Zastanawiałem się, jakie są obecnie postępy w dziedzinie komponentów elektrycznych.
Czy producenci starają się, aby sprzedawane przez nich komponenty elektryczne były jak najbliższe idealnego modelu? Na przykład, czy celem ich stałych rezystorów jest zachowanie się zgodnie z prawem Ohma dla najszerszego zakresu wartości napięcia i częstotliwości? Czy też są korzyści z nieliniowego zachowania, które różnią się od idealnego modelu w niektórych przypadkach użycia?
Odpowiedzi:
Często, ale nie zawsze , celem jest odtworzenie zachowania idealnego komponentu, przynajmniej w pewnym zakresie częstotliwości, napięcia, temperatury, cokolwiek.
Czasami jednak producenci celowo odchodzą od ideału, ponieważ pożądany jest pewien stopień „nie idealnego” zachowania dla typowego zastosowania komponentu. Rozważ kondensatory obejściowe / odsprzęgające. Jeśli długo pracowałeś w elektronice, wiesz o potrzebie pojemności między mocą a masą obwodu.
Na przykład, z perspektywy producenta, TDK ma linię ceramicznych kondensatorów o kontrolowanym ESR, przeznaczonych do omijania / odłączania zasilania. Chociaż idealny kondensator ma zerową równoważną rezystancję szeregową, ESR tych kondensatorów jest celowo umiarkowany. Rzeczywiście wydali więcej pieniędzyna każdym elemencie w celu podniesienia ESR, a zatem limit jest jeszcze bardziej od domniemanego ideału niż w przypadku innych limitów MLCC. Jeśli kiedykolwiek zaprojektowałeś lub określiłeś wydajność systemu rozdziału mocy, będziesz wiedział, że zbyt wysoka ESR oznacza, że twoje ograniczenia obejścia nie są skuteczne, ale zbyt niska ESR może tworzyć rezonanse w twoim systemie zasilania, zwiększając tętnienie napięcia. MLCC często mają problematycznie niską ESR, więc TDK próbuje stworzyć komponenty, które rozwiążą ten problem.
Z punktu widzenia inżyniera stosującego czapki obejściowe lepiej jest wybrać te stratne (np. Dielektryki X5R, X7R) niż typy C0G o wysokiej Q: twój system zasilania będzie miał mniej tętnień. Gdybyś robił filtr RF, być może pułapki o wysokiej Q byłyby lepszym rozwiązaniem.
Czasami więc komponenty celowo nie są idealne, ponieważ to jest najlepsze w typowym obwodzie aplikacji. Odkryłem, że najlepiej jest zrozumieć rodzaje nieidealnych zachowań wykazywanych przez poszczególne komponenty i spróbować „zaprojektować” to w obwodzie.
Tak - ale do budżetu.
Na przykład w przypadku rezystorów dostępne są różne tolerancje, które mówią, jak bardzo rzeczywista wartość omowa może różnić się od podanej wartości. 5% tolerancja była kiedyś standardem, obecnie 1% nie jest znacznie droższy. Jeśli chcesz rezystora tolerancji 0,001%, będziesz musiał zapłacić więcej. Podobne rzeczy dotyczą współczynnika temperaturowego rezystorów.
Rezystory mają współczynnik rezystancji temperaturowej. Rezystory drutowe mają indukcyjność. Rezystory kompozycyjne mają również indukcyjność, ale bardziej jak każdy kawałek drutu ma indukcyjność.
Kondensatory mają odporność szeregową, szczelność i wrażliwość na temperaturę.
Cewki indukcyjne mają szeregowy opór i mogą mieć znaczną pojemność bocznikową i nieliniowość magnesowania.
Wszystkie elementy pasywne mają tolerancję wartości. Wszystkie są sprzedawane w różnych gatunkach i typach po różnych cenach, aby oferować rozwiązania nietypowego zachowania dla aplikacji wymagających czegoś lepszego.
Aktywne komponenty i urządzenia mają podobne wady z wieloma odmianami produktów i metodami konstrukcyjnymi stosowanymi do kompensacji.
Czy producenci starają się elementy elektryczne, które sprzedają tak blisko do modelu idealnego , jak to możliwe ?
Oczywiście nie. Takie postępowanie byłoby ogromną stratą czasu, wysiłku i pieniędzy. Tworzą tylko części, które są wystarczająco dobre aby wykonać zadanie, do którego potrzebują ich klienci - wszystko to po prostu podniosłoby cenę i uczyniłoby ich produkty niekonkurencyjnymi.
Weźmy na przykład prosty rezystor. Jakie są jego idealne cechy? Zero tolerancji, zerowa pojemność i indukcyjność, stabilne i liniowe do nieskończonego napięcia, nieskończone rozpraszanie mocy, obsługa nieskończonego prądu itp. Ale nawet gdyby takie urządzenie było możliwe, byłoby to znacznie zawyżone w przypadku większości konstrukcji. Niektóre osoby mogą potrzebować rezystora, który może obsłużyć 1 MW przy 500 kV, inni mogą potrzebować tylko 1/4 W przy 5 V, ale nikt nie chce płacić więcej niż musi.
