Мне было интересно, что сегодня происходит на электрических компонентах.
Стараются ли изготовители изготовить электрические компоненты как можно ближе к идеальной модели? Так, например, является ли целью их постоянные резисторы вести себя в соответствии с законом Ома для самого широкого диапазона значений напряжения и частот? Или есть ли преимущества нелинейного поведения, которое в некоторых случаях отличается от идеальной модели?
Ответы:
Часто, но далеко не всегда , цель состоит в том, чтобы воспроизвести поведение идеального компонента, по крайней мере, в некотором диапазоне частот, напряжения, температуры и так далее.
Иногда, однако, производители намеренно отклоняются от идеала, потому что определенная степень «неидеального» поведения желательна для типичного применения компонента. Рассмотрим обводные / развязывающие конденсаторы. Если вы долго работали в электронике, вы знаете о необходимости емкости между питанием и землей вашей цепи.
Например, с точки зрения производителя, TDK имеет линейку керамических конденсаторов с регулируемым ESR, предназначенных для обхода / развязки источника питания. Хотя идеальный конденсатор имеет нулевое эквивалентное последовательное сопротивление, ESR этих конденсаторов намеренно умерен. На самом деле они потратили больше денегна каждом компоненте, чтобы повысить ESR, и, таким образом, колпачок еще дальше от предполагаемого идеала, чем их другие колпачки MLCC. Если вы когда-либо проектировали или указывали производительность системы распределения электроэнергии, вы будете знать, что слишком высокое ESR означает, что ваши перепускные крышки неэффективны, но слишком низкое ESR может создать резонансы в вашей системе питания, увеличивая пульсацию напряжения. MLCC часто имеют проблемно низкое ESR, поэтому TDK пытается создать компоненты, которые решают эту проблему.
С точки зрения инженера, применяющего обходные крышки, лучше выбирать с потерями (например, диэлектрики X5R, X7R), чем типы C0G с высоким Q: ваша система питания будет иметь меньшую пульсацию. Если бы вы делали радиочастотный фильтр, возможно, лучшим выбором будет ограничение на Q.
Поэтому иногда компоненты намеренно не идеальны, потому что это то, что лучше всего подходит для типовой схемы применения. Я обнаружил, что лучше всего понять типы неидеального поведения, демонстрируемые конкретными компонентами, и попытаться «спроектировать его» в схеме.
Да, но в бюджет.
Например, в случае резисторов существуют различные допуски, которые сообщают вам, насколько фактическое значение ома может отличаться от заявленного значения. Допуск 5% был стандартным, в наши дни 1% не намного дороже. Если вы хотите резистор с допуском 0,001%, вам придется платить больше. Аналогичные вещи относятся к температурному коэффициенту резисторов.
Резисторы имеют температурный коэффициент сопротивления. Резисторы с проволочной обмоткой имеют индуктивность. Композиционные резисторы также имеют индуктивность, но, как и любой кусок провода, имеют индуктивность.
Конденсаторы имеют последовательное сопротивление, утечку и температурную чувствительность.
Индукторы имеют последовательное сопротивление и могут иметь значительную шунтирующую емкость и нелинейность намагничивания.
Все пассивные компоненты имеют допустимое значение. Все они продаются в различных сортах и типах по различным ценам, чтобы предложить решения для неидеального поведения для приложений, которые требуют чего-то лучшего.
Активные компоненты и устройства имеют схожие недостатки со многими вариациями продукта и методами проектирования, используемыми для компенсации.
Есть производители стараются сделать электрические компоненты , которые они продают , как близко к идеальной модели , как это возможно ?
Конечно нет. Это было бы огромной тратой времени, усилий и денег. Они производят только те детали, которые достаточно хороши, чтобы выполнять работу, в которой нуждаются их клиенты - больше просто повысит цену и сделает их продукцию неконкурентоспособной.
Взять хотя бы простой резистор. Каковы его идеальные характеристики? Нулевой допуск, нулевая емкость и индуктивность, стабильное и линейно-бесконечное напряжение, бесконечное рассеивание мощности, бесконечное управление током и т. Д. Но даже если бы такое устройство было возможно, оно было бы чрезмерно завышено для большинства конструкций. Некоторым людям может понадобиться резистор, который может выдерживать 1 МВт при 500 кВ, другим может потребоваться только 1/4 Вт при 5 В, но никто не хочет платить больше, чем нужно.
