Eu queria saber o que os desenvolvimentos são feitos em componentes elétricos hoje.
Os fabricantes tentam tornar os componentes elétricos que vendem o mais próximo possível do modelo ideal? Então, por exemplo, o objetivo de seus resistores fixos se comportarem de acordo com a lei de Ohm para a mais ampla faixa de valores e frequências de tensão? Ou existem benefícios para o comportamento não linear que difere do modelo ideal em alguns casos de uso?
Respostas:
Freqüentemente, mas longe de sempre , o objetivo é replicar o comportamento de um componente ideal, pelo menos em alguma faixa de frequência, tensão, temperatura, qualquer que seja.
Às vezes, no entanto, os fabricantes se afastam intencionalmente do ideal porque um certo grau de comportamento "não ideal" é desejável para a aplicação típica de um componente. Considere desviar / desacoplar capacitores. Se você trabalhou por muito tempo em eletrônica, sabe da necessidade de capacitância entre a potência e o terra do seu circuito.
Por exemplo, da perspectiva do fabricante, a TDK possui uma linha de capacitores cerâmicos de ESR controlado, destinados a ignorar / desacoplar a fonte de alimentação. Embora um capacitor ideal tenha zero resistência em série equivalente, a ESR desses capacitores é intencionalmente moderada. Na verdade, eles gastaram mais dinheiroem cada componente, a fim de elevar a VHS e, portanto, a tampa está ainda mais longe do suposto ideal do que as outras tampas da MLCC. Se você já projetou ou especificou o desempenho de um sistema de distribuição de energia, saberá que ESR muito alto significa que seus limites de desvio não são eficazes, mas um ESR muito baixo pode criar ressonâncias em seu sistema de energia, aumentando a ondulação de tensão. Os MLCCs geralmente têm problemas de ESR baixo, portanto a TDK está tentando criar componentes que resolvam esse problema.
Da perspectiva de um engenheiro que aplica tampas de derivação, é melhor escolher as com perdas (por exemplo, dielétricos X5R, X7R) do que os tipos com alto Q de C0G: seu sistema de energia terá menos ondulações. Você estava criando um filtro de RF, talvez o limite máximo de Q fosse uma troca melhor.
Às vezes, os componentes são intencionalmente não ideais, porque é o melhor para o circuito de aplicação típico. Eu achei melhor entender os tipos de comportamento não ideal exibidos por componentes específicos e tentar "projetá-lo" no circuito.
Sim - mas com um orçamento.
Por exemplo, no caso de resistores, existem várias tolerâncias disponíveis que indicam quanto o valor real do ohm pode diferir do valor indicado. Tolerância de 5% costumava ser padrão, hoje em dia 1% não é significativamente mais caro. Se você deseja um resistor de tolerância de 0,001%, terá que pagar mais. Coisas semelhantes se aplicam ao coeficiente de temperatura dos resistores.
Os resistores têm um coeficiente de temperatura de resistência. Resistores de fio enrolado têm indutância. Os resistores de composição também têm indutância, mas mais como qualquer pedaço de fio tem indutância.
Os capacitores possuem resistência em série, vazamento e sensibilidade à temperatura.
Os indutores possuem resistência em série e podem ter capacidade de derivação significativa e não linearidade de magnetização.
Todos os componentes passivos têm uma tolerância de valor. Todos são vendidos em várias classes e tipos a vários preços para oferecer soluções para um comportamento não ideal para aplicativos que exigem algo melhor.
Os componentes e dispositivos ativos têm deficiências semelhantes com muitas variações de produtos e métodos de design usados para compensar.
Os fabricantes de tentar fazer com que os componentes elétricos que vendem o mais próximo do modelo ideal quanto possível ?
Claro que não. Fazer isso seria um enorme desperdício de tempo, esforço e dinheiro. Eles fabricam apenas peças que são boas o suficiente para fazer o trabalho que seus clientes precisam - apenas aumentariam o preço e tornariam seus produtos pouco competitivos.