We wszystkich przypadkach obwód jest (lub powinien być) zaprojektowany do pracy z praktycznymi komponentami, które mają nieidealne cechy - czasem bardzo. Czasami obwód jest tak zaprojektowany, aby z niego skorzystać. Tranzystor nie działa jak żaden „idealny” element - ale nadal jest przydatny. Tranzystory zwykle mają szerokie tolerancje i wszystkie mają niepożądane cechy, które wywołałyby płacz idealisty. Typowy obwód może mieć dziesiątki innych części, których jedynym celem jest kompensacja „wad” tranzystora. Ale to wciąż tańsze niż próba stworzenia bardziej „idealnego” komponentu.
Głównym powodem poszukiwania „idealnych” komponentów jest ułatwienie projektowania obwodów. Jednak w praktyce nie muszą być idealne, wystarczy, aby obwód działał zgodnie z przeznaczeniem. Wzmacniacze operacyjne są często stosowane w obwodach, które mogłyby lepiej pracować z dyskretnymi komponentami, ale byłyby trudniejsze do zaprojektowania. Wiele produktów wykorzystuje starsze „standardowe” części tylko dlatego, że projektanci są bardziej zaznajomieni z nimi, a producenci nadal produkują je w milionach, mimo że są zastępowane przez bardziej nowoczesne części o lepszych właściwościach.
Jeśli istnieje powód, dla którego ktoś chciałby mieć bardziej idealną wersję czegoś i możliwe jest ulepszenie istniejącego projektu. Nawet jeśli nowa rzecz byłaby naprawdę droga, o ile będzie na nią dość popytu, to oczywiście zostanie wykonana.
Chociaż wiele nowych projektów i ulepszeń opiera się na zmniejszaniu, zwiększaniu wydajności energetycznej itp., Przy jednoczesnym zachowaniu obecnego poziomu doskonałości.
Istnieje również problem polegający na tym, że wiele komponentów ma wiele cech charakterystycznych, a to, co Twoim zdaniem jest bardziej „idealne” w Twojej aplikacji, może być mniejsze w przypadku innych aplikacji.
Następnie masz komponenty, które nie zostały zaprojektowane z myślą o użyciu, ale okazały się przydatne do pewnego użytku. I oczywiście ludzie używają wad rzeczy jako funkcji do robienia tego, co kiedykolwiek szalone bzdury, o których marzyli.
Zaczyna się rozmywać, czym jest idealna wersja czegoś. Nie możemy również produkować dokładnych kopii rzeczy, zawsze istnieje pewna zmienność. Dlatego zawsze musi istnieć pewien poziom tolerancji.
Myślę, że najbardziej oczywistymi przykładami rzeczy, które utrzymują się lepiej, są konwersja mocy i silniki elektryczne. Tam, gdzie stosunek nakładów do produkcji znacznie się poprawił na przestrzeni lat, a także zużycie energii, ciągle otrzymujemy rzeczy, które potrzebują coraz mniej mocy, aby zrobić to samo.
Oczywiście, że tak. Przez większość czasu. Renomowani producenci zawsze będą chcieli oferować to, co mogą. Jednak niektórych rzeczy po prostu nie można osiągnąć. Weźmy na przykład wzmacniacze operacyjne, nie ma na przykład sposobu na uzyskanie nieskończonego wzmocnienia na otwartej pętli. Niemożliwa jest również nieskończona impedancja wejściowa lub zerowa impedancja wyjściowa. Ale producenci postarają się zbliżyć jak najbliżej.
Naprawione rezystory zawsze będą działały zgodnie z prawem Ohma. Wszyscy producenci mogą to zrobić, aby zbliżyć się do określonej rezystancji. Dlatego mają tolerancje.
Próba wykonania idealnych komponentów lub komponentów o wyjątkowej precyzji kosztuje, więc zawsze będą jakieś kompromisy, co oznacza, że nic nigdy nie będzie pomysłem.
Krótko mówiąc, renomowany producent dołoży wszelkich starań, aby zaoferować najlepszy produkt, jaki może, w ramach dozwolonego budżetu. Im lepsze specyfikacje, tym droższy jest produkt, a tym droższy będzie zakup.
Rozważ „idealny” opamp: ogromna szerokość pasma wzmocnienia, ogromny wyjściowy prąd napędowy == ogromny tranzystor wyjściowy, zerowy prąd czuwania, zerowy czas ustalania, stabilny dla wszystkich dodatnich zysków dB i -dB, zerowy koszt == zerowy obszar matrycy.
Zauważasz jakieś konflikty w tych „ideałach”?
Dlatego nie ma jednego „idealnego” opampa.