Ηλεκτρονικά Στοιχεία

Αντιστάτης

Η ηλεκτρική αντίσταση (Αγγλ. electrical resistance) είναι ένα ηλεκτρολογικό/ηλεκτρονικό εξάρτημα το οποίο χρησιμοποιείται σε διάφορα κυκλώματα για τον έλεγχο της ροής του ρεύματος. Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης στο Διεθνές σύστημα μονάδων (SI) είναι το Ωμ (Αγγλ. Ohm), το οποίο συμβολίζεται ως (Ω) και πήρε την ονομασία αυτή από τον Γερμανό φυσικό Γκέοργκ Ωμ (Georg Ohm). O Georg Ohm διατύπωσε τον νόμο του Ohm, ο οποίος αναφέρει ότι η αντίσταση (R) ενός αντικειμένου μπορεί να δοθεί αριθμητικά εάν διαιρέσουμε την διαφορά δυναμικού (V) που εφαρμόζεται στα άκρα του αντικειμένου προς την ένταση του ρεύματος (A) που το διαρρέει.

Μαθηματικά αυτό εκφράζεται ώς R=V/I

όπου:

R: Η αντίσταση που εμφανίζει το αντικείμενο (σε ohms)
V: Η διαφορά δυναμικού/τάση που εφαρμόζεται στα άκρα του αντικειμένου (σε volts)
 I: Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το αντικείμενο (σε amperes)

Το σύμβολο της αντίστασης για σχηματικά διαγράμματα

Αντιστάτες τύπου τουβλάκι

To μόνο πράγμα που καθορίζει το φυσικό μέγεθος ενός αντιστάτη είναι η ισχύς που καταναλώνει ώς θερμότητα. Αντιστάτες μεγαλύτερης ισχύος έχουν και μεγαλύτερες διαστάσεις. Έτσι αντιστάσεις με watt μεγαλύτερα των 5 κατασκευάζονται ως τουβλάκια. Μπορεί να έχουν τα ίδια ohms με μια μικρή σε Watt αντίσταση αλλά έχουν την δυνατότητα να περιορίσουν μεγαλύτερα ρεύματα χωρίς να καταστραφούν.

Δίοδος

Στην ηλεκτρονική, η δίοδος είναι ένα στοιχείο που περιορίζει τη κατευθυντήρια ροή των φορέων αγωγιμότητας (charge carriers). Ουσιαστικά, η δίοδος επιτρέπει το ηλεκρικό ρεύμα να περάσει από τη μια διεύθυνση, αλλά μπλοκάρει την κίνηση από την αντίθετη διεύθυνση. Έτσι, η δίοδος μπορεί να θεωρηθεί ως μια ηλεκτρονική εκδοχή της βαλβίδας. Τα κυκλώματα που απαιτούν ροή προς μία μόνο κατεύθυνση περιλαμβάνουν μία ή περισσότερες διόδους στη σχεδίαση του κυκλώματος. Οι πρώτες δίοδοι περιλάμβαναν κρυστάλλους cat’s whisker και λυχνίες κενού. Σήμερα, οι περισσότερες δίοδοι είναι κατασκευασμένες από υλικά ημιαγωγών όπως πυρίτιο ή γερμάνιο.

Το σύμβολο της διόδου για σχηματικά διαγράμματα

Δίοδος SMD

Είναι μια ειδική κατηγορία διόδων που χρησιμοποιείται σε κυκλώματα νέας τεχνολογίας τύπου SMD (Surface Mount Devices). Έχουν όμοια χαρακτηριστικά με μία κοινή δίοδο αλλά κατασκευάζονται σε εξαιρετικά συμπτηγμένο μέγεθος.

Στις παρακάτω εικόνες φαίνεται το σύμβολο της διόδου SMD για σχηματικά διαγράμματα και ένα δείγμα διόδου SMD:

Δίοδος LED 

Δίοδος Εκπομπής Φωτός, (LED, Light Emitting Diode), αποκαλείται ένας ημιαγωγός ο οποίος εκπέμπει φως στενού φάσματος όταν του παρέχεται μία ηλεκτρική τάση κατά τη φορά ορθής πόλωσης (forward-biased).

