Tôi đã tự hỏi những gì phát triển được thực hiện trên các thành phần điện ngày nay.
Các nhà sản xuất có cố gắng làm cho các thành phần điện mà họ bán càng gần với mô hình lý tưởng càng tốt không? Vì vậy, ví dụ, mục tiêu cho các điện trở cố định của chúng hoạt động theo định luật Ohm cho phạm vi rộng nhất của các giá trị điện áp và tần số? Hoặc có những lợi ích cho hành vi phi tuyến tính khác với mô hình lý tưởng trong một số trường hợp sử dụng?
Câu trả lời:
Thường nhưng không phải lúc nào cũng vậy , mục đích là để tái tạo hành vi của một thành phần lý tưởng, ít nhất là trên một số phạm vi tần số, điện áp, nhiệt độ, bất cứ điều gì.
Tuy nhiên, đôi khi, các nhà sản xuất cố tình đi lạc khỏi lý tưởng bởi vì một mức độ nhất định của hành vi "không lý tưởng" là mong muốn cho ứng dụng điển hình của một thành phần. Xem xét bỏ qua / tách tụ điện. Nếu bạn đã làm việc lâu năm trong ngành điện tử, bạn sẽ biết sự cần thiết của điện dung giữa nguồn điện và mặt đất của mạch điện của bạn.
Ví dụ, từ quan điểm của nhà sản xuất, trên từng thành phần để tăng ESR, và do đó, nắp thậm chí còn xa hơn lý tưởng được cho là so với các mũ MLCC khác của họ. Nếu bạn đã từng thiết kế hoặc chỉ định hiệu suất của hệ thống phân phối điện, bạn sẽ biết rằng ESR quá cao có nghĩa là nắp bỏ qua của bạn không hiệu quả, nhưng ESR quá thấp có thể tạo ra cộng hưởng trong hệ thống điện của bạn, làm tăng gợn điện áp. Các MLCC thường có ESR thấp có vấn đề, vì vậy TDK đang cố gắng tạo ra các thành phần giải quyết vấn đề này. TDK có một dòng tụ gốm ESR được điều khiển dành cho việc bỏ qua / tách nguồn cung cấp điện. Mặc dù một tụ điện lý tưởng có điện trở nối tiếp bằng 0, ESR của các tụ này có chủ ý vừa phải. Thật vậy, họ đã thực sự chi nhiều tiền hơn
Từ quan điểm của một kỹ sư áp dụng bỏ qua mũ, tốt hơn là chọn những người mất mát (ví dụ: điện môi X5R, X7R) so với các loại C0G Q cao: hệ thống điện của bạn sẽ có ít gợn hơn. Nếu bạn tạo bộ lọc RF, có thể các mũ Q cao sẽ là sự đánh đổi tốt hơn.
Vì vậy, đôi khi các thành phần cố ý không lý tưởng bởi vì đó là những gì tốt nhất cho mạch ứng dụng thông thường. Tôi đã tìm thấy cách tốt nhất để hiểu các loại hành vi không lý tưởng được thể hiện bởi các thành phần cụ thể và cố gắng "thiết kế nó" theo mạch.
Có - nhưng với ngân sách.
Ví dụ, trong trường hợp điện trở, có nhiều dung sai khác nhau có sẵn cho bạn biết giá trị ohm thực tế có thể khác bao nhiêu so với giá trị đã nêu. Dung sai 5% được sử dụng là tiêu chuẩn, những ngày này 1% không đắt hơn đáng kể. Nếu bạn muốn điện trở dung sai 0,001%, bạn sẽ phải trả nhiều tiền hơn. Điều tương tự áp dụng cho hệ số nhiệt độ của điện trở.
Điện trở có hệ số nhiệt độ của điện trở. Điện trở dây vết thương có độ tự cảm. Điện trở thành phần cũng có độ tự cảm, nhưng giống như bất kỳ đoạn dây nào có độ tự cảm.
Tụ điện có loạt điện trở, rò rỉ và độ nhạy nhiệt độ.
Cuộn cảm có điện trở nối tiếp và có thể có điện dung shunt đáng kể và từ tính phi tuyến tính.
Tất cả các thành phần thụ động có một dung sai giá trị. Tất cả được bán ở nhiều loại và loại khác nhau với nhiều mức giá khác nhau để đưa ra giải pháp cho hành vi không lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu thứ gì đó tốt hơn.
Các thành phần và thiết bị hoạt động có những thiếu sót tương tự với nhiều biến thể sản phẩm và phương pháp thiết kế được sử dụng để bù đắp.
Các nhà sản xuất có cố gắng làm cho các thành phần điện mà họ bán càng gần với mô hình lý tưởng nhất có thể không?
Dĩ nhiên là không. Làm như vậy sẽ là một sự lãng phí rất lớn thời gian, công sức và tiền bạc. Họ chỉ làm cho các bộ phận đủ tốt để thực hiện công việc mà khách hàng của họ cần họ - bất kỳ ai cũng sẽ chỉ tăng giá và làm cho sản phẩm của họ không bị cạnh tranh.
Lấy một điện trở đơn giản chẳng hạn. Đặc điểm lý tưởng của nó là gì? Không dung sai, điện dung và điện cảm bằng không, điện áp ổn định và tuyến tính đến vô hạn, tản điện vô hạn, xử lý dòng vô hạn, v.v. Nhưng ngay cả khi một thiết bị như vậy có thể, nó sẽ được chỉ định quá mức cho hầu hết các thiết kế. Một số người có thể cần một điện trở có thể xử lý 1MW ở 500kV, những người khác có thể chỉ cần 1 / 4W ở 5V, nhưng không ai muốn trả nhiều hơn mức họ phải trả.
