Elementy pasywne to podstawowe części układów elektronicznych, niewytwarzające energii elektrycznej. Gdzie je znajdziemy i jakie mają zastosowanie?
Czym są elementy pasywne?
Elementy pasywne, inaczej określane jako bierne, to podstawowe elementy w każdym układzie elektronicznym. Służą do magazynowania, przekazywania lub rozpraszania energii. Jak sama nazwa wskazuje, nie mają zdolności do jej wytwarzania czy wzmacniania i już z założenia mają występować na nich jedynie straty energii elektrycznej. Co jednak ważne, są w stanie zużywać energię. Elementy pasywne mają kluczową rolę w regulowaniu sygnałów elektronicznych.
Są wykorzystywane do przerywania przepływu prądu w obwodzie (bezpieczniki), stabilizowania częstotliwości drgań oscylatorów elektronicznych (rezonatory), dostosowywania napięcia w obwodzie (rezystory), działania jako regulowane dzielniki napięcie (potencjometry) czy elementy filtrujące sygnał (cewki/dławiki).
Jak widać, elementy pasywne są wykorzystywane w elektronice w różnoraki sposób. Tego typu części działają jako przeciwieństwo elementów elektronicznych czynnych (aktywnych), które wzmacniają nasilenie napięcia w konkretnym układzie elektronicznym i służą jako przetworniki energii na siłę elektromotoryczną.
Przykłady elementów pasywnych
Elementy pasywne są powszechnie wykorzystywane w przypadku różnych obwodów znajdujących się w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych. Jak wspomniano, pełnią one przeróżne funkcje. Jakie przykłady elementów pasywnych możemy wyróżnić?
Cewki
Cewki są elementami pasywnymi indukcyjnymi, niewpływającymi na sygnał elektryczny. To podstawowy element bierny w elektronice, składający się z drutu zawiniętego w spiralę (uzwojenie). Cewki wykorzystywane są do filtrowania szumów lub wprowadzania w ruch elektromagnesów. Cewki zasilane prądem mogą natomiast służyć do wytwarzania pola magnetycznego lub jego niwelacji. Występują także w formie cewek indukcyjnych, wpływających na prąd płynący w obwodzie lub jako dławiki. Cewki można łączyć szeregowo lub równolegle.
Dławiki
Dławiki są cewkami indukcyjnymi, zabezpieczającymi przed nagłymi zmianami prądu elektrycznego. Z założenia dławiki nie pobierają mocy czynnej, czyli są elementami pasywnymi. Większość z dostępnych na rynku modeli jest jednak stratna na bardzo niewielkim poziomie. Dławiki zawierają rdzenie ferromagnetyczne, wykonane z materiałów charakteryzujących się dużą przenikalnością magnetyczną. Zazwyczaj dławiki współpracują z kondensatorami. Takie rozwiązanie pozwala na uzyskanie filtra dolnoprzepustowego, czyli elementu przetwarzającego sygnał.
Bezpieczniki
Bezpieczniki są niewielkimi elementami, służącymi do zabezpieczenia danego urządzenia przed określonym czynnikiem zagrożenia. Bezpiecznik jest elementem pasywnym, zazwyczaj służącym do przerwania obwodu w przypadku wykrycia przeciążeń i przekroczenia bezpiecznego poziomu.
Możemy wyróżnić dwa rodzaje bezpieczników pasywnych, powszechnie wykorzystywanych w branży elektronicznej i elektrycznej. Są to:
- bezpieczniki topikowe – wewnątrz tego rodzaju elementów znajduje się przewodnik elektryczny, który nagrzewa się do określonej temperatury w wyniku przepływu prądu. Jeśli temperatura topika przekroczy określony poziom, ten zmienia swój stan skupienia, przerywając tym samym obwód. Bezpiecznik topikowy zbudowany jest z nośnika, osłony, wstawki topikowej, podstawy bezpiecznikowej i wstawki kalibrowej. Jest to najpowszechniejszy rodzaj bezpieczników, który znajdziemy zarówno w instalacjach domowych, urządzeniach codziennego użytku, jak i w branży motoryzacyjnej;
- bezpieczniki gazowydmuchowe – ich metoda działania jest podobna do bezpieczników topikowych, jednak przewodnik elektryczny zamknięty jest w szklanej lub metalowej, w której znajduje się gaz. W przypadku wykrycia przeciążeń topik się topi, a gaz wydmuchiwany jest pod ciśnieniem, co wspomaga gaszenie łuku elektrycznego. Taki bezpiecznik powszechnie wykorzystywany jest w sieci wysokich i średnich napięć.
Rezonatory
Rezonatory to elementy pasywne, służące do utrzymywania lub generowania oscylacji (określonej czasowo zmiany konkretnej wartości względem innej zmiennej) na danej częstotliwości. Tego rodzaju elementy bierne powszechnie wykorzystywane są w branży elektronicznej, elektrycznej i telekomunikacyjnej. Zazwyczaj są używane do stabilizacji częstotliwości sygnału, filtrowania częstotliwości czy generowania sygnału na określonej częstotliwości. Rezonatory elektryczne wykorzystują drgania prądu i napięcia w obwodzie elektrycznym. Możemy wyróżnić także rezonatory mechaniczne, akustyczne i optyczne, jednak nie mają one zastosowania w branży elektrycznej czy elektronicznej.
Rezystory
Kolejnymi rodzajami elementów pasywnych, z którymi mamy styczność każdego dnia, są rezystory, inaczej nazywane opornikami elektrycznymi. Rezystory służą do ograniczenia prądu płynącego wewnątrz obwodu poprzez obniżenie napięcia wskutek przetwarzania go na energię cieplną. Rezystory stawiają opór przepływowi prądu, który zależny jest od specyficznych właściwości konkretnego modelu. Na stopień oporu wpływa materiał, z którego zostały wykonane, długość rezystorów i ich przekrój. Rezystory pobierają jedynie energię niezbędną do wytworzenia ciepła w celu ograniczenia napięcia. Rezystory opisywane są ze względu na kilka parametrów, takich jak:
- moc znamionowa – określa moc, z jaką rezystor jest w stanie działać przez dłuższy czas bez wpływu na swoje właściwości;
- rezystancja nominalna – jest to wartość rezystencji, przy której rezystor będzie działać najoptymalniej;
- tolerancja – parametr ten opisuje, w jakich odstępstwach od norm napięciowych rezystor będzie działać poprawnie;
- napięcie graniczne – określa maksymalne napięcie, jakie jest w stanie wytrzymać rezystor;
- temperaturowy współczynnik rezystancji – parametr określa współczynniki rezystancji i jego wpływ na zmiany temperaturowe opornika.
Potencjometry
Potencjometry powszechnie wykorzystywane są w branży audio. To właśnie nimi regulujemy głośność w odbiorniku radiowym, wieży stereo, czy gramofonie lub ustawiamy częstotliwość fal radiowych. Mogą mieć formę pokrętła lub suwaka. Potencjometry występują w postaci niezależnego elementu, będącego regulowanym dzielnikiem napięcia, zapewniającym możliwość uzyskania stosunku pomiędzy napięciem wejściowym a napięciem wyjściowym. Kręcąc pokrętłem lub przesuwając suwak, zmieniamy rezystencję, co pozwala na niezwykle precyzyjne regulowanie poziomu sygnału. Potencjometry są znacznie dokładniejsze od przycisków.