Το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται εξαρτάται από την χημική σύσταση του ημιαγώγιμου υλικού που χρησιμοποιείται, και μπορεί να είναι υπεριώδες, ορατό ή υπέρυθρο. Το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται, και κατά συνεπεία το χρώμα του, εξαρτάται από το χάσμα ενέργειας των υλικών τα οποία χρησιμοποιούνται για την δημιουργία της επαφής P-N.

P = Υλικό εμποτισμένο με λήπτες (Έλλειμα Ηλεκτρονίων).

Ν = Υλικό εμποτισμένο με δότες (Πλεόνασμα Ηλεκτρονίων).

Το σύμβολο του LED για σχηματικά διαγράμματα

Ηλεκτρολυτικός Πυκνωτής

Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής είναι ένας τύπος πυκνωτή του οποίου η μία πλάκα που χρησιμοποιεί είναι κατασκευασμένη από ένα ιονισμένο υγράς μορφής σκέυασμα. Συνήθως έχουν μεγαλύτερη χωριτικότητα σε αναλογία με τον όγκο τους από ότι έχουν άλλοι τύποι πυκνωτών. Η αξία τους είναι ανεκτήμητη όσον αφορά την χρήση σε κυκλώματα υψηλών ρευμάτων και χαμηλών συχνοτήτων. Ειδικά, η χρήση τους σε τροφοδοτικά ως φίλτρα για το φιλτράρισμα της Τάσης που εξάγεται από ένα κύκλωμα σταθεροποίησης είναι πολύ συχνή. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν μεγάλη χωριτικότητα και μας επιτρέπουν να κατασκευάσουμε φίλτρα που έχουν πολύ χαμηλές συχνότητες αποκοπής. Τέλος να αναφέρουμε οτι οι ηλεκτρολυτική πυκνωτές έχουν πόλωση και πρέπει να προσέξουμε κατά την σύνδεση τους την πολικότητα αλλιώς θα καταστραφούν. Στην πράξη ο θετικός πόλος του στοιχείου είναι μεγαλύτερος αλλά και στο σώμα του πυκνωτή ο αρνητικός πόλος καθορίζεται από μια γκρί ή λευκή λωρίδα κατά μήκος αυτού.

Το σύμβολο στο λογικό διάγραμμα και μια εικόνα του πραγματικού ηλεκτρονικού στοιχείου φαίνονται στις παρακάτω εικόνες:

Κεραμικός Πυκνωτής

Ο κεραμικός πυκνωτής είναι ένα είδος πυκνωτή όπου στο εσωτερικό του περιλαμβάνει δύο μεταλλικές ή κεραμικές επιφάνειες η μία απέναντι από την άλλη με το κεραμικό υλικό που τις περικλείει να λειτουργεί ως διηλεκτρικό. Ανάλογα με το διηλεκτρικό οι πυκνωτές αυτοί χωρίζονται σε δύο κλάσσεις (Κλάσση 1 ή Κλάσση 2) και ποικίλει η χωριτικότητα τους. Επιπλέον η χωριτικότητα τους είναι αισθητά μικρότερη από την χωριτικότητα που έχουν οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές.

