Aðgreina á milli ohmískra og ekki ómískra efna í rafmagnsverkfræði

Í rafmagnsverkfræði er gerður greinarmunur á rafleiðandi efnum og ohmískum og ekki ohmískum gerðum.Ohmic leiðarar eru í samræmi við lög Ohm og sýna línulegt samband milli spennu og straums, sem bendir til stöðugrar viðnáms undir mismunandi rafmagnsálagi.Þetta fyrirsjáanlega eðli er kraftmikið til að hanna og reka rafeindatæki og hringrás.

Aftur á móti sýna leiðarar sem ekki eru Ohmískir breytilegir viðnám, flækir notkun þeirra en veitir ávinning í háþróaðri forritum eins og valdastjórnun og vinnslu merkja.Hegðun þeirra er mismunandi eftir breytingum á hitastigi, efniseiginleikum og rafmagnsálagi, sem þarfnast ítarlegrar greiningar til að hámarka gagnsemi þeirra.Þessi könnun á ohmískum og ó-ómískum leiðara dregur fram áberandi einkenni þeirra, forrit og greiningaraðferðir sem þarf til að hámarka rafræna hönnun og virkni íhluta.

Vörulisti

Mynd 1. Ohmic og ekki ómísk leiðarar

Að skilja ohmic og ekki ohmic leiðara

Þegar við skoðum hvernig spenna og straumur hafa samskipti í mismunandi gerðum leiðara treystum við á tæki sem kallast V-I einkennandi ferill.Þessi ferill samsærir spennu á y-ásnum og straumnum á x-ásnum.Til að búa til þennan feril er spenna sem beitt er yfir leiðarann ​​smám saman aðlöguð meðan straumurinn sem myndast er mældur.Þetta ferli leiðir í ljós hvernig leiðarinn bregst við ýmsum spennustigum.

Hjá Ohmic leiðara er sambandið milli spennu og straums einfalt og fyrirsjáanlegt.Samkvæmt lögum Ohm eru þetta tvö magn í beinu hlutfalli.Þegar spenna eykst eykst straumurinn með stöðugum hraða og framleiðir beina (línulega) V-I feril.Þessi línuleiki bendir til þess að viðnám innan leiðarans haldist stöðug, óháð því hve mikið spennan breytist.Fyrri forsendur um að efni gætu sýnt ólínulega hegðun við þessar aðstæður hafa reynst rangar fyrir ohmískan leiðara.

Leiðarar sem ekki eru Ohmic fylgja ekki þessu einfalda mynstri.Við lægri spennu geta þeir upphaflega sýnt línulegt samband svipað og ohmísk leiðarar.En þegar spenna heldur áfram að aukast byrjar ferillinn að beygja eða víkja frá beinni línunni, sem gefur til kynna að viðnámið sé ekki lengur stöðugt.Í staðinn er það mismunandi eftir spennu sem beitt er.Þessi ólínulega hegðun sést oft í tækjum eins og glóandi ljósaperum og ákveðnum hálfleiðara íhlutum.Í þessum tilvikum stuðla þættir eins og hitastigsbreytingar og efniseiginleikar við mismunandi rafmagnsskilyrði að breytingarþol.

Mynd 2: Ohmic leiðarar

Hlutverk ohmískra leiðara í rafeindatækni

Ohmic leiðarar eru skilgreindir með fylgi þeirra við lög Ohm, þar sem segir að straumurinn sem streymir um leiðara sé í beinu hlutfalli við spennuna yfir hann.Einfaldlega sagt, ef þú tvöfaldar spennuna sem beitt er á ohmic leiðara, mun straumurinn einnig tvöfalda.Þessi hegðun er fyrirsjáanleg og er táknuð stærðfræðilega sem V = IR þar sem r er viðnám.Hjá Ohmic leiðara er R áfram stöðugt óháð breytingum á spennu eða straumi.

Mynd 3: Dæmi um efni með ohmic eiginleika

Algeng dæmi um efni með ohmic eiginleika fela í sér málma eins og kopar og ál, svo og kolefni og ákveðnar málmblöndur.Þessi efni eru þekkt fyrir stöðugt viðnám sitt, sem tryggir áreiðanlegt samband milli spennu og straums.Þegar þetta samband er myndritað á V-I ferli er útkoman bein lína.Halli þessarar línu táknar viðnám leiðarans - ef línan er bratt, er viðnámið mikil;Ef það er grunnt er viðnám lítið.Þetta línulega samband er áhrifamikið í hönnun og virkni rafrásar.Sem dæmi má nefna að koparvírar eru mikið notaðir í rafkerfum vegna lítillar viðnáms þeirra, sem eru stöðugar við mismunandi rekstrarskilyrði.Þessi stöðugleiki er kraftmikill til að viðhalda stöðugum afköstum hringrásar og forðast vandamál eins og ofhitnun eða spennudropa.