Во всех случаях схема (или должна быть) предназначена для работы с практическими компонентами, которые имеют неидеальные характеристики - иногда очень даже. И иногда схема фактически разработана, чтобы воспользоваться этим. Транзистор не работает как любой «идеальный» компонент - но он все еще полезен. Транзисторы обычно имеют широкие допуски, и все они имеют нежелательные характеристики, которые могли бы вызвать идеалистический крик. Типичная схема может иметь десятки других частей, единственной целью которых является компенсация «недостатков» транзистора. Но это все же дешевле, чем пытаться сделать более «идеальный» компонент.
Основная причина, по которой нужны «идеальные» компоненты, заключается в том, чтобы упростить конструкцию схемы. Однако на практике они не должны быть идеальными, просто достаточно хорошими, чтобы схема работала как задумано. Операционные усилители часто используются в схемах, которые могут лучше работать с дискретными компонентами, но их было бы сложнее проектировать. Во многих продуктах используются старые «стандартные» детали, просто потому, что дизайнеры с ними более знакомы, а производители продолжают выпускать их миллионами, несмотря на то, что их заменяют более современные детали с лучшими характеристиками.
Если есть причина, по которой кому-то нужна более идеальная версия чего-либо, и возможно улучшить существующий дизайн. Даже если новая вещь будет действительно дорогой, если на нее будет достаточно спроса, то, конечно, она будет сделана.
Хотя многие новые проекты и улучшения основаны на уменьшении размеров, повышении энергоэффективности и т. Д. При сохранении текущих уровней идеальности.
Существует также проблема, заключающаяся в том, что многие компоненты имеют несколько характеристик, и то, что вы считаете «идеальным» в вашем приложении, может оказаться менее подходящим для других приложений.
Тогда у вас есть компоненты, которые не были спроектированы с особым вниманием, но оказались полезными для некоторого использования. И, конечно, люди используют недостатки в вещах как функцию, чтобы делать то, что когда-либо сумасшедший вздор они придумали.
Таким образом, он начинает расплываться в том, что является идеальной версией чего-то на самом деле. Мы также не можем производить точные копии вещей, всегда есть некоторые вариации. Так что всегда должен быть какой-то уровень терпимости.
Я думаю, что наиболее очевидные примеры того, что действительно лучше, - это преобразование мощности и электродвигатели. Там, где ваши отношения ввода-вывода значительно улучшились за эти годы, а также энергопотребление, мы продолжаем получать вещи, которые потребляют все меньше и меньше энергии, чтобы делать то же самое.
Конечно, они делают .... Большую часть времени. Авторитетные производители всегда хотят предоставить лучшее, что могут. Однако некоторые вещи просто не могут быть достигнуты. Возьмите, например, операционные усилители, просто невозможно получить, например, бесконечное усиление с разомкнутым контуром. Также невозможно иметь бесконечный входной импеданс или нулевой выходной импеданс. Но производители постараются подобраться как можно ближе.
Фиксированные резисторы всегда будут вести себя в соответствии с законом Ом. Все производители могут сделать это максимально приближенным к указанному сопротивлению. Вот почему у них есть допуски.
Попытка сделать идеальные компоненты или компоненты с предельной точностью стоит денег, поэтому всегда будут некоторые компромиссы, которые означают, что ничто никогда не будет идеей.
Короче говоря, уважаемый производитель приложит все усилия, чтобы попытаться дать лучший продукт, который он может, в пределах допустимого бюджета. Чем лучше характеристики, тем дороже продукт, и тем дороже его будет покупать.
Рассмотрим «идеальный» операционный усилитель: огромная полоса усиления, огромный выходной ток привода == огромные выходные транзисторы, нулевой ток в режиме ожидания, нулевое время установления, стабильность при всех положительных значениях усиления в дБ и -дБ, нулевая стоимость == нулевая площадь кристалла.
Заметили какие-нибудь конфликты в этих «идеалах»?
Таким образом, нет ни одного «идеального» операционного усилителя.