Ohmisten ja ei-ohmisten materiaalien erottaminen sähkötekniikassa

Sähkötekniikassa tehdään ero sähköisesti johtavien materiaalien ja ohmisten ja ei-ohmisten tyyppien välillä.Ohmin lain mukaiset ohmet kapellimet, jotka osoittavat lineaarisen suhteen jännitteen ja virran välillä, osoittaen vakiovastuksen eri sähkökuormilla.Tämä ennustettava luonne on dynaaminen elektronisten laitteiden ja piirien suunnittelussa ja käyttämisessä.

Toisaalta, ei-ohmiset johtimet osoittavat muuttuvaa vastustusta, monimutkaisen niiden käyttöä, mutta tarjoavat etuja edistyneissä sovelluksissa, kuten tehonsäädännössä ja signaalinkäsittelyssä.Niiden käyttäytyminen vaihtelee lämpötilan, materiaalien ominaisuuksien ja sähkökuormien muutosten mukaan, mikä edellyttää yksityiskohtaista analyysiä niiden hyödyllisyyden maksimoimiseksi.Tämä ohmisten ja ei-OHMIC-johtimien etsintä korostaa niiden erityisiä ominaisuuksia, sovelluksia ja analyyttisiä menetelmiä, joita tarvitaan elektronisen komponenttien suunnittelun ja toiminnallisuuden optimoimiseksi.

Luettelo

Kuva 1. Ohminen ja ei-ohminen johtimet

OHMIC- JA EI OHMIC-kapellimestarien ymmärtäminen

Tutkiessamme kuinka jännite ja virta ovat vuorovaikutuksessa erityyppisissä johtimissa, luotamme työkaluun, jota kutsutaan V-I-ominaiskäyräksi.Tämä käyrä kuvaa jännitettä y-akselilla ja virralla x-akselilla.Tämän käyrän luomiseksi johtimessa käytettyä jännitettä säädetään vähitellen, kun tuloksena oleva virta mitataan.Tämä prosessi paljastaa, kuinka kapellimestari reagoi erilaisiin jännitetasoihin.

Ohmisissa kapellimureissa jännitteen ja virran välinen suhde on suoraviivainen ja ennustettavissa.Ohmin lain mukaan nämä kaksi määrää ovat suoraan verrannollisia.Jännitteen lisääntyessä virta kasvaa tasaisella nopeudella tuottaen suoraviivaisen (lineaarisen) V-I-käyrän.Tämä lineaarisuus osoittaa, että johtimessa oleva vastus pysyy vakiona riippumatta siitä, kuinka paljon jännite muuttuu.Aikaisemmat oletukset, että materiaalit saattavat osoittaa epälineaarista käyttäytymistä näissä olosuhteissa, ovat osoittautuneet virheellisiksi ohmisten johtimien suhteen.

Ei-ohmet kapellimet eivät kuitenkaan noudata tätä yksinkertaista mallia.Pienemmillä jännitteillä niillä voi alun perin olla lineaarinen suhde, joka on samanlainen kuin ohmisten johtimet.Mutta kun jännite kasvaa edelleen, käyrä alkaa taivuttaa tai poikkeaa suorasta linjasta, mikä osoittaa, että vastus ei ole enää vakio.Sen sijaan se vaihtelee käytetyn jännitteen mukaan.Tämä epälineaarinen käyttäytyminen nähdään yleisesti laitteissa, kuten hehkulamppujen hehkulamput ja tietyt puolijohdekomponentit.Näissä tapauksissa tekijät, kuten lämpötilan muutokset ja materiaalien ominaisuudet erilaisissa sähköolosuhteissa, vaikuttavat muuttovastukseen.

