Мені було цікаво, які розробки сьогодні робляться на електричних компонентах.
Чи намагаються виробники зробити електричні компоненти, які вони продають, максимально наближені до ідеальної моделі? Так, наприклад, чи є мета їх фіксованих резисторів поводитися згідно із законом Ома для найширшого діапазону значень напруги та частоти? Або є користь від нелінійної поведінки, яка відрізняється від ідеальної моделі в деяких випадках використання?
Відповіді:
Часто, але далеко не завжди , мета полягає в тому, щоб повторити поведінку ідеального компонента, принаймні за деяким діапазоном частоти, напруги, температури, будь-якого іншого.
Однак іноді виробники навмисно відхиляються від ідеалу, оскільки певний ступінь "неідеальної" поведінки бажаний для типового застосування компонента. Розглянемо обхідні / роз'єднувальні конденсатори. Якщо ви довго працювали в електроніці, ви знаєте необхідність ємності між потужністю і землею вашої схеми.
Наприклад, з точки зору виробника, TDK має лінійку керамічних конденсаторів ESR, призначених для живлення в обхід / роз'єднання. Хоча ідеальний конденсатор має нульовий еквівалентний послідовний опір, ШОЕ цих конденсаторів навмисно помірний. Дійсно, вони фактично витратили більше грошейдля кожного компонента з метою підвищення ШОЕ, і, таким чином, ковпак ще більше від передбачуваного ідеалу, ніж їх інші кришки MLCC. Якщо ви коли-небудь розробляли або уточнювали продуктивність системи розподілу електроенергії, ви знаєте, що занадто високий коефіцієнт поглинання значень означає, що ваші байпасні ковпачки не ефективні, але занадто низький показник ШОЕ може створювати резонанси у вашій електромережі, збільшуючи пульсацію напруги. MLCC часто мають проблематично низький показник ШОЕ, тому TDK намагається скласти компоненти, які вирішують цю проблему.
З точки зору інженера, який застосовує обхідні ковпачки, краще вибирати втратні (наприклад, X5R, X7R діелектрики), ніж типи C0G високого Q: у вашій системі живлення буде менше пульсацій. Якби ви робили RF-фільтр, можливо, кришка високого Q була б кращим компромісом.
Тому інколи компоненти навмисно неідеальні, тому що саме це найкраще для типової схеми програми. Я вважав, що найкраще зрозуміти типи неідеальної поведінки, що демонструються окремими компонентами, і спробувати "спроектувати" схему.
Так - але до бюджету.
Наприклад, у випадку резисторів доступні різні допуски, які говорять про те, наскільки фактичне значення ома може відрізнятися від заявленого значення. 5% толерантність раніше була стандартною, в наші дні 1% не є значно дорожчою. Якщо ви хочете резистор допуску 0,001%, вам доведеться заплатити більше. Подібні речі стосуються і температурного коефіцієнта резисторів.
Резистори мають температурний коефіцієнт опору. Провідникові резистори мають індуктивність. Складові резистори також мають індуктивність, але більше, як і будь-який шматок дроту, має індуктивність.
Конденсатори мають серійний опір, протікання та чутливість до температури.
Індуктори мають серійний опір і можуть мати значну ємнісну ємність та нелінійність намагніченості.
Усі пасивні компоненти мають значення допуску. Усі продаються в різних класах і типах за різними цінами, щоб запропонувати рішення неідеальної поведінки для додатків, які вимагають чогось кращого.
Активні компоненти та пристрої мають подібні недоліки з багатьма варіаціями виробів та методами проектування, що використовуються для компенсації.
Є виробники намагаються зробити електричні компоненти , які вони продають , як близько до ідеальної моделі , як це можливо ?
Звичайно, ні. Це буде величезною тратою часу, зусиль та грошей. Вони роблять лише ті деталі, які є достатньо хорошими, щоб виконати роботу, яку потребують їхні клієнти - більше це просто підвищить ціну і зробить їхню продукцію неконкурентоспроможною.
Візьмемо, наприклад, простий резистор. Які його ідеальні характеристики? Нульова толерантність, нульова ємність і індуктивність, стабільна і лінійна до нескінченної напруги, нескінченне розсіювання потужності, нескінченна обробка струму і т. Д. Але навіть якби такий пристрій був можливим, це було б значно завищено для більшості конструкцій. Деяким людям може знадобитися резистор, який може справлятись 1 МВт на 500 кВ, іншим може знадобитися лише 1/4 Вт на 5 В, але ніхто не хоче платити більше, ніж потрібно.