Mynd 4: Viðnám

Viðnám, sem eru hentugir íhlutir til að stjórna spennu og straumi innan hringrásar, sýna venjulega ohmic hegðun.Þau eru hönnuð til að veita sérstakt magn af viðnám til að stjórna raforkuflæði og tryggja að hringrásir virki eins og til er ætlast.Í flestum forritum er fyrirsjáanleiki ohmic viðnám mjög æskilegur.Hins vegar eru aðstæður þar sem ekki er valinn viðnám, svo sem í bylgjuverndartækjum, þar sem viðnám þarf að breytast til að bregðast við mismunandi rafmagnsaðstæðum.Áreiðanleiki og fyrirsjáanlegt eðli ohmískra leiðara og íhluta mynda burðarás flestra raftækja.Geta þeirra til að viðhalda stöðugum afköstum við mismunandi aðstæður gerir þær nauðsynlegar í fjölmörgum forritum, allt frá einföldum raflögn til flókinna hringrásarhönnunar.

Mynd 5: Leiðarar sem ekki eru ohmic

Háþróuð forrit sem ekki eru Ohmic leiðarar í rafrænu

Leiðarar sem ekki eru Ohmískir einkennast af viðnám sem breytist með beittri spennu, sem gerir hegðun þeirra flóknari samanborið við ohmísk leiðara.Ólíkt Ohmic leiðara, þar sem straumur og spenna eru í beinu hlutfalli, fylgja ekki-ómískir leiðarar ekki lög Ohm.Til dæmis, í glóandi ljósaperu eykst viðnám þráðarinnar þegar hún hitnar og breytir núverandi rennsli.Þetta þýðir að ef spennan er tvöfölduð, þá tvöfaldast straumurinn ekki einfaldlega vegna þess að viðnám breytist með hitastigi og efniseiginleikum.

Mynd 6: hálfleiðari díóða

Hálfleiðari díóða býður upp á annað dæmi um hegðun sem ekki er Ohmic, þar sem straumur rennur aðallega í eina átt.SPENNISTAFNUN (V-I) sambandið fyrir díóða er mjög ólínulegt.Díóða mun ekki leyfa verulegum straumi að renna fyrr en beitt spenna fer yfir ákveðinn þröskuld, þekktur sem framspenna.Fyrir neðan þennan þröskuld er straumurinn mjög lítill.Aftur á móti, þegar spennu er beitt í öfugri átt, helst straumurinn í lágmarki þar til alvarleg sundurliðun er náð.Þessi einstaka hegðun er að gera upp við leiðréttingarferlið, þar sem skiptisstraumur (AC) er breytt í beina straum (DC).

Mynd 7: glóperur

Breytilegt viðnám og ólínuleg svörun íhluta eins og díóða og glóandi perur varpa ljósi á flókið samband milli spennu, viðnáms og straums hjá ekki Ohmic leiðara.Þessir eiginleikar eru notaðir fyrir fullkomnari rafræn forrit en koma einnig á áskoranir hvað varðar fyrirsjáanleika og hringrásarhönnun.Verkfræðingar verða að íhuga þessa þætti vandlega þegar þeir eru að samþætta hluti sem ekki eru Ohmic í rafræn kerfi til að tryggja rétta virkni og áreiðanleika.

Samanburðargreining á ohmískum og ekki ohmískum leiðara

Ohmic leiðarar eru auðveldlega greindir með einföldu, línulegu sambandi milli straums og spennu.Þegar það er samsæri á línurit myndar þetta samband beina línu, sem gefur til kynna að viðnám haldist stöðugt óháð spennu sem beitt er.Þessi stöðuga hegðun hefur ekki áhrif á breytingar á hitastigi eða öðrum rekstraraðstæðum.Efni eins og kopar, sem oft er notað í raflögn og venjulegir rafeindir íhlutir eins og viðnám, eru dæmi um ohmic leiðara.Stöðugt og fyrirsjáanleg rafmagnseinkenni þeirra eru heimtað til að tryggja áreiðanlega afköst hringrásar við ýmsar umhverfisaðstæður.

Leiðarar sem ekki eru Ohmic hegða sér á annan hátt og sýna ólínulegt samband milli spennu og straums.Í þessum efnum breytist viðnám með þáttum eins og hitastigi og rafmagnsálagi, sem leiðir til V-I ferils sem beygir eða ferlar frekar en að mynda beina línu.Þetta bendir til þess að viðnám sé ekki stöðugt en er mismunandi eftir rekstrarskilyrðum.Dæmi um leiðara sem ekki eru Ohmic eru hálfleiðandi tæki eins og díóða og smári, sem eru kraftmikil í nútíma rafeindatækni.Raflausnir sem notaðar eru í rafhlöðum og rafefnafrumum falla einnig í þennan flokk.Þessir þættir eru gagnlegir í forritum þar sem stjórnaðar breytingar á viðnám og straumstreymi eru æskilegar, svo sem í valdastjórnun og merkisvinnslu.

Mynd 8: Viðnám leiðara sem ekki er ohmic

Aðferðir til að meta ónæmi hjá leiðara sem ekki eru ohmic

Til að finna viðnám leiðara sem ekki eru Ohmic, þarftu að nota hallaaðferðina, sem reiknar út mismunadæmisviðnám á sérstökum punktum meðfram spennubreytingu (V-I) ferlinum.Þessi aðferð felur í sér að velja tvo punkta á ferlinum og reikna hlutfall breytinga á spennu (∆v) og breytingunni á straumi (∆v).Halli línunnar á milli þessara tveggja punkta gefur viðnám við þann tiltekna hluta ferilsins.

Ólíkt ohmískum leiðara, sem hafa stöðuga viðnám, sýna ekki-ómískir leiðarar viðnám sem er mismunandi eftir breytingum á spennu og straumi.Þetta gerir hallaaðferðina sem þarf vegna þess að hún veitir staðbundna mælingu á viðnám, sem endurspeglar hvernig leiðarinn hegðar sér á mismunandi rekstrarástandi.

Virkni mótspyrnu hjá ekki-ómískum leiðara

Virkni mótspyrnu í ekki Ohmic Leiðarar
Flóknar breytur í viðnám Útreikningur	Útreikningur viðnáms í ekki Ohmic Leiðarar fela í sér blöndu af þáttum eins og efniseiginleikum, hitastigi Sveiflur, styrkleiki rafsviðs og lyfjameðferð í hálfleiðara. Þessir þættir hafa samskipti við að móta mótstöðu leiðarans á þann hátt sem getur verið alveg flókinn.
Efniseiginleikar og mótspyrna	Samsetning leiðara leikur a Aðalhlutverk við að ákvarða mótstöðu þess.Í hálfleiðara, til dæmis Að bæta við mismunandi atómum (ferli sem kallast lyfjamisnotkun) breytir því hvernig rafeindir hreyfast í gegnum efnið.Þessar rafeindir rekast oft á frumeindir og Eðli þessara atóma - hvað þau eru og hvernig þeim er komið fyrir - hefur áhrif á vellíðan sem rafeindir geta flætt.Því erfiðara sem það er fyrir rafeindir Færa, því hærra sem viðnám er.
Hitastigáhrif	Hitastigsbreytingar hafa verulegan Áhrif á viðnám leiðara sem ekki eru Ohmic.Þegar hitastigið hækkar, frumeindirnar í leiðaranum titra ákafari og auka líkurnar á Rafeindir sem rekast á við þær.Þessi aukna árekstrarhlutfall leiðir til hærra Viðnám.Þessi hitastignæmi er ennfremur einkenni Leiðarar sem ekki eru ómakstur, sérstaklega í umhverfi þar sem hitastig sveiflast.
Rafmagnsstyrkur	Í hálfleiðara, styrkur Rafsvið getur einnig haft áhrif á viðnám.Sterkur rafsvið getur Búðu til fleiri hleðslufyrirtæki - rafeindir og göt - sem dregur úr viðnám. Þessi meginregla er sérstaklega mikilvæg í tækjum eins og varistors, sem Verndaðu viðkvæma rafeindatækni með því að beina umfram spennu meðan á krafti stendur Bylgir.
Lyfjamisnotkun og áhrif þess	Lyfjamisnotkun felur í sér að bæta óhreinindi við a Hálfleiðari til að breyta rafmagns eiginleikum þess.Með því að fjölga af hleðslufyrirtækjum lækkar lyfjamisnotkun venjulega viðnám.Getu til nákvæmlega stjórna lyfjamisstigum gerir kleift að fínstilla hegðun hálfleiðarar, tryggja að rafeindatæki skili best undir a Margvíslegar aðstæður.