Kuva 2: Ohmiset johtimet

Ohmisten johtimien rooli elektroniikassa

Ohmiset kapellimestarit määritellään niiden noudattamisella OHM: n lakiin, jonka mukaan kapellimestarin läpi virtaava virta on suoraan verrannollinen sen yli olevaan jännitteeseen.Yksinkertaisesti sanottuna, jos kaksinkertaistat ohmiselle kapellimestarille levitetyn jännitteen, myös virta kaksinkertaistuu.Tämä käyttäytyminen on ennustettavissa ja sitä esitetään matemaattisesti V = IR, missä R on vastus.Ohmisissa johtimissa R pysyy vakiona jännitteen tai virran muutoksista riippumatta.

Kuva 3: Esimerkkejä materiaaleista, joilla on ohminen ominaisuudet

Yleisiä esimerkkejä materiaaleista, joilla on ohmisominaisuuksia, ovat metallit, kuten kupari ja alumiini, sekä hiili ja tietyt metalliseokset.Nämä materiaalit tunnetaan vakaasta vastustuksestaan, mikä varmistaa luotettavan suhteen jännitteen ja virran välillä.Kun tämä suhde on hajautettu V-I-käyrälle, tulos on suora viiva.Tämän viivan kaltevuus edustaa johtimen vastusta - jos viiva on jyrkkä, vastus on korkea;Jos se on matala, vastus on alhainen.Tämä lineaarinen suhde vaikuttaa elektronisten piirien suunnitteluun ja toimintaan.Esimerkiksi kuparilankoja käytetään laajasti sähköjärjestelmissä niiden alhaisen vastuskyvyn vuoksi, mikä pysyy vakaana eri käyttöolosuhteissa.Tämä stabiilisuus on dynaaminen johdonmukaisen piirin suorituskyvyn ylläpitämiseksi ja ylikuumenemisen tai jännitekasvien välttämiseksi.

Kuva 4: Vastukset

Vastukset, jotka ovat sopivia komponentteja jännitteen ja virran hallitsemiseksi piireissä, on tyypillisesti ohminen käyttäytyminen.Ne on suunniteltu tarjoamaan tietty määrä vastustuskykyä sähkön virtauksen säätelemiseksi, mikä varmistaa, että piirit toimivat tarkoitetulla tavalla.Useimmissa sovelluksissa ohmisten vastusten ennustettavuus on erittäin toivottavaa.On kuitenkin tilanteita, joissa ei-ohmiset vastukset ovat edullisia, kuten ylijännitesuojauslaitteissa, joissa vastus on muutettava vasteena erilaisiin sähköolosuhteisiin.Ohmisten johtimien ja komponenttien luotettavuus ja ennustettavissa oleva luonne muodostavat useimpien elektronisten laitteiden selkärangan.Niiden kyky ylläpitää johdonmukaista suorituskykyä vaihtelevissa olosuhteissa tekee niistä tarvittavat monissa sovelluksissa yksinkertaisesta johdotuksesta monimutkaiseen piirimalleihin.

Kuva 5: Ei-OHMIC-johtimet

Ei-OHMIC-johtimien edistyneitä sovelluksia elektronisesti

Muille kuin ei-ohmisille johtimille on tunnusomaista vastus, joka muuttuu levitetyllä jännitteellä, mikä tekee heidän käyttäytymisensä monimutkaisemmaksi verrattuna ohmisiin johtimiin.Toisin kuin ohmet kapellimestarit, joissa virta ja jännite ovat suoraan verrannollisia, ei-OHMIC-kapellimestarit eivät noudata Ohmin lakia.Esimerkiksi hehkulamppulla hehkulampussa filamentin vastus kasvaa, kun se lämpenee, muuttaen virran virtausta.Tämä tarkoittaa, että jos jännite kaksinkertaistuu, virta ei yksinkertaisesti kaksinkertaista, koska vastus muuttuu lämpötilan ja materiaalien ominaisuuksien kanssa.

