有源元件VS無源元件：電子零件的內部觀點

電子產品是當今世界大多數運營的基本組成部分。它超越了從工業、教育、交通等各個領域到我們自己的家庭。雖然電子產品對地球上的每個行業都很重要，但其功能也依賴于關鍵組件。難怪您將永遠見證有關有源元件與無源元件 問題的永恒討論。但這到底是什么意思呢？本文將剖析這個問題，帶您深入了解電子元件。

剖析問題：有源元件 VS 無源元件

電子元件之間的一個關鍵區別因素是它們是有源元件還是無源元件。然而，這對于人們來說并不是一個容易理解的方面。許多人仍然無法理解主動元件 和被動元件之間的區別。那么它意味著什么呢？

有源元件包括依賴外部電源來修改或控制電信號的電路部件。它包括可控硅、晶體管、集成芯片、顯示器件、二極管等元件。所有這些元件都需要電力來發揮作用（改變電流）

另一方面，無源元件不需要外部電源即可運行。它取決于控制電信號的其他屬性。因此，無源元件僅需要存在或流經電路的電流即可發揮作用。一些無源元件包括變壓器、電阻器、傳感器、電感器等。

雖然有源元件與無源元件的討論對于電子愛好者、工程師和學生來說很重要，但它有助于理解電子設備沒有任何一個元件就無法正常工作。但在了解每種類型組件的細微差別之前，了解它們應用的上下文會有所幫助。

電子電路和元件

有源和無源元件都在電子電路內運行。因此，它確保電子裝置或設備在其預期應用中按預期運行。因此，理解電路的含義以及不同類型的電子元件在這種情況下如何工作變得至關重要。

首先，電子電路是指有助于控制和引導電流以實現各種功能的結構。它包括計算、信號放大、數據傳輸等功能。電路結構由電感器、晶體管以及所有其他已在有源元件和無源元件兩大類下列舉的元件組成。

除了電路的復雜性之外，電子元件的數量也可以根據電路的應用而改變。對于簡單的應用，一個普通的電路將由導電路徑、負載和電壓源組成。

導電路徑。它允許電流流動，主要由導電銅跡線組成。此類跡線是層壓到玻璃環氧樹脂 (FR4)等非導電基板上的銅片。

電壓源。它通常作為兩端設備提供，在兩個電路點之間提供電壓以允許電流流動。這些來源包括發電機、電力系統或電池。

加載。它代表必須消耗功率來操作或執行特定功能的電路元件。電路中的負載可以根據復雜性而變化。它可以包括用于復雜負載的電容器、晶體管、電阻器等，也可以包括用于最簡單負載的簡單燈泡。

電子電路的類型

電路對于任何電子設備或裝置的操作都是必不可少的。但電路要工作，就需要電流的流動，這可以通過形成環路來實現。存在多種電子電路，包括開路、閉路、短路、印刷電路板和集成電路。

開路。它是一種不像其他電路那樣在循環系統中運行的電路。由于組件意外或有意地斷開或損壞，電流會受到阻礙。

閉路。該電路與開路不同，形成一個電流不間斷流動的回路。它可以包含沒有任何特定功能的完整電路，例如，連接到耗盡電池的完整電路。

短路。這是電路形成低電阻連接的地方。發生這種連接的點允許電流流動，而不是設計的路徑。這種電路會在無意中發生，并經常導致嚴重事故。

多氯聯苯。它是復雜應用所必需的一種復雜形式的電子電路，與大多數電子設備或電器同義。它擁有以特定方式排列的微小電子元件。您可以將此類組件與非導電基板頂部的導電層連接。

集成電路。它是一種先進的電子電路形式，可容納數百萬個電子元件?，F代電器或設備（例如移動電話或計算機）均使用這些 IC。集成電路變得復雜而微小，因為它們可以安裝在小型硅芯片中。

電子元器件

技術的進步增強了 PCB 和集成電路等電子電路的性能，但構建它們所使用的技術卻有所提高。例如，目前，大多數電路構建過程都是完全自動化的。有源元件與無源元件的布置遵循設計階段規定的設定設計。此外，此類組件的數量取決于設計電路的復雜性。

集成電路和印刷電路板等復雜電子電路的制造和組裝過程可能會變得復雜。它源于組件數量龐大、組裝所需的有限空間、先進的功能以及所需的質量保證水平。IC和 PCB 需要專業的現代化設備、最新的技術和高超的工藝。

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由于IC 和 PCB 的制造和組裝主要需要有源和無源元件作為電路的一部分。在設計階段考慮以下組件、它們的組成、功能以及對電子電路的重要性至關重要。

無源元件

電容器

它主要用于構建各種電子電路類型——無源兩端部件或組件在電場內以靜電形式存儲能量。簡而言之，它的功能就像一個微型可充電電池。然而，電容器和電池之間的主要區別在于它可以在一秒鐘內放電和充電（反之亦然）。

它的構成

盡管主要部件是相同的，但電容器可以有各種尺寸和形狀。它具有兩個電氣板或導體，由堆疊在其間的絕緣體或電介質隔開。該板由薄鋁或金屬薄膜等導電材料制成。相比之下，電介質主要由陶瓷、玻璃、紙張、空氣、云母或塑料薄膜等非導電材料組成。固定電容器時可以將極板的兩個突出端插入。

它的功能性

通過將兩個板連接到電源來在兩個板上施加電壓以產生電場。結果，一個極板將積聚正電荷，而另一個極板則在另一側收集負電荷。斷開電源后它仍可繼續運行。因此，連接到負載后，它會立即將存儲的能量傳輸到負載。

意義

除了與電池相似之外，電容器的功能也不同。它可以阻止直流電，因為它允許交流電流動?；蛘?，它可以平滑電源發出的輸出。它還有助于潮流和電壓穩定。此外，它還可以校正功率因數，有助于為電機（單相）提供足夠的啟動扭矩。請記住，濾波器、保持和定時器電容器有不同的應用。

電阻器

它也是一種主要抵抗電流的兩端電氣元件。電阻器可能是最簡單的電子電路元件。此外，它是每個電子電路的典型特征，因為它是固有的。在大多數情況下，電阻器都會帶有顏色代碼。

它的組成

電阻器并不奇特，因為電阻是幾乎所有導體的固有屬性。它由一根纏繞在陶瓷等非導電材料周圍的銅線組成。銅的厚度和匝數與電阻值成正比。為了獲得更高的電阻，銅線需要變得更細，并且匝數也隨之增加。

電阻器也可以采用碳膜螺旋圖案。然而，碳膜電阻的理想電路是小功率電路。出現這種情況是因為碳膜與有線碳膜不同，它不精確。由于電阻器不遵守電路內的極性，因此導線端子掃描連接在兩端。

它的功能性

電阻器在控制電子電路中的電流和電壓方面發揮著重要作用。電阻絲的細度和厚度對于允許流過的電流量起著根本性的作用，類似于水和管道。

意義

電阻器有助于限制電路中的電流。因此，它可以保護其他組件免受潛在損壞。通過將電壓降低到電路所需的水平，它對于分壓也很有價值。例如，像微控制器這樣的電路部件可能需要比電路其余部分更低的電壓。此外，電阻器可以與電容器一起用于構建具有電阻器-電容器陣列（RC網絡或濾波器）的集成電路。RC 網絡對于抑制筆記本電腦或計算機 I/O 端口、WAN、LAN 等中的EMI（電磁干擾）或 RFI 至關重要。

電感器

電感器也稱為電抗器，是無源兩端元件。它存儲能量（在磁場內）并在需要時將其返回到電子電路。當兩個電感器并排放置（沒有任何接觸）時，它們會相互影響。第一個感應器產生的磁場影響第二個感應器，這是一項突破性的發現，導致了變壓器的發現或發明。

作品

作為一個組件，它是最簡單的組件之一，因為它只是銅（線圈）。線圈匝數與電感成正比。然而，將銅線纏繞在鐵磁材料（如鐵）上會增強電感。此外，磁芯形狀還可以增強電感。然而，在 IC 內連接電感器很復雜，因此被電阻器取代。

功能性

電流通過任何導線時都會形成磁場。這與電感器使用的原理相同。產生的磁場抵抗交流電，同時允許直流電通過。更重要的是？磁場儲存能量。

意義

它是一種樂器組件，但由于其尺寸而很難將其集成到電路中。例如，在集成電路中，由于電感器體積龐大，因此被電阻器取代。然而，它可用于選擇調諧電子電路中所需的特定頻率。它還可以通過將交流電源轉換為直流電源來充當電感扼流圈。

石英晶體

它是一種無源電子元件，主要以諧振器的形式用于電路中。石英天然以硅形式存在，但也可以合成生產。它具有壓電效應，可以產生交流電壓，主要是在受到物理壓力時。根據預期應用，它有多種尺寸。

作品

石英晶體有助于制造晶體振蕩器，可以是矩形板或六邊形，末端形成金字塔。石英晶體有兩種切割技術：Y 切割和 X 切割。它通常由外形呈矩形、正方形或圓柱形的固定板夾在中間。

功能性

在晶體上施加交流電壓會導致機械振動。晶體的尺寸和切割決定了振蕩或振動的共振頻率，從而產生連續信號。

意義

石英晶體具有極高的品質因數，使其成為電路中的完美濾波器。因此，您可以找到數字手表作為計時元件，微處理器板作為振蕩器時鐘。

有源元件

二極管

它是一個允許電流單向流動的兩端組件。因此，它可以被視為電子止回閥的等效物。在大多數情況下，二極管將 AC（交流電）轉換為 DC（直流電）。您會發現二極管中存在半導體物質或材料?；蛘?，它可以是真空管。但當今世界，許多二極管都包含硅半導體材料。

作品

二極管主要由真空或半導體材料組成。半導體二極管有 n 型或 p 型半導體。它含有硅、硒或鍺，被稱為 pn 結二極管。另一方面，真空二極管按照真空原理工作，其中陽極和陰極位于玻璃管真空內。

功能性

真空二極管根據電子云作用原理工作。例如，當陰極受熱時，玻璃真空內會形成不可見的電子云，或者被推斷為空間電荷。正如陰極發射電極一樣，負真空或空間也會排斥電極。結果，沒有電子到達陽極，電流無法流過電子電路。

另一方面，pn 結二極管的工作原理不同。例如，p 型被硼篡改，留下帶正電的空穴。n 型用銻進行調溫，銻含有更多電子，使其帶負電，將 n 型和 p 型分別連接到正極和負極端子。這種連接允許電流流動。然而，當端子反轉時，電流停止流動。它的出現是因為空穴和電子相互排斥。

意義

它適用于將交流電轉換為直流電、屏蔽太陽能電池板、信號解調以及保護負載免受電壓尖峰的影響。

晶體管

它包含電子電路中最重要的組件之一。晶體管是具有三個端子的小型半導體器件。它主要用作開關器件或放大器。晶體管可以在沒有任何運動的情況下關閉或打開某些東西。

作品

它主要是用硅制成的，盡管以前的型號有鍺。除了更便宜的制造成本之外，硅晶體管還具有更好的耐溫性。雖然存在由 PNP 和 NPN 組成的 BJT 或雙極結型晶體管，但它們都具有“集電極”、“基極”和“發射極”三個引腳。

功能性

NPN和PNP是指晶體管的半導體材料的層序。NPN 意味著 p 型硅板夾在兩個 n 型層之間。當集電極連接到第二個 n 型時，發射極連接到其中一個 n 型。其底座連接或附接至 p 型。p 型硅的額外空穴可作為電流的屏障。除了對發射極進行負充電外，還向集電極和基極施加正電壓。電子流從發射極流向集電極。由于不同的電壓分配，PNP 的功能也不同。

意義

在許多電子電路中，晶體管既充當放大器又充當開關。因此，它可應用于助聽器、計算器和計算機、顯示驅動器、電源調節器、觸摸和光傳感器。此外，它還應用于音頻放大器和報警系統。

有源元件對比 無源元件：差異

無源元件和有源元件之間存在很多差異。作為設計師，了解每種分類、組件及其差異成為設計電子電路的關鍵。兩者之間的差異通常從它們各自的定義中變得顯而易見，盡管這會滲透到微小的細節中。所有現有的差異都體現在功能、電源類型、電流調節和功率增益方面。那么有什么區別呢？

來源的性質

所有有源組件都為電子電路提供電力，而無源組件則使用來自電子電路的能量。優秀的例子包括用于有源元件的晶體管、IC、二極管、SCR 等以及用于無源元件的電容器、電阻器、電感器等。

組件功能

有源組件以電流或電壓形式產生能量，而無源組件以相同形式（電流或電壓）存儲能量。

功率增益

有源元件可以提供功率增益。另一方面，無源元件無法給你帶來任何好處。

電流的流動

雖然有源元件可以控制電路中的電流，但無源元件缺乏這種能力。

外部來源要求

有源組件需要有外部電源才能運行。然而，無源元件的情況恰恰相反。

能源類型

所有有源元件都是能量提供者，而無源元件則相反。無源元件總是接受能量。

有源電子元件和無源電子元件之間的細微差別通常很容易闡明。然而，電子元件的差異總是觸及設計的根本基礎，即節能。能量不會被破壞，也無法形成。更重要的是？機器無法以 100% 的效率運行。因此，無源電路在部署或使用時總是會損失一些功率。

有源元件的應用

電子零件至關重要，并且通常隱藏在我們周圍的大多數電子電氣系統和設備中。有源元件是電子元件的一部分，在各個領域都有應用。它包括音響系統、燈泡和電話。它也適用于計算機、汽車等?！爸鲃印钡亩x意味著您很可能會在所有電子設備中找到這些組件。除了詳細的例子之外，典型的例子還包括具有集成電路的設備（具有一定計算能力的設備）、具有內置顯示器或電池的設備以及發光二極管（LED燈）。

無源元件的應用

無源元件在電子電路乃至電子設備中同樣重要。例如，白熾燈泡（光）是傳感器的一個令人難以置信的例證。它將電能或能量轉換為熱能和光能。揚聲器還利用傳感器將電輸入轉換為機械輸出。結果，揚聲器錐體振動產生我們可以破譯的聲波。

傳感器也是另一種形式的傳感器，長期用于科學研究或研究。通過使機器和電器變得“智能”，它越來越獲得普遍接受和普及。

無源元件的其他重要應用領域包括射頻和微波應用。射頻應用包括依賴于感應器的無鑰匙和遠程進入系統等領域。還必須提及主要用于GPS 設備、收音機、無線路由器和調制解調器的天線。您還可以在公共交通中找到無源組件（天線）。

最后的想法

每個電子設計愛好者都需要了解有源元件與無源元件主題的復雜性。它可以提高您對各個組件以及如何在 IC 或 PCB 中排列它們的理解。

審核編輯：湯梓紅