قطعات پسیو (Passive) یا غیر فعال، بلوک‌های اصلی ساختار مدارهای الکترونیکی هستند و بدون آن ها این مدارها یا اصلاً کار نمی‌کنند و یا ناپایدار می‌شوند.
قطعات پسیو چه هستند؟ قطعات یا المان‌های پسیو انرژی تولید نمی‌کنند، اما می‌توانند آن را ذخیره یا تلف کنند. قطعات پسیو قطعات اصلی مورد استفاده در الکترونیک مانند مقاومت‌ها، سلف‌ها، خازن‌ها و ترانسفورماتورها هستند که با هم برای ساخت هر مدار الکتریکی یا الکترونیکی مورد نیاز استفاده می‌شوند.
همانطور که از نام آنها پیداست، قطعات پسیو، اجزای الکتریکی هستند که برای کار کردن به هیچ شکلی از توان الکتریکی نیاز ندارند، بر خلاف «قطعات اکتیو یا فعال (active)» مانند ترانزیستورها، تقویت‌کننده‌های عملیاتی و مدارهای مجتمع که برای کارکردن نیاز به توان دارند.
قطعات پسیو از آنجا که منفعل هستند، بهره، تقویت یا جهت‌دهی را برای یک مدار فراهم نکرده بلکه در عوض تضعیف می‌کنند، زیرا آن ها همیشه بهره کمتر از یک دارند. بنابراین، قطعات پسیو نمی‌توانند سیگنال الکتریکی را تولید، نوسان یا تقویت کنند.
قطعات پسیو را می‌توان به‌صورت جداگانه یا به هم متصل در یک مدار به صورت سری یا موازی برای کنترل مدارها یا سیگنال‌های پیچیده، ایجاد تغییر فاز به سیگنال یا ارائه نوعی فیدبک استفاده کرد. اما این قطعات نمی‌توانند سیگنال را بیش از یک برابر کنند به این دلیل که آنها افزایش توان ندارند.
در واقع، قطعات پسیو انرژی را در یک مدار الکتریکی یا الکترونیکی مصرف می‌کنند، زیرا برخلاف عناصر اکتیوی که توان یک مدار را تولید یا تامین می‌کنند، مانند تضعیف‌کننده عمل می‌کنند.
مقادیر اجزای قطعات پسیو مانند مقاومت بر حسب اهم یا ظرفیت خازن بر حسب فاراد همیشه مثبت هستند (یعنی، >0) و هرگز منفی نیستند، اگرچه برخی از قطعات ممکن است دارای ضریب منفی باشند.
قطعات پسیو اجزای دو جهته هستند، یعنی می‌توانند به هر طرف در مدار متصل شوند، مگر اینکه دارای علامت قطبیت خاصی مانند خازن‌های الکترولیتی باشند. قطبیت ولتاژ در دو طرف آنها توسط جریان عبوری از پایانه مثبت به پایانه منفی تعیین میشود.
در هر دو نظریه مدار الکتریکی و تجزیه و تحلیل مدار، قطعات پسیو عموماً المان‌های الکتریکی نامیده می‌شوند، بنابراین اجازه دهید نگاهی کوتاه به سه مورد از رایج‌ترین عناصر الکتریکی پسیو پایه یعنی مقاومت، خازن و سلف بیندازیم:
مقاومت
مقاومت یک قطعه پسیو است که با جریان الکتریکی عبوری از آن مخالفت میکند. مقدار مخالفت با عبور جریان را مقاومت می‌نامند و با علامت “R” نشان داده میشود.
مقاومت معیاری است که نشان می‌دهد الکترون‌ها چقدر آسان یا دشوار می‌توانند از طریق یک مسیر خاص در یک مدار الکتریکی عبور کنند و به عنوان یک مقدار در واحدهایی به نام اهم بیان میشود.
یک اهم مقدار مقاومتی است که وقتی جریانی به اندازه یک آمپر از مقاومتی عبور میکند که یک ولت در پایانه‌های آن دارد، ایجاد میشود. بنابراین مقدار مقاومت یک مقاومت را می‌توان بر حسب افت ولتاژ در مقاومت و جریان عبوری از مقاومت طبق قانون اهم تعریف کرد:
V = R.I
در این معادله، R مقاومت، V ولتاژ دو طرف مقاومت، و I جریانی است که از مقاومت عبور میکند. این رابطه بین ولتاژ و جریان به نام رابطه V-I در مقاومت در هر دو مدار DC و AC، خطی است.