Kuva 6: Puolijohde -diodit

Puolijohdidiodit tarjoavat toisen esimerkin ei-o-Ohmisesta käyttäytymisestä, jossa virta virtaa pääasiassa yhteen suuntaan.Diodin jännitevirta (V-I) -suhde on erittäin epälineaarinen.Diodi ei salli merkittävän virran virtausta, ennen kuin käytetty jännite ylittää tietyn kynnyksen, joka tunnetaan nimellä eteenpäinjännite.Tämän kynnyksen alapuolella virta on erittäin alhainen.Toisaalta, kun jännitettä kohdistetaan käänteiseen suuntaan, virta pysyy minimaalisesti, kunnes saavutetaan hauta jakautumisjännite.Tämä ainutlaatuinen käyttäytyminen asettuu korjausprosessiin, jossa vaihtovirta (AC) muunnetaan tasavirtaan (DC).

Kuva 7: hehkulamput

Komponenttien, kuten diodien ja hehkulamppujen, muuttuva vastus ja epälineaarinen vaste korostavat jännitteen, resistenssin ja virran välistä monimutkaista suhdetta ei-ohmisissa johtimissa.Näitä ominaisuuksia käytetään edistyneempiin elektronisiin sovelluksiin, mutta ne esittävät myös haasteita ennustettavuuden ja piirisuunnittelun suhteen.Insinöörien on harkittava näitä tekijöitä huolellisesti, kun integroidaan ei-OHMIC-komponentit elektronisiin järjestelmiin asianmukaisen toiminnallisuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi.

Ohmisten ja ei-ohmisten johtimien vertaileva analyysi

Ohmiset kapellimet tunnistetaan helposti niiden suoraviivaisella, lineaarisella suhteella virran ja jännitteen välillä.Kaavioon piirrettynä tämä suhde muodostaa suoran viivan, mikä osoittaa, että vastus pysyy vakiona käytetystä jännitteestä riippumatta.Lämpötilan tai muiden toimintaolosuhteiden muutokset eivät vaikuta tähän johdonmukaiseen käyttäytymiseen.Materiaalit, kuten kupari, jota käytetään yleisesti johdotuksessa, ja tavanomaiset elektroniset komponentit, kuten vastukset, esimerkki ohmisista johtimista.Niiden vakaat ja ennustettavat sähköominaisuudet ovat vaativat varmistamaan luotettavan piirin suorituskyvyn eri ympäristöolosuhteissa.

Ei-ohmiset kapellimet käyttäytyvät eri tavalla, ja siinä on epälineaarinen suhde jännitteen ja virran välillä.Näissä materiaaleissa vastus muuttuu tekijöiden, kuten lämpötilan ja sähkökuorman kanssa, mikä johtaa V-I-käyrälle, joka taipuu tai käyrä sen sijaan, että muodostavat suoran linjan.Tämä osoittaa, että vastus ei ole vakio, vaan vaihtelee käyttöolosuhteista riippuen.Esimerkkejä ei-ohmisista johtimista ovat puolijohdealaitteet, kuten diodit ja transistorit, jotka ovat dynaamisia nykyaikaisessa elektroniikassa.Akkuissa ja sähkökemiallisissa kennoissa käytetyt elektrolyyttit kuuluvat myös tähän luokkaan.Nämä komponentit ovat hyödyllisiä sovelluksissa, joissa vastus- ja virran virtausmuutokset ovat toivottavia, kuten tehonsäädännössä ja signaalinkäsittelyssä.

Kuva 8: Ei-OHMic-johtimen vastus

Menetelmät ei-ohmisten johtimien resistenssin arvioimiseksi

Muiden kuin OHMIC-johtimien vastustuskyvyn löytämiseksi sinun on käytettävä kaltevuusmenetelmää, joka laskee differentiaaliresistenssin tietyissä kohdissa jännitekorvan (V-I) käyrän varrella.Tämä menetelmä käsittää käyrän kahden pisteen valitsemisen ja jännitteen muutoksen (∆V) suhteen virran (∆v) muutokseen.Näiden kahden pisteen välisen viivan kaltevuus antaa vastuskohdan kyseisessä käyrän osassa.

