهد جریان از کلکتور به امیتر افزایش یابد. اما بدون این ولتاژ کنترلی، ترانزیستور نمی‌تواند کار کند.

در تضاد، pکمکی cاجزا می‌توانند کار خود را بدون هیچ منبع تغذیه خارجی انجام دهند. اجزای غیرفعال انرژی تولید یا افزایش نمی‌دهند؛ در عوض، آنها با استفاده از انرژی موجود در مدار کار می‌کنند. به عنوان مثال، یک مقاومت به طور فعال جریان را تنظیم نمی‌کند، اما مقدار آن سرعت جریان آب را تعیین می‌کند. تا زمانی که ولتاژ و جریان در مدار وجود داشته باشد، مقاومت به طور طبیعی مقدار جریان را طبق قانون اهم (V=IR) محدود می‌کند.

اجزای فعال و اجزای غیرفعال، یکی به طور فعال کنترل می‌کند و دیگری به طور غیرفعال پاسخ می‌دهد، تفاوت در وابستگی آنها به منابع تغذیه خارجی، تمایز اساسی بین اجزای فعال و غیرفعال در الکترونیک را تشکیل می‌دهد.

تقویت سیگنال

در مدارهای الکترونیکی، اینکه آیا یک قطعه توانایی تقویت سیگنال‌ها را دارد یا خیر، یکی از قابل فهم‌ترین و شهودی‌ترین راه‌ها برای تشخیص فعال یا غیرفعال بودن آن است.

دلیل اینکه اجزای فعال "فعال" نامیده می‌شوند این است که آنها ... power gain هستند، یعنی می‌توانند یک سیگنال ورودی ضعیف را به یک سیگنال خروجی قوی‌تر تقویت کنند. این هسته بسیاری از تقویت‌کننده‌های الکترونیکی، سیستم‌های کنترل و دستگاه‌های ارتباطی است. به عنوان مثال، BJT (ترانزیستور). وقتی جریان بسیار کمی را به بیس اعمال می‌کنیم، می‌تواند جریان بزرگتری را از کلکتور به امیتر کنترل کند. دقیقاً به دلیل همین ویژگی است که BJT به عنوان یک جزء فعال طبقه‌بندی می‌شود.

با این حال، اجزای غیرفعال نمی‌توانند به این عملکرد تقویت دست یابند. آن‌ها فقط می‌توانند سیگنال را به صورت غیرفعال تنظیم کنند. به عنوان مثال، خازن‌ها. در مدار صوتی، می‌تواند نویز فرکانس پایین را فیلتر کند و به سیگنال‌های فرکانس بالا اجازه عبور روان را بدهد. با این حال، نمی‌تواند سیگنال را از ضعیف به قوی تغییر دهد و بهره توان ندارد.

مسیریابی

اینکه آیا جهت جریان محدود شده است یا خیر، نیز یک بُعد مهم برای تمایز بین اجزای فعال و غیرفعال است.

اجزای فعال اغلب دارای مشخصه هدایت جریان یک طرفه هستند.است. Tبه عبارت دیگر، آنها فقط اجازه می‌دهند جریان در جهت مشخص شده جریان یابد. شان عملکرد و رفتار تا حد زیادی تحت تأثیر قطبیت ولتاژ قرار دارد. به عنوان مثال، دیود. این رایج‌ترین قطعه رسانای یک‌طرفه است که اجازه می‌دهد جریان فقط از آند به کاتد جریان یابد. دقیقاً به همین دلیل است که به طور گسترده در مدارهای یکسوکننده استفاده می‌شود.

در مقابل، اکثر اجزای غیرفعال دو جهته هستند. به عبارت دیگر، مهم نیست جریان در کدام جهت جریان یابد، آنها بر وضعیت کاری اساسی آنها تأثیری نخواهد گذاشت. برای مثال، یک مقاومت کاملاً نسبت به جهت جریان بی‌تفاوت است. فرقی نمی‌کند که آن را برعکس وصل کنید، اثر محدودکننده جریان آن کاملاً بدون تغییر باقی می‌ماند.

مصرف انرژی و ذخیره‌سازی

اجزای فعال به طور فعال انرژی الکتریکی را مصرف می‌کنند و از این بخش از انرژی برای انجام عملیات عملکردی مانند تقویت، سوئیچینگ و مدولاسیون استفاده می‌کنند. آنها نه تنها انرژی مصرف می‌کنند، بلکه می‌توانند انرژی را سازماندهی مجدد و کنترل کنند. در حین کار، ترانزیستورها به طور مداوم از منبع تغذیه انرژی می‌گیرند، سیگنال ورودی را تقویت می‌کنند و سپس آن را به خروجی می‌رسانند.

از سوی دیگر، اجزای غیرفعال، به طور فعال انرژی الکتریکی مصرف نمی‌کنند، بلکه با تکیه بر ولتاژ یا جریان خود مدار به عملیات پاسخ می‌دهند. برخی حتی می‌توانند به طور موقت انرژی را ذخیره کنند. به عنوان مثال، خازن‌ها انرژی الکتریکی را در یک میدان الکتریکی ذخیره می‌کنند و اغلب برای نوسانات ولتاژ روان استفاده می‌شوند. سلف انرژی را در میدان مغناطیسی ذخیره می‌کند. و پس از قطع برق، همچنان می‌تواند برای مدت کوتاهی برق را تأمین کند.

پیچیدگی و عملکرد

از لحاظ cپیچیدگی و عملکردتفاوت بین اجزای فعال و غیرفعال در الکترونیک نیز بسیار آشکار است.

ساختار اجزای فعال معمولاً پیچیده‌تر است. آن‌ها از چندین ساختار نیمه‌هادی تشکیل شده‌اند و توانایی پردازش اطلاعات، قضاوت منطقی و حتی انجام توابع الگوریتمی را دارند. تقویت‌کننده عملیاتی (Op-Amp) که از ده‌ها یا حتی صدها ترانزیستور در داخل تشکیل شده است، نه تنها می‌تواند سیگنال‌ها را تقویت کند، بلکه می‌تواند وظایف محاسباتی آنالوگ مانند جمع، تفریق، انتگرال‌گیری و مشتق‌گیری را نیز انجام دهد.

در حالی که صاجزای کمکی فقط ساختار ساده‌ای دارند و هیچ قضاوت منطقی یا قابلیت کنترلی ندارند. آن‌ها عمدتاً عملکردهای اساسی مانند محدود کردن جریان، فیلتر کردن، ذخیره یا آزادسازی انرژی را انجام می‌دهند.

جدول مقایسه

نتیجه

به طور خلاصه، تفاوت‌های بین اجزای فعال و غیرفعال عمدتاً در جنبه‌های زیر منعکس می‌شود. (برای خلاصه کردن و تعمیم از جداول استفاده خواهم کرد):

درک اجزای فعال و غیرفعال و همچنین عملکرد و روش‌های هماهنگی آنها در طراحی الکترونیکی، پایه و اساس یادگیری فناوری الکترونیک است. چه مبتدی باشید و چه یک مهندس توسعه، تسلط بر این مفاهیم اساسی به شما کمک می‌کند تا سیستم‌های الکترونیکی پایدار و قابل اعتماد را با کارایی بیشتری طراحی کنید.

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.