توان جذب شده توسط یک مقاومت به صورت زیر نشان داده میشود:
یک مقاومت ایدهآل، انرژی الکتریکی را بدون ذخیره آن به عنوان بار الکتریکی یا انرژی مغناطیسی، از بین می‌برد.
سلف
سلف (Inductor) که دارای نماد “L” است و با هانری (H) اندازه‌گیری میشود، عنصری است که برای ذخیره انرژی در قالب یک میدان الکترومغناطیسی استفاده میشود. انرژی الکترومغناطیسی در پیچ‌های یک سیم‌پیچ تا زمانی که یک جریان متغیر زمانی i(t) از طریق سلف جریان داشته باشد، ذخیره میشود.
خود القایی ویژگی یک سلف است که با هر گونه تغییر در جریان مطابق با ثابت تناسب تعریف شده مخالفت میکند و ولتاژ تولید شده در سیم پیچ متناسب با نرخ تغییر جریان عبوری از آن نسبت به زمان است.
سلف عنصر پسیوی است که می‌تواند انرژی را ذخیره یا تحویل دهد اما نمی‌تواند آن را تولید کند. یک سلف ایدهآل بدون تلفات است، به این معنی که می‌تواند انرژی را به طور نامحدود ذخیره کند زیرا هیچ انرژی به عنوان گرما از بین نمی‌رود. سلف ها یک مسیر امپدانس کم به جریان DC و یک مسیر امپدانس بالا به جریان AC ارائه می‌دهند.
امپدانس یک سلف به نام راکتانس القایی (inductive reactance)، با فرکانس تغییر میکند و در یک سلف ایدهآل، جریان موج سینوسی AC، نود درجه از ولتاژ عقب است.
بنابراین می‌توانیم اندوکتانس L را به‌عنوان اندازه «مقاومت» یک سلف در برابر تغییر جریان تعریف کنیم که هر چه مقدار L بزرگ‌تر باشد، نرخ تغییر جریان کمتر است. مانند مقاومت، اندوکتانس همیشه یک مقدار مثبت است.
خازن
عنصر پسیو آخر، خازن است. برخلاف سلف که انرژی خود را به صورت مغناطیسی ذخیره میکند، یک خازن انرژی خود را به صورت الکترواستاتیک به صورت بار در صفحات خود ذخیره میکند. خازن از دو یا چند صفحه رسانا تشکیل شده است که توسط یک ماده دی‌الکتریک از هم جدا شده‌اند.
ظرفیت، “C” ویژگی خازن است که با هر گونه تغییر در ولتاژ در دو طرف آن مخالفت میکند، همانطور که با ثابت تناسب تعریف میشود و جریانی که از آن عبور میکند با نرخ تغییر ولتاژ در آن نسبت به زمان متناسب است.
ظرفیت خازن صفحه موازی، نسبت مقدار شارژ Q ذخیره شده در صفحات آن به ولتاژ V در صفحات آن است و بر حسب فاراد، نماد (C)، یعنی C=Q/V اندازه‌گیری میشود. خازن‌ها یک مسیر امپدانس کم به سیگنال‌های AC ارائه می‌دهند اما DC را مسدود می‌کنند.
امپدانس خازنی که راکتانس خازنی نیز نامیده میشود، با فرکانس تغییر میکند و در یک خازن ایدهآل، ولتاژ موج سینوسی AC، 90 درجه از جریان عقب است. مانند مقاومت، ظرفیت خازن همیشه یک مقدار مثبت است.
برای مدارهای ساده با تنها یک جزء پسیو، اعم از یک مقاومت، یک سلف یا یک خازن، می‌توانیم مشخصات آنها را به صورت زیر خلاصه کنیم: Xc= 1/2πfC= 1/ωC
|
قطعه پسیو
|
مقاومت یا راکتانس
|
زاویه فاز (Փ)
|
|---|---|---|
|
R = R
|
0 درجه ( جریان با ولتاژ هم فاز است )
|
|
XL= 2πfL= ωL
|
ELI (جریان از ولتاژ 90 درجه عقب است)
|
|
Xc= 1/2πfC= 1/ωC
|
ICE (جریان از ولتاژ 90 درجه جلوتر است)
|
در این جدول، XL نشان دهنده راکتانس القایی و XC نشان دهنده راکتانس خازنی مدار AC است.