Toisin kuin ohmet johtimet, joilla on vakio vastus, ei-o-o-o-o-o-oehmisilla johtimilla on vastus, joka vaihtelee jännitteen ja virran muutosten mukaan.Tämä tekee tarvittavan kaltevuusmenetelmän, koska se tarjoaa paikallisen resistenssin mittauksen, mikä heijastaa kapellimestarin käyttäytymistä eri toimintatiloissa.

Ei-ohmisten johtimien resistenssin dynamiikka

Ei-ohmisessa resistenssin dynamiikka Kapellimestarit
Monimutkaiset muuttujat resistenssissä Laskeminen	Laskentavastus ei-ohmisessa Johtimet sisältävät sekoituksen tekijöitä, kuten materiaalin ominaisuuksia, lämpötilaa Puolijohteiden vaihtelut, sähkökentän voimakkuus ja doping -tasot. Nämä elementit ovat vuorovaikutuksessa kapellimestarin vastarinnan muokkaamiseksi tavalla, joka voi Ole melko monimutkainen.
Materiaalin ominaisuudet ja vastus	Kapellimestarin koostumus soittaa a Pääsooli sen vastustuskyvyn määrittämisessä.Esimerkiksi puolijohteissa, Eri atomien lisääminen (prosessi, joka tunnetaan nimellä doping) muuttaa kuinka elektronit liikkuvat materiaalin läpi.Nämä elektronit törmäävät usein atomien kanssa ja Näiden atomien luonne - mitä ne ovat ja miten ne on järjestetty - vaikuttaa helposti jonka kanssa elektronit voivat virtaa.Sitä vaikeampaa on elektronien kanssa Siirrä, mitä suurempi vastus on.
Lämpötilavaikutukset	Lämpötilan muutoksilla on merkittävä Vaikutus ei-ohmisten johtimien vastustuskykyyn.Lämpötilan noustessa, Johtimen atomit värähtelevät voimakkaammin lisäämällä mahdollisuuksia Elektronit törmäävät heidän kanssaan.Tämä lisääntynyt törmäysaste johtaa korkeampaan vastus.Tämä lämpötilaherkkyys on lisäksi ominainen Ei-ohmisia johtimia, etenkin ympäristöissä, joissa lämpötilat vaihdella.
Sähkökentän voimakkuus	Puolijohteissa Sähkökenttä voi myös vaikuttaa resistanssiin.Vahva sähkökenttä voi Luo lisää varauskantajia - elektroneja ja reikiä -, mikä vähentää vastustuskykyä. Tämä periaate on erityisen merkittävä laitteissa, kuten varistorit, jotka Suojaa herkkä elektroniikka ohjaamalla ylimääräistä jännitettä tehon aikana nousu.
Doping ja sen vaikutukset	Doping sisältää epäpuhtauksien lisäämisen a Puolijohde muokkaamaan sen sähköisiä ominaisuuksia.Lisäämällä lukumäärää varauskuljettajista, doping alentaa tyypillisesti vastuskestävyyttä.Kyky tarkasti hallita doping-tasoja mahdollistaa käyttäytymisen hienosäätö puolijohteet varmistaen, että elektroniset laitteet toimivat optimaalisesti a erilaisia ​​olosuhteita.

Johtopäätös

Ohmisten ja ei-OHMIC-johtimien tutkiminen paljastaa voimakkaan dichotoomian sähkönjohtavuuden valtakunnassa.Ohmiset kapellit, jotka ovat vankkumattomia ja ennustettavissa olevia luonnettaan, tukevat edelleen perinteisten sähköpiirien ja laitteiden stabiilisuutta ja tehokkuutta.Niiden johdonmukainen vastus tarjoaa kulmakiven peruspiirin suunnitteluperiaatteille ja sähköinfrastruktuurien laajemmalle luotettavuudelle.Samoin ei-ohmisilla johtimilla, joilla on dynaamiset resistenssiominaisuudet, on avainasemassa elektronisen tekniikan kehityksessä, etenkin laitteissa, jotka vaativat sähköisten ominaisuuksien vivahteellista hallintaa erilaisissa operatiivisissa tiloissa.Kyky mitata ja manipuloida tarkasti näiden johtimien vastustuskykyä, etenkin kaltevuusmenetelmän kaltaisten tekniikoiden avulla, parantaa kykyämme suunnitella piirejä, jotka ovat sekä innovatiivisia että mukautuvia muuttuviin olosuhteisiin.

