Saya bertanya-tanya perkembangan apa yang dilakukan pada komponen listrik saat ini.
Apakah produsen mencoba membuat komponen listrik yang mereka jual sedekat mungkin dengan model ideal? Jadi misalnya, apakah tujuan agar resistor tetapnya berperilaku sesuai dengan hukum Ohm untuk rentang nilai dan frekuensi tegangan terluas? Atau adakah manfaat untuk perilaku non-linear yang berbeda dari model ideal dalam beberapa kasus penggunaan?
Jawaban:
Seringkali, tetapi jauh dari selalu , tujuannya adalah untuk mereplikasi perilaku komponen yang ideal, setidaknya pada beberapa rentang frekuensi, tegangan, suhu, apa pun.
Namun, kadang-kadang, pabrikan sengaja menyimpang dari ideal karena tingkat tertentu dari perilaku "tidak ideal" diinginkan untuk aplikasi khas komponen. Pertimbangkan kapasitor bypass / decoupling. Jika Anda telah lama bekerja di bidang elektronik, Anda tahu perlunya kapasitansi antara daya dan arde rangkaian Anda.
Sebagai contoh, dari perspektif pabrikan, TDK memiliki lini kapasitor keramik ESR terkontrol yang ditujukan untuk catu daya bypass / decoupling. Meskipun kapasitor ideal memiliki resistansi seri nol, ESR kapasitor ini sengaja moderat. Memang, mereka sebenarnya menghabiskan lebih banyak uangpada setiap komponen untuk meningkatkan ESR, dan dengan demikian tutupnya bahkan lebih jauh dari yang seharusnya daripada tutup MLCC lainnya. Jika Anda pernah merancang atau menentukan kinerja sistem distribusi daya, Anda akan tahu bahwa ESR terlalu tinggi berarti tutup bypass Anda tidak efektif, tetapi ESR terlalu rendah dapat membuat resonansi di sistem tenaga Anda, meningkatkan riak tegangan. MLCC sering memiliki ESR rendah yang bermasalah, sehingga TDK mencoba membuat komponen yang memecahkan masalah ini.
Dari sudut pandang seorang insinyur yang menerapkan topi pintas, lebih baik untuk memilih yang kehilangan (mis. X5R, X7R dielektrik) daripada jenis C0G Q-tinggi: sistem daya Anda akan memiliki lebih sedikit riak. Jika Anda membuat filter RF, mungkin topi Q tinggi akan menjadi tradeoff yang lebih baik.
Jadi kadang-kadang komponen sengaja tidak ideal karena itulah yang terbaik untuk rangkaian aplikasi yang khas. Saya telah menemukan yang terbaik untuk memahami jenis perilaku tidak ideal yang diperagakan oleh komponen-komponen tertentu dan mencoba "mendesainnya" ke sirkuit.
Ya - tetapi dengan anggaran.
Misalnya, dalam kasus resistor, ada berbagai toleransi yang tersedia yang memberi tahu Anda seberapa besar nilai ohm sebenarnya mungkin berbeda dari nilai yang dinyatakan. Toleransi 5% dulu standar, hari ini 1% tidak jauh lebih mahal. Jika Anda ingin resistor toleransi 0,001% Anda harus membayar lebih. Hal serupa berlaku untuk koefisien suhu resistor.
Resistor memiliki koefisien resistansi suhu. Resistor kawat-luka memiliki induktansi. Komposisi resistor juga memiliki induktansi, tetapi lebih seperti sepotong kawat memiliki induktansi.
Kapasitor memiliki resistansi seri, kebocoran, dan sensitivitas suhu.
Induktor memiliki resistansi seri dan mungkin memiliki kapasitansi shunt dan magnetisasi non-linearitas yang signifikan.
Semua komponen pasif memiliki toleransi nilai. Semua dijual dalam berbagai tingkatan dan tipe dengan berbagai harga untuk menawarkan solusi perilaku tidak ideal untuk aplikasi yang membutuhkan sesuatu yang lebih baik.
Komponen dan perangkat aktif memiliki kekurangan serupa dengan banyak variasi produk dan metode desain yang digunakan untuk mengkompensasi.
Apakah produsen mencoba membuat komponen listrik yang mereka jual sedekat mungkin dengan model ideal ?
Tentu saja tidak. Melakukannya akan sangat membuang waktu, tenaga, dan uang. Mereka hanya membuat bagian-bagian yang cukup baik untuk melakukan pekerjaan yang dibutuhkan pelanggan mereka - lagi hanya akan menaikkan harga dan membuat produk mereka tidak kompetitif.
Ambil resistor sederhana misalnya. Apa karakteristik idealnya? Toleransi nol, nol kapasitansi dan induktansi, stabil dan linier hingga voltase tak terbatas, disipasi daya tak terbatas, penanganan arus tak terbatas, dll. Tetapi bahkan jika perangkat semacam itu dimungkinkan, akan terlalu spesifik untuk sebagian besar desain. Beberapa orang mungkin memerlukan resistor yang dapat menangani 1MW pada 500kV, yang lain mungkin hanya membutuhkan 1 / 4W pada 5V, tetapi tidak ada yang ingin membayar lebih dari yang seharusnya.