У всіх випадках схема призначена (або повинна бути) розроблена для роботи з практичними компонентами, які мають неідеальні характеристики - іноді дуже. І іноді схема побудована фактично для того, щоб скористатися нею. Транзистор не працює як будь-який «ідеальний» компонент - але він все ще корисний. Транзистори зазвичай мають широкі допуски, і всі мають небажані характеристики, які б викликали ідеалістичний крик. Типова схема може мати десятки інших частин, єдиною метою яких є компенсація "вад" транзистора. Але це все ж дешевше, ніж намагатися зробити більш «ідеальний» компонент.
Основна причина того, що потрібно «ідеальних» компонентів, - це спростити конструкцію схеми. Однак на практиці вони не повинні бути ідеальними, достатньо добре, щоб схема працювала за призначенням. Операційні підсилювачі часто використовуються в схемах, які могли б краще працювати з окремими компонентами, але їх було б складніше проектувати. Багато виробів використовують старі «промислові стандартні» деталі просто тому, що дизайнери з ними більш знайомі, а виробники продовжують розкручувати їх мільйонами, незважаючи на те, що їх витісняють більш сучасні деталі з кращими характеристиками.
Якщо є причина, чому хтось захоче більш ідеальної версії чогось, і це можливо вдосконалити на існуючому дизайні. Навіть якщо нова річ була б дійсно дорогою, доки на неї буде достатньо попиту, то, звичайно, це буде зроблено.
Хоча багато нових дизайнів та вдосконалень базуються на тому, щоб зробити речі меншими, енергоефективнішими тощо, зберігаючи сучасний рівень ідеальності.
Існує також проблема в тому, що багато компонентів мають декілька характеристик, а те, що ви вважаєте більш «ідеальним» у вашій програмі, може бути меншим, ніж для інших програм.
Потім у вас є компоненти, які не були розроблені з урахуванням використання, але виявились хорошими для деякого використання. І звичайно, люди використовують вади в речах як особливість, щоб робити те, що колись божевільна дурниця, про яку вони мріяли.
Тож воно починає розмиватися, що таке ідеальна версія чогось насправді. Ми також не можемо створити точні копії речей, завжди є певна кількість варіацій. Тому завжди повинен бути якийсь рівень толерантності.
Я думаю, що найбільш очевидними прикладами того, що залишається кращим, є перетворення електроенергії та електродвигуни. Там, де коефіцієнти введення та виведення продукції за останні роки значно покращилися, а також споживання електроенергії, ми продовжуємо отримувати те, що забирає все менше і менше енергії, щоб зробити те саме.
Звичайно, вони роблять .... Більшість часу. Шановні виробники завжди захочуть надати все можливе. Однак деяких речей просто неможливо досягти. Візьмемо для прикладу підсилювачі, просто немає способу отримати, наприклад, нескінченний коефіцієнт посилення відкритого циклу. Також неможливо мати нескінченний вхідний опір або нульовий вихідний опір. Але виробники намагатимуться наблизитися, як тільки можуть.
Фіксовані резистори завжди будуть вести себе згідно із Законом Ома. Всі виробники можуть це зробити, щоб зробити його максимально наближеним до заданого опору. Ось чому вони мають допуски.
Намагання зробити ідеальні компоненти або компоненти з високою точністю коштують грошей, тому завжди будуть якісь компроміси, які означають, що нічого ніколи не буде ідеєю.
Коротше кажучи, поважний виробник зробить усе можливе, щоб спробувати і дати найкращий товар, який можна, в межах дозволеного бюджету. Чим краще технічні характеристики, тим дорожче зробити виріб, і тоді дорожче його буде купувати.
Розглянемо опціон "Ідеальний": величезна пропускна здатність посилення, величезний вихідний струм приводу == величезні вихідні транзистори, нульовий струм в режимі очікування, нульовий час відстоювання, стабільний для всіх позитивних посилень dB і -dB, нульова вартість == нульова область відмирання.
Помічаєте якісь конфлікти в цих «ідеалах»?
Таким чином, немає жодного єдиного "ідеального" оппампа.