Το σύμβολο στο λογικό διάγραμμα και μια εικόνα του πραγματικού ηλεκτρονικού στοιχείου φαίνονται στις παρακάτω εικόνες:

Τρανζίστορ

 Το τρανζίστορ (transistor), ελλ. κρυσταλλοτρίοδος, είναι διάταξη ημιαγωγών στερεάς κατάστασης, η οποία βρίσκει διάφορες εφαρμογές στην ηλεκτρονική, μερικές εκ των οποίων είναι η ενίσχυση, η σταθεροποίηση τάσης, η διαμόρφωση συχνότητας, η λειτουργία ως διακόπτης και ως μεταβλητή ωμική αντίσταση. Το τρανζίστορ μπορεί, ανάλογα με την τάση με την οποία πολώνεται, να ρυθμίζει την ροή του ηλεκτρικού ρεύματος που απορροφά από συνδεδεμένη πηγή τάσης. Τα τρανζίστορ κατασκευάζονται είτε ως ξεχωριστά ηλεκτρονικά εξαρτήματα είτε ως τμήματα κάποιου ολοκληρωμένου κυκλώματος.

Σταθεροποιητής Τάσης

Ένας σταθεροποιητής τάσης είναι ένα ηλεκτρονικό στοιχείο το οποίο χρησιμοποιείται για να μετατρέπει μια ασταθή τάση σε μια τάση σταθερής τιμής. Υπάρχουν διαφόρων ειδών σταθεροποιητές, για εναλλασόμενες τάσεις αλλά και για συνεχείς. Όλοι οι σταθεροποιητές που χρησιμοποιούνται σήμερα έχουν την ίδια φιλοσοφία λειτουργίας. Συγκρίνουν την εξερχόμενη τάση, με μια προκαθορισμένη τάση αναφοράς που παράγουν τοπικά στο εσωτερικό τους. Αυτό εξασφαλίζεται από έναν βρόχο αρνητικής ανάδρασης. Αν η τάση εξόδου είναι πολύ χαμηλή τότε το κύκλωμα ελέγχου εσωτερικά του σταθεροποιητή αναγκάζεται να παράγει μεγαλύτερη τάση. Η αντίθετη διαδικασία, δηλαδή αν η τάση εξόδου είναι υψηλή, να παραχθεί μικρότερη τάση, ισχύει μόνο για μερικούς σταθεροποιητές. Δίνεται μεγάλη σημασία κατά την κατασκευή του κυκλώματος ελέγχου των σταθεροποιητών καθώς πρέπει να παράγει σταθερή τάση και να έχει γρήγορη απόκριση. Πράγματα τα οποία είναι αντιστρόφος ανάλογα.

Το σύμβολο στο λογικό διάγραμμα και μια εικόνα του πραγματικού ηλεκτρονικού στοιχείου φαίνονται στις παρακάτω εικόνες:

Ολοκληρωμένο Κύκλωμα

Στα ηλεκτρονικά, ένα τυπωμένο κύκλωμα (γνωστό και ως μικροκύκλωμα, μικροτσιπ, τσιπ, τσιπ σιλικόνης) είναι μια μικρογραφία ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος, το οποίο αποτελείται συνήθως από ημιαγώγιμα υλικά όπως επίσης και από παθητικά στοιχεία.

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα έγινε δυνατό να κατασκευαστούν μετά από πειραματικές ανακαλύψεις που έδειχναν ότι ημιαγώγιμα στοιχεία μπορούσαν να εκτελέσουν τις λειτουργίες των λυχνίων κενού και από την τεχνολογική πρόοδο στον τομέα της κατασκευής ημιαγώγιμων στοιχείων που συντελέστηκε τα μέσα του εικοστού αιώνα. Η ολοκλήρωση(ενσωμάτωση) ενός μεγάλου αριθμού από μικροσκοπικά τρανζίστορ πάνω σε μια λεπτή ψηφίδα πυριτίου αποτέλεσε πολύ σημαντική βελτίωση σε σχέση με την χειρωνακτική συναρμολόγηση λυχνίων κενού και διακριτών ηλεκτρικών στοιχείων.