Dalam semua kasus, rangkaian ini (atau seharusnya) dirancang untuk bekerja dengan komponen - komponen praktis yang memiliki karakteristik tidak ideal - terkadang sangat banyak. Dan terkadang sirkuit itu sebenarnya dirancang untuk memanfaatkannya. Transistor tidak berfungsi seperti komponen 'ideal' - tetapi masih berguna. Transistor biasanya memiliki toleransi yang luas, dan semua memiliki karakteristik yang tidak diinginkan yang akan membuat menangis idealis. Sirkuit tipikal mungkin memiliki lusinan bagian lain yang tujuan utamanya adalah untuk mengkompensasi 'kelemahan' transistor. Tapi itu masih lebih murah daripada mencoba membuat komponen yang lebih 'ideal'.
Alasan utama menginginkan komponen 'ideal' adalah untuk membuat desain sirkuit lebih mudah. Namun dalam praktiknya mereka tidak harus sempurna, cukup baik bahwa rangkaian berfungsi sebagaimana dimaksud. Op amp sering digunakan di sirkuit yang dapat bekerja lebih baik dengan komponen diskrit, tetapi akan lebih sulit untuk dirancang. Banyak produk menggunakan komponen 'standar industri' yang lebih lama hanya karena para desainer lebih mengenalnya, dan pabrikan terus menghasilkan jutaan, meskipun digantikan oleh komponen yang lebih modern dengan karakteristik yang lebih baik.
Jika ada alasan mengapa seseorang menginginkan versi yang lebih ideal dari sesuatu dan mungkin untuk memperbaiki desain yang ada. Sekalipun barang baru itu akan benar-benar mahal, asalkan ada cukup permintaan untuk itu, maka tentu saja itu akan dibuat.
Meskipun banyak desain dan peningkatan baru didasarkan pada hal-hal yang lebih kecil, lebih hemat energi, dll sambil mempertahankan tingkat idealitas saat ini.
Ada juga masalah yang banyak komponen memiliki beberapa karakteristik dan apa yang Anda pikir lebih 'ideal' dalam aplikasi Anda bisa kurang begitu untuk aplikasi lain.
Kemudian Anda memiliki komponen yang tidak dirancang dengan penggunaan dalam pikiran, tetapi ternyata baik untuk digunakan. Dan tentu saja orang menggunakan kekurangan dalam hal-hal sebagai fitur untuk melakukan apa pun yang gila yang mereka impikan.
Jadi itu mulai menjadi buram seperti apa versi ideal dari sesuatu yang sebenarnya. Kami juga tidak dapat menghasilkan salinan persis hal, selalu ada sejumlah variasi. Jadi harus selalu ada tingkat toleransi.
Saya pikir contoh paling jelas dari hal-hal yang membuat tetap lebih baik adalah konversi daya dan motor listrik. Di mana input Anda terhadap rasio output telah meningkat banyak selama bertahun-tahun dan juga konsumsi daya, kami terus mendapatkan hal-hal yang membutuhkan daya yang semakin sedikit untuk melakukan hal yang sama.
Tentu saja mereka lakukan .... Sebagian besar waktu. Produsen terkemuka akan selalu ingin memberikan yang terbaik yang mereka bisa. Namun, beberapa hal tidak dapat dicapai. Ambil op-amp misalnya, tidak ada cara Anda bisa mendapatkan gain loop terbuka tanpa batas misalnya. Juga tidak mungkin memiliki impedansi input tak terbatas atau impedansi keluaran nol. Tetapi produsen akan mencoba dan sedekat mungkin.
Resistor tetap akan selalu berperilaku sesuai dengan Hukum Ohm. Semua pabrikan bisa melakukannya sedekat mungkin dengan resistensi yang ditentukan. Itu sebabnya mereka memiliki toleransi.
Mencoba membuat komponen yang ideal, atau komponen presisi ekstrim membutuhkan biaya, sehingga akan selalu ada pertukaran yang berarti tidak ada yang akan menjadi ide.
Singkatnya, produsen terkemuka akan melakukan yang terbaik untuk mencoba dan memberikan produk terbaik yang mereka bisa, sesuai anggaran yang diperbolehkan. Semakin baik spesifikasinya, semakin mahal produk yang dibuat, dan kemudian semakin mahal untuk membeli.
Pertimbangkan opamp "Ideal": gain-bandwidth besar, arus drive keluaran sangat besar == transistor keluaran besar, nol arus siaga, nol waktu penyelesaian, stabil untuk semua keuntungan dB dan -dB positif, biaya nol == daerah mati nol.
Perhatikan adanya konflik dalam "idealitas" ini?
Dengan demikian tidak ada satu pun opamp "ideal".