- 發布於 2024年4月10日
- 最後修改 2024年4月10日
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電子元件的兩大核心：被動元件與主動元件的差異
本文深入探討了被動元件和主動元件的差異，以及它們在電子產品中的應用。
在電子世界的運行中，形形色色的電子元件扮演著重要角色，就好比蓋房子需要各種建材一樣，缺一不可。而這些元件可以大致分為兩大類：被動元件和主動元件。本文將帶領大家探索這兩種元件的基本概念、差異，以及它們在電子產品中的應用。
什麼是電子元件？
電子元件是指能夠控制電流或電壓的元件，是構成電子電路的基礎。電子元件的種類繁多，按其功能可分為主動元件和被動元件兩大類。
被動元件
被動元件（Passive Component）又稱無源元件、無源器件，就好比舞台上的配角，雖然不那麼引人注目，卻在幕後默默發揮著不可或缺的作用。它們在電路中沒有增益的功能，也就是說不會放大信號的强度，同時不具有產生能量的特性，而是消耗電路中的能量。常見的被動元件包括電阻器、電容器、電感器，這三者合稱為三大被動元件。 被動元件的特性如下：
- 消耗能量：被動元件在電路中會消耗電能，但不會產生能量。
- 無增益：被動元件無法放大電流或電壓的信號。
- 無方向性：電流可以自由通過被動元件，沒有方向限制。
被動元件在電子產品中扮演著不可或缺的角色，應用範圍極為廣泛，主要包括以下幾個方面：
- 電源供應：被動元件可用於電壓調節、濾波、限流等。
- 信號處理：被動元件可用於放大、濾波、耦合、阻隔等。
- 電路保護：被動元件可用於過壓保護、過流保護、浪湧保護等。
主動元件
與被動元件相比，主動元件（Active Component）則像是舞台上的主角，能夠擔綱重任。它們具備增益的功能，可以放大電流或電壓的信號，同時能夠產生能量。生活中常見的主動元件包括電晶體和積體電路(IC)。比如，放大器、振盪器等功能都需要主動元件的參與才能實現。
主動元件的特性如下：
- 產生能量：主動元件能夠產生能量，為電路提供動力。
- 有增益：主動元件可以放大電流或電壓的信號。
- 有方向性：電流通過主動元件往往具有方向限制。
主動元件在電子產品中扮演著核心角色，是各種電子設備的基礎。其應用範圍涵蓋了電子產品的各個方面，例如：
- 計算機：CPU、GPU、記憶體等核心元件都是主動元件。
- 通訊設備：手機、無線電等通訊設備中大量使用主動元件。
- 家電：電視、冰箱、空調等家電中也少不了主動元件。
主動元件與被動元件的差異
綜合來看，被動元件和主動元件的主要區別在於以下幾方面：
- 能量:被動元件消耗電路中的能量，而主動元件可以產生能量。
- 增益:被動元件沒有增益功能，而主動元件具有增益功能。
- 方向性:被動元件沒有方向性，電流可以自由通過；而主動元件往往具有方向性，比如二極體只允许電流單向流動。
特性 | 主動元件 | 被動元件 |
|---|---|---|
能量 | 產生 | 消耗 |
增益 | 有 | 無 |
方向性 | 有 | 無 |
常見元件 | 電晶體、積體電路 | 電阻器、電容器、電感器 |
了解了被動元件和主動元件的基本概念及差異後，我們接下來將深入探討被動元件在電子產品中的應用以及不同類型的被動元件在電路中扮演的角色。
被動元件與主動元件的用途
被動元件和主動元件是構成電子電路的兩大核心，它們相互配合，共同實現各種電子設備的功能。
主動元件能夠自行進行運算且擁有單獨功能，例如系統晶片（SoC）、電源管理晶片（PMU）等。它們是電子設備的核心部件，負責執行各種計算和控制功能。
被動元件則沒有特別的功能，主要用於輔助和保護主動元件，常見的被動元件包括電阻、電容、電感等。
被動元件的主要用途如下：
- 調整電流和電壓：電阻可以用來調整電流和電壓的大小，保護主動元件免受過流或過壓損壞。
- 儲存電能：電容可以用來儲存電能，為主動元件提供穩定的電源。
- 濾波：電感和電容可以用來濾除電路中的雜訊，提高信號的質量。
舉例來說，在電腦主板上，CPU和GPU等主動元件負責執行各種計算和圖形處理功能，而電阻、電容、電感等被動元件則用於為它們提供穩定的電源、調整電壓和電流、濾除電路中的雜訊等。
從裸板到成品
PCB板本身為覆蓋銅箔的基板，其上暫未實裝任何電子元件。製造商會根據特定應用需求，將設計好的電氣連接圖(Gerber)提供給專業的PCB製造商進行多層疊加的電路印刷。此過程需滿足極高的精度要求，任何細微的偏差都可能導致電路板功能失常甚至出現短路現象。
當可用的PCB板完成生產後，便可進行關鍵的SMT表面黏著技術工序。目前，SMT製程已實現高度自動化。工作人員主要負責按照物料清單(BOM)將對應的元件放置於相應的放置機中，並將PCB板送入SMT生產線。接下來，一系列關鍵步驟將依次展開：
- 錫膏塗覆：在PCB板上均勻塗覆一層錫膏，後續元件的連接正是依靠錫膏的黏合作用實現。
- 元件放置：放置機按照預先設定的程序，將元件精準地放置於PCB板上的指定位置。
- 回焊：PCB板需經過回焊爐的加熱處理，爐溫需高於錫膏的熔點，但同時要確保不會損壞元件的功能。熔融後的錫膏將牢固地連接元件的焊腳與PCB板上的焊盤，形成電氣通路。
- X光檢測：最後，PCB板將通過X光機進行檢測，以識別是否存在空焊(元件未焊牢)或錫膏過量導致的短路現象。
通過上述一系列步驟，原本的PCB板便成功蛻變為功能完備的PCBA (Printed Circuit Board Assembly)，即我們所熟知的各類電子產品模塊，例如主板、內存條等。
總結
各類電子元件的協同作用成就了電子產品的誕生，而PCB板的製造和SMT工序則是將這些元件整合在一起的關鍵環節。深入理解被動元件和主動元件的特性、用途以及它們在電路板上的放置過程，有助於我們更透徹地掌握電子產品的運作原理。