Kun ymmärrystämme näistä materiaaleista yksityiskohtaisella analyysillä ja käytännön sovelluksilla, ohmisten ja ei-ohmisten käyttäytymisten väliset erot rikastuttavat teoreettista tietämystämme, vaan myös opastavat kehittyneempien ja luotettavien elektronisten järjestelmien kehittämistä.Näin ollen näiden kapellimestarien tutkimus ei ole pelkästään akateemista, vaan vaativaa pyrkimystä elektronisen tekniikan ja tekniikan kehityksessä.

Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]

1. Mitkä ovat 3 ei -ohmista kapellimestareita?

Puolijohteet: Materiaalit, kuten pii ja germanium, älä noudata Ohmin lakia laajalla jännitteillä ja lämpötiloissa niiden ainutlaatuisten kaistarakenteiden takia.

Diodit: Erityisesti suunniteltu sallimaan virran virtaus vain yhteen suuntaan, näyttäen erilaisia ​​resistansseja sovelletun jännitteen suunnan perusteella.

Transistorit: Näillä laitteilla, joita käytetään laajasti elektronisissa piireissä, on erilainen vastus tulojännitteeseen ja signaaliin perustuen, mikä ei kohdista Ohmin lain kanssa.

2. Mikä on esimerkki ohmisesta laitteesta?

Metallilankavastus: Metalleista, kuten kuparista tai niukkulaista, valmistettu vastus noudattaa Ohmin lakia erittäin tarkasti, ja siinä on lineaarinen suhde jännitteen ja virran välillä vakiona lämpötila -olosuhteissa.

3. Mitkä ovat ei-OHMic-kapellimestarin ominaisuudet?

Jännitteestä riippuvainen vastus: Kestävyys muuttuu käytetyn jännitteen kanssa, ei vakiosuhteen ylläpitäminen.

Suunta riippuvuus: Laitteissa, kuten diodeissa, resistenssi voi vaihdella käytetyn virran suunnan perusteella.

Lämpötilan herkkyys: Monet ei-ohmet materiaalit osoittavat merkittäviä muutoksia resistenssissä lämpötilan muutosten kanssa.

4. Mitä eroa ei-OHMIC- ja OHMIC-johtimien välillä on?

Resistanssi käyttäytyminen: Ohmisilla johtimilla on vakio vastus jännitteiden ja lämpötilojen alueella, tarttuen kaavaan v = IRV = IRV = IR.Ei-ohmisilla johtimilla ei ole jatkuvaa resistenssiä, eikä niiden V-IV-IV-I-suhde ole lineaarinen.

Lineaarisuus: Ohmiset kapellimet osoittavat lineaarista suhdetta virran ja jännitteen välillä.Ei-ohmisilla johtimilla on epälineaarinen suhde, jossa virran kuvaaja verrattuna jännitekähteisiin tai mutkiin.

5. Mitkä ovat kaksi esimerkkiä ei-OHMIC-resistenssistä?

Valokeilevät diodit (LEDit): Niiden vastus muuttuu käytetyn jännitteen kanssa ja antaa virran vain kulkea tietyn kynnysjännitteen yläpuolelle.

Varistorit (jännitteestä riippuvat vastukset): Komponentit, jotka muuttavat heidän vastustustaan ​​niiden välisen jännitteen kanssa, käytetään yleisesti piirien suojaamiseen korkeajännitteisiltä piikiltä.