Niðurstaða

Rannsóknir á ohmic og ekki ohmískum leiðara sýna fram á mikla tvísýni í ríki rafmagns leiðni.Ohmic leiðarar, með staðfastan og fyrirsjáanlegan eðli, halda áfram að renna stoðum undir stöðugleika og skilvirkni hefðbundinna rafrásir og tæki.Samræmd mótspyrna þeirra veitir hornstein fyrir grunnreglur um hringrásarhönnun og víðtækari áreiðanleika rafmagnsinnviða.Að sama skapi gegna ekki-ómískir leiðarar, með kraftmikla viðnámseinkenni þeirra, lykilhlutverk í framgangi rafrænnar tækni, sérstaklega í tækjum sem krefjast blæbrigðareftirlits á rafeiginleikum undir mismunandi rekstrarástandi.Hæfni til að mæla og vinna nákvæmlega við ónæmi þessara leiðara, sérstaklega með tækni eins og hallaaðferðinni, eykur getu okkar til að hanna hringrásir sem eru bæði nýstárlegar og aðlögunarhæfar að breyttum aðstæðum.

Þegar við náum lengra skilningi okkar á þessum efnum með ítarlegum greiningum og hagnýtum forritum, auðkennir aðgreiningin á milli ohmískrar og ekki óómískrar hegðunar ekki aðeins fræðilegan þekkingu okkar heldur leiðbeina einnig þróun flóknari og áreiðanlegri rafrænna kerfa.Þannig er rannsókn þessara leiðara ekki eingöngu akademísk heldur áleitin viðleitni í þróun rafrænnar verkfræði og tækni.

Algengar spurningar [FAQ]

1. Hvað eru 3 leiðarstjórar sem ekki eru ohmískir?

Hálfleiðarar: Efni eins og sílikon og germanium, fylgdu ekki lögum Ohm yfir fjölbreytt spennu og hitastig vegna einstaka hljómsveitar þeirra.

Díóða: Sérstaklega hannað til að leyfa straumnum aðeins að renna í eina átt og sýna mismunandi viðnám miðað við stefnu beittu spennunnar.

Transistors: Þessi tæki, sem notuð eru mikið í rafrásum, sýna mismunandi viðnám byggð á innspennu og merki, sem er ekki í samræmi við lög Ohm.

2. Hvað er dæmi um ohmískt tæki?

Málmvírviðnám: Viðnám úr málmum eins og kopar eða nichrome fylgir lögum Ohm mjög náið og sýnir línulegt samband milli spennu og straums við stöðugt hitastig.

3. Hver eru einkenni sem ekki er Ohmic leiðari?

Spennuháð viðnám: Viðnám breytist með beittu spennunni og viðheldur ekki stöðugu hlutfalli.

Stefnufíkn: Í tækjum eins og díóða getur viðnám verið breytilegt eftir stefnu beittra straums.

Hitastig næmi: Mörg efni sem ekki eru Ohmic sýna verulegar breytingar á viðnám með hitabreytingum.

4. Hver er munurinn á ekki Ohmic og Ohmic leiðara?

Viðnámshegðun: Ohmísk leiðarar hafa stöðugt viðnám yfir svið spennu og hitastigs, sem fylgir formúlunni V = IRV = IRV = IR.Leiðarar sem ekki eru Ohmic hafa ekki stöðugt mótstöðu og V-IV-IV-I samband þeirra er ekki línulegt.

Línuleiki: Ohmic leiðarar sýna línulegt samband milli straums og spennu.Leiðarar sem ekki eru ómakaðir sýna ólínulegt samband, þar sem söguþræði straums á móti spennuferlum eða beygjum.

5. Hver eru tvö dæmin um ónæmi sem ekki eru ómakstur?

Ljósdíóða (LED): Viðnám þeirra breytist með spennunni sem beitt er og gerir aðeins kleift að straumur fari yfir ákveðna þröskuldspennu.

Varistors (spennu háð viðnám): Íhlutir sem breyta viðnám þeirra með spennunni sem beitt er yfir þá, almennt notaðir til að vernda hringrásir gegn háspennu toppa.