Trong mọi trường hợp, mạch được (hoặc nên) được thiết kế để hoạt động với các thành phần thực tế có các đặc điểm không lý tưởng - đôi khi rất nhiều. Và đôi khi các mạch thực sự được thiết kế để tận dụng lợi thế của nó. Một bóng bán dẫn không hoạt động như bất kỳ thành phần 'lý tưởng' nào - nhưng nó vẫn hữu ích. Các bóng bán dẫn thường có dung sai rộng, và tất cả đều có những đặc điểm không mong muốn sẽ làm cho một người duy tâm khóc. Một mạch điển hình có thể có hàng tá các bộ phận khác với mục đích duy nhất là bù cho 'lỗ hổng' của bóng bán dẫn. Nhưng điều đó vẫn rẻ hơn so với việc cố gắng tạo ra một thành phần 'lý tưởng' hơn.
Lý do chính cho việc muốn các thành phần 'lý tưởng' là để thiết kế mạch dễ dàng hơn. Tuy nhiên, trong thực tế, chúng không cần phải hoàn hảo, chỉ cần đủ tốt để mạch hoạt động như dự định. Op amps thường được sử dụng trong các mạch có thể hoạt động tốt hơn với các thành phần riêng biệt, nhưng sẽ khó thiết kế hơn. Nhiều sản phẩm sử dụng các bộ phận 'tiêu chuẩn công nghiệp' cũ hơn đơn giản chỉ vì các nhà thiết kế đã quen thuộc với chúng hơn, và các nhà sản xuất tiếp tục tung ra chúng trong hàng triệu mặc dù được thay thế bởi các bộ phận hiện đại hơn với các đặc tính tốt hơn.
Nếu có một lý do tại sao một người nào đó muốn có một phiên bản lý tưởng hơn của một cái gì đó và nó có thể cải thiện trên một thiết kế hiện có. Ngay cả khi thứ mới sẽ thực sự đắt tiền, miễn là có đủ nhu cầu cho nó, thì tất nhiên nó sẽ được thực hiện.
Mặc dù nhiều thiết kế và cải tiến mới dựa trên việc làm cho mọi thứ nhỏ hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, vv trong khi vẫn duy trì mức độ lý tưởng hiện tại.
Ngoài ra còn có vấn đề là nhiều thành phần có nhiều đặc điểm và những gì bạn nghĩ là 'lý tưởng' hơn trong ứng dụng của bạn có thể ít hơn đối với các ứng dụng khác.
Sau đó, bạn có các thành phần không được thiết kế với mục đích sử dụng, nhưng hóa ra lại tốt cho một số mục đích sử dụng. Và tất nhiên mọi người thường sử dụng những sai sót trong mọi thứ như một tính năng để làm những điều vô nghĩa điên rồ mà họ mơ ước.
Vì vậy, nó bắt đầu trở nên mờ nhạt như một phiên bản lý tưởng của một cái gì đó thực sự là gì. Chúng tôi cũng không thể tạo ra các bản sao chính xác của mọi thứ, luôn có một số lượng biến thể. Vì vậy, luôn luôn phải có một số mức độ chịu đựng.
Tôi nghĩ rằng những ví dụ rõ ràng nhất về những thứ giữ tốt hơn là chuyển đổi năng lượng và động cơ điện. Trường hợp đầu vào của bạn cho tỷ lệ đầu ra đã được cải thiện rất nhiều trong những năm qua và cũng tiêu thụ năng lượng, chúng tôi tiếp tục nhận được những thứ mất ít năng lượng hơn để làm điều tương tự.
Tất nhiên họ làm .... Hầu hết thời gian. Các nhà sản xuất có uy tín sẽ luôn muốn cung cấp tốt nhất có thể. Tuy nhiên, một số điều không thể đạt được. Lấy op-amps chẳng hạn, chẳng có cách nào bạn có thể có được mức tăng vòng lặp mở vô hạn chẳng hạn. Cũng không thể có trở kháng đầu vào vô hạn hoặc trở kháng đầu ra bằng không. Nhưng các nhà sản xuất sẽ cố gắng và đến gần nhất có thể.
Các điện trở cố định sẽ luôn luôn hoạt động theo Luật Ohms. Tất cả các nhà sản xuất có thể làm điều đó làm cho nó gần với mức kháng cự được chỉ định. Đó là lý do tại sao họ có dung sai.
Cố gắng tạo ra các thành phần lý tưởng, hoặc các thành phần chính xác cực kỳ tốn kém tiền bạc, vì vậy sẽ luôn có một số sự đánh đổi có nghĩa là không có gì sẽ là ý tưởng.
Nói tóm lại, một nhà sản xuất có uy tín sẽ cố gắng hết sức để thử và đưa ra sản phẩm tốt nhất có thể, trong phạm vi ngân sách cho phép. Thông số kỹ thuật càng tốt, sản phẩm càng đắt tiền, và sau đó sẽ đắt hơn khi mua.
Hãy xem xét opamp "Lý tưởng": băng thông khuếch đại cực lớn, dòng ổ đĩa đầu ra khổng lồ == bóng bán dẫn đầu ra khổng lồ, dòng điện chờ 0, thời gian lắng bằng 0, ổn định cho tất cả các mức tăng dB và -dB dương, chi phí bằng 0 = không có diện tích chết.
Nhận thấy bất kỳ xung đột trong "lý tưởng"?
Do đó, không có một opamp "lý tưởng" duy nhất.