Pegue um resistor simples, por exemplo. Quais são as suas características ideais? Tolerância zero, capacitância e indutância zero, tensão estável e linear a infinita, dissipação infinita de potência, manipulação infinita de corrente etc. Algumas pessoas podem precisar de um resistor que possa suportar 1MW a 500kV, outras podem precisar apenas de 1 / 4W a 5V, mas ninguém quer pagar mais do que precisa.
Em todos os casos, o circuito é (ou deveria ser) projetado para funcionar com componentes práticos que possuem características não ideais - às vezes muito. E às vezes o circuito é realmente projetado para tirar proveito dele. Um transistor não funciona como qualquer componente 'ideal' - mas ainda é útil. Os transistores geralmente têm amplas tolerâncias e todos têm características indesejadas que causariam um choro idealista. Um circuito típico pode ter dezenas de outras partes cujo único objetivo é compensar as 'falhas' do transistor. Mas isso ainda é mais barato do que tentar criar um componente mais 'ideal'.
A principal razão para querer componentes 'ideais' é facilitar o projeto do circuito. No entanto, na prática, eles não precisam ser perfeitos, apenas bons o suficiente para que o circuito funcione como pretendido. Os amplificadores operacionais são freqüentemente usados em circuitos que poderiam funcionar melhor com componentes discretos, mas seriam mais difíceis de projetar. Muitos produtos usam peças mais antigas 'padrão da indústria' simplesmente porque os designers estão mais familiarizados com elas, e os fabricantes continuam produzindo-as aos milhões, apesar de serem substituídas por peças mais modernas com melhores características.
Se existe uma razão para alguém querer uma versão mais ideal de algo e é possível melhorar o design existente. Mesmo que o novo seja realmente caro, desde que exista demanda suficiente, é claro que será feito.
Embora muitos novos projetos e melhorias sejam baseados em tornar as coisas menores, mais eficientes em termos de energia etc., mantendo os níveis atuais de idealidade.
Também existe o problema de muitos componentes terem múltiplas características e o que você acha mais 'ideal' em seu aplicativo, menos para outros aplicativos.
Então você tem componentes que não foram projetados com um uso em mente, mas acabaram sendo bons para alguns usos. E é claro que as pessoas usam as falhas nas coisas como um recurso para fazer o absurdo absurdo que inventaram.
Então começa a ficar embaçado quanto à versão ideal de algo. Também não podemos produzir cópias exatas das coisas, sempre há alguma variação. Portanto, sempre deve haver algum nível de tolerância.
Eu acho que os exemplos mais óbvios de coisas que se mantêm melhores são a conversão de energia e os motores elétricos. Onde as taxas de entrada / saída melhoraram muito ao longo dos anos e também o consumo de energia, continuamos recebendo coisas que exigem cada vez menos energia para fazer a mesma coisa.
Claro que sim .... Na maioria das vezes. Fabricantes respeitáveis sempre desejam oferecer o melhor que podem. No entanto, algumas coisas simplesmente não podem ser alcançadas. Por exemplo, amplificadores operacionais, não há como obter um ganho infinito de loop aberto, por exemplo. Também é impossível ter impedância de entrada infinita ou impedância de saída zero. Mas os fabricantes tentarão chegar o mais perto possível.
Resistores fixos sempre se comportam de acordo com a Lei de Ohms. Todos os fabricantes podem fazê-lo o mais próximo possível da resistência especificada. É por isso que eles têm tolerâncias.
Tentar criar componentes ideais ou componentes de extrema precisão custa dinheiro, portanto sempre haverá algumas compensações que significam que nada jamais será idéia.
Em resumo, um fabricante respeitável fará o possível para oferecer o melhor produto possível, dentro de um orçamento permitido. Quanto melhores as especificações, mais caro será o produto e, em seguida, mais caro será o custo de compra.
Considere o opamp "Ideal": largura de banda de ganho enorme, corrente de acionamento de saída enorme == transistores de saída enormes, corrente de espera zero, tempo de assentamento zero, estável para todos os ganhos positivos em dB e -dB, custo zero == área de matriz zero.
Notou algum conflito nessas "idealidades"?
Portanto, não existe um único opamp "ideal".