Η δυνατότητα που παρείχαν τα ολοκληρωμένα κυκλώματα για μαζική παραγωγή, προσθήκη παραπέρα πολυπλοκότητας, η αξιοπιστία τους και η σημαντική μείωση του κόστους συνέβαλε στην ταχεία διάδοσή τους εκτοπίζοντας τις λυχνίες κενού και τα διακριτά κυκλώματα. Η σημαντική μείωση στο κόστος έγινε δυνατή γιατί όλα τα στοιχεία τυπώνονται ενιαία με χρήση φωτολιθογραφίας αντί να τυπώνεται το κάθε τρανζίστορ ξεχωριστά. Το 2006, το εμβαδόν ενός τσιπ κυμαίνεται από μερικά τετραγωνικά χιλιοστά μέχρι 250 mm², με ένα εκατομμύριο τρανζίστορ ανά mm². Η χρήση τους είναι ευρεία σε όλα τις ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές που χρησιμοποιούμε σήμερα.

Κρυσταλλικός Ταλαντωτής

Οι κρύσταλλοι ταλαντωτές είναι ηλεκτρονικά στοιχεία που εκμεταλεύονται την πιεζοηλεκτρική ιδιότητα των κρυστάλλων. Έχουν την ιδιότητα να ταλαντώνονται σε μια συχνότητα με μεγάλη ακρίβεια σε περίπτωση που εφαρμοστεί τάση στα άκρα τους. Χρησιμοποιώνται στο κύκλωμα σε περιπτώσεις που θέλουμε να δημιουργήσουμε σταθερούς παλμούς ρολογιού (clock signal) για διάφορα ψηφιακά κυκλώματα ή να χρονίσουμε μικροελεγκτές σε μια δεδομένη συχνότητα.

Το σύμβολο στο λογικό διάγραμμα και μια εικόνα του πραγματικού ηλεκτρονικού στοιχείου φαίνονται στις παρακάτω εικόνες:

Ασφάλεια

Η ηλεκτρική ασφάλεια είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται πολύ συχνά στα κυκλώματα για να παρέχει προστασία από βραχυκυκλώματα και κατ επέκταση υπερβολικά ρεύματα. Ομοιάζει θα λέγαμε με μια κάψουλα μερικές φορές διαφανής άλλες αδιαφανής, όπου έχει εκατέροθεν του κέντρου δύο αγώγιμες μεταλλικές πλάκες που συνδέονται μεταξύ τους με ένα λεπτό σύρμα (στο μέγεθος μιας κλωστής ή μικρότερο). Το κύριο χαρακτηριστικό μιας ασφάλειας είναι το μέγεθος του ρεύματος που επιτρέπει να διέλθει από αυτήν. Έτσι αν το ρεύμα που διέλθει είναι μεγαλύτερο από το μέγεθος που ορίζει ο κατασκευαστής θα κοπεί το κεντρικό σύρμα με αποτέλεσμα η ασφάλεια να μην άγει και να υπάρχει διακοπή στο συνολικό κύκλωμα. Έτσι αποφεύγονται κίνδυνοι ηλεκτροπληξίας ή καταστροφής επιμέρους ηλεκτρονικών στοιχείων ενός κυκλώματος.

Ρελέ

Το ρελέ (Αγγ. Relay) είναι ένας ηλεκτρικός διακόπτης ο οποίος ανοίγει και κλείνει ελεγχόμενος από ένα άλλο κύκλωμα. Στην πρωταρχική του μορφή ο διακόπτης ελεγχόταν από έναν ηλεκτρομαγνήτη για να ανοίξει ή να κλείσει ένα ή περισσότερα κυκλώματα (ή επαφές που άγουν). Ο εφευρέτης του ρελέ είναι ο Joseph Henry το 1835. Το ρελέ έχει την δυνατότητα να ελέγχει ένα εξωτερικό κύκλωμα μεγαλύτερης ισχύος από αυτό το οποίο το τροφοδοτεί. Σήμερα πέρα από τα ηλεκτρομανγητικά ρελέ υπάρχουν και τα ηλεκτρονικά.

Το σύμβολο στο λογικό διάγραμμα και μια εικόνα του πραγματικού ηλεκτρονικού στοιχείου φαίνονται στις παρακάτω εικόνες: