בתהליך הייצור מקובל לסמן על נגדים את ערך ההתנגדות של הנגד ואת אחוז הדיוק שלו על ידי פסי צבע. סימון זה מכונה גם "קוד נגדים". במעגלים פשוטים אחוז הדיוק הוא לרוב 20%, אך במערכות שבהן הדיוק חשוב ישולבו נגדים עם אחוז דיוק הקטן מ־1% של סטייה מערך ההתנגדות המצוין על הנגד. שני פסי הצבע הראשונים מסמנים את שתי הספרות הראשונות של מידת ההתנגדות. הצבע השלישי מסמן את מספר האפסים שיש להוסיף לשתי הספרות הראשונות והצבע הרביעי את אחוז הדיוק. סדרת הצבעים מתחילה מהמרווח הקטן יותר של תחילת הנגד. ישנם גם נגדים בעלי חמישה פסים, בהם שלושת הפסים הראשונים מסמנים את הספרות הראשונות, ואף נגדים בעלי שישה פסים בעלי פס חום סגולי (temperature coefficient), מידע החיוני במערכות מדויקות מסוימות מכיוון שההתנגדות של נגדים איננה יציבה, אלא משתנה עם הטמפרטורה. סדר הצבעים נקבע על פי ספקטרום הקשת בענן כדי שטעות בזיהוי צבע (למשל כתוצאה מעיוורון צבעים) תגרור שגיאה מינימלית בחישוב ערך ההתנגדות.
נגדים להשמה משטחית (SMT).
נגדים קבועים כאלה מופיעים בצורת מלבן נמוך, כאשר הממדים השכיחים ביותר קרובים למידת 2 × 1 מ"מ. מידות אמיתיות של נגדים אלה נקבעות בעשרות "מילים" ("מיל" הוא אלפית האינץ', כ־0.025 של מ"מ). מידות תקניות:
בחלק מנגדים אלה הסימון מופיע בהדפסת 3 או 4 ספרות על גבי הנגד. אריזת הנגדים מתבצעת בדרך כלל בגלילים, כאשר כל גליל מכיל 5,000 נגדים. הגלילים משמשים להרכבה במכונות הרכבה אוטומטיות. רכיבים אלה הם הרכיבים האלקטרוניים הזולים ביותר ומחיר גליל כזה יכול להגיע לכ־20 ש"ח.
קבל
קַבָּל (באנגלית: Capacitor) הוא רכיב חשמלי בעל יכולת לאגור מטען חשמלי ולפרוק אותו. קבל אידיאלי מוגדר על ידי תכונה בודדת - קיבול.
מאפייני הקבל.
ככלל, הקבל בנוי משני מוליכים (הקרויים "הדקי הקבל") המופרדים על ידי מַבְדֵּד. כאשר הקבל "טעון", על שני ההדקים שלו יש מטען השווה בגודלו והפוך בסימנו, כך שבין ההדקים נוצר שדה חשמלי. סך המטען על קבל הוא תמיד 0. תאורטית, כל זוג מוליכים (ואפילו מוליך יחיד) יכולים לתפקד כקבל, אך הסוגים הנפוצים ביותר הם קבל לוחות וקבל קואקסיאלי (לקמן).
קיבול.
התכונה המגדירה את הקבל נקראת "קיבול" (capacitance) והיא נמדדת ביחידות פאראד. הקיבול מוגדר כיחס בין המטען האגור לבין הפרש הפוטנציאלים על הקבל:
ויחידת המידה שלו, הפאראד, מוגדרת בהתאם על ידי היחס כקולון לוולט ביחידות MKS או ס"מ ביחידות cgs.
q בנוסחה לחישוב הקיבול פירושו המטען על אחד מהדקי הקבל (למעשה, על הדק אחד יש מטען q+, ועל השני יש מטען של q-) – שהם לוחות בקבל לוחות ומשטחים של תיל בקבל קואקסיאלי, ו-V הוא המתח בין הדקי הקבל.
השם קיבול מובן דרך ההצגה: : formula_2
,המשמעות היא שבהינתן מתח [V]כלשהו על הקבל, הקבל "יקבל" (יצבור) יותר מטען[q] ככל שהקיבול[C] גדול יותר.
פאראד היא יחידה גדולה מאוד - לשם המחשה, למוליך בגודל של כדור הארץ יהיה קיבול מסדר גודל של 0.7 מיליפאראד. לכן משתמשים לרוב ביחידות קטנות יותר דוגמת pF (פיקופאראד = formula_3) או μF (מיקרופאראד = formula_4). השגת קיבול גבוה היא אתגר המצריך לרוב הגדלה של נפח הקבל. הקיבול תלוי בפרמטרים הגאומטריים של הקבל, ובתכונות החומרים המרכיבים אותו, אך לא במטען שהקבל מכיל.
האנרגיה האגורה בקבל.
האנרגיה הדרושה על-מנת להעביר מטען dq מלוח אחד של הקבל (כל קבל שהוא) למשנהו שווה ל- formula_5, כאשר V הוא הפרש הפוטנציאלים שעל הקבל. V עצמו שווה למנת המטען והקיבול - q/C. לאחר אינטגרציה לפי dq נקבל, שסך האנרגיה האגורה בקבל היא formula_6, כאשר q הוא המטען שעל הקבל ו-C הוא הקיבול שלו. אם נציב formula_7 נקבל נוסחה נוספת לאנרגיה: formula_8.
קבל במעגל חשמלי.
זרם ישר לא יכול לזרום דרך קבל, אלא רק לטעון אותו. משום כך, משמשים קבלים בעיקר במעגלים של זרם חילופין. כמו כן משמשים קבלים במעגלי פריקה והארקה.
בחיבור טורי של קבלים, סך הקיבול ניתן על ידי הנוסחה:
formula_9
בחיבור מקבילי של קבלים, סך הקיבול שווה לסכום הקיבולים של הקבלים הנפרדים: formula_10
סוגי קבלים תאורטיים.
קבל כדורי.
הקבל הפשוט ביותר מבחינה חישובית הוא מעטפת כדורית מוליכה ברדיוס R שטעונה במטען כולל q. במקרה זה, הפוטנציאל על המוליך (ביחידות mks) הוא formula_11 ולכן הקיבול של קבל זה הוא (ביחידות :mks)
עם זאת, קבל כדורי אינו פשוט למימוש והוא משמש בעיקר כמודל תאורטי.
קבל לוחות.
הקבל הפשוט ביותר למימוש מורכב משני לוחות מוליכים מקבילים, שביניהם חומר מבודד.
אגירת המטען נעשית על ידי כך שעל שני לוחות הקבל נאספים מטענים - מטען חיובי q בלוח אחד ומטען שלילי q- בלוח שני. המטענים אינם יכולים לעבור מלוח אחד למשנהו משום שביניהם מפריד חומר מבודד. הפרש המטען הזה יוצר שדה חשמלי וכן מתח חשמלי V, הנמדד בין הדקי הקבל. קיבול של קבל לוחות הוא C=q/V.
נחשב את הקיבול של קבל לוחות תאורטי, ששני לוחותיו שווים בשטחם (A)וגדולים מאוד בהשוואה למרחק המפריד ביניהם (d). תהי צפיפות המטען על כל לוח formula_13. כיוון ששני הלוחות קרובים מאוד האחד לשני, הם מושכים אחד את המטענים של השני, כך שרובם מרוכז בצד אחד של הלוח, והמטען מפוזר על כל לוח כאילו היה לוח זה מבודד ולא מוליך. מחוק גאוס נובע, שהשדה החשמלי שמפעיל כל לוח שווה ל- formula_14 (ראו שדה חשמלי לפירוט). סך השדות של שני הלוחות הוא, אם כן, formula_15, וכיוון ששניהם (בקירוב טוב) מאונכים לשטחי הלוחות, גם השדה המאוחד מאונך להם. הפרש הפוטנציאלים בין שני הלוחות, כנובע מהנוסחה formula_16, הוא formula_17. סך המטען על כל לוח הוא formula_18. נציב את הנתונים האלה בהגדרת הקיבול ונקבל:
formula_19, כאשר
formula_20 הוא קבוע שערכו formula_21, ו-formula_22 הוא קבוע תלוי-חומר, הקרוי "מקדם הדיאלקטריות היחסי".
אפשר לראות כי הקיבול הוא גודל קבוע ואינו תלוי במטען או במתח, אלא רק בפן הגאומטרי (שטח הקבל והמרחק בין הלוחות) ובמקדם הדיאלקטרי של הריק, שהוא קבוע של הטבע. ברוב המקרים הדבר הוא כך, למעט כאשר חלקי הקבל יכולים לזוז.
קבל קואקסיאלי.
קבל קואקסיאלי מורכב משני תֵילים מקבילים, האחד בתוך השני, שעל אחד מהם מטען חיובי ועל האחר מטען שלילי - רדיוס התיל הפנימי a, רדיוס החיצוני - b. צפיפות המטענים על שני התילים היא formula_23. השדה בין התילים הוא למעשה רק השדה החשמלי שמייצר התיל הפנימי, כיוון שבתוך התיל החיצוני סך השדה הוא 0 (מה שקל מאוד להוכיח בעזרת חוק גאוס). שדה חשמלי של מוט במרחק r ממנו הוא, formula_24. נעשה לביטוי זה אינטגרציה כמקודם ונקבל, ש- formula_25. סך המטען על קטע מסוים של תיל אחד משני תֵילֵי הקבל הוא formula_26, כאשר l הוא אורך כלשהו. נציב את הנתונים הנ"ל בנוסחה למציאת קיבול ונמצא, ש- formula_27.
הקיבול של קבל קואקסיאלי במערכת היחידות cgs נתון על ידי formula_28.
אם יש לנו קבל קואקסיאלי עם חומר דיאלקטרי בין התילים המרכיבים אותו, אזי לצד מקדם הדיאלקטריות של הריק formula_29 יש להוסיף גם את מקדם הדיאלקטריות של החומר formula_30.
קבלים מעשיים.
החומר הדיאלקטרי בקבל.
חומר דיאלקטרי הוא מונח פיזיקלי לציון חומר מבודד ושקוף, במקרה בו חשוב המקדם הדיאלקטרי או מקדם השבירה של החומר. חומרים דיאלקטריים משמשים כחומר מילוי ברכיבים חשמליים שונים כגון קבלים, אנטנות, מעגלים מודפסים ועדשות אופטיות. דוגמאות לחומרים דיאלקטריים הנמצאים בשימוש הן: זכוכית, סוגי פולימרים (פלסטיק) שונים, פיברגלס, קרמיקות שונות.
החומר הדיאלקטרי נמצא בין לוחות הקבל והוא מגדיל את הקיבול שלו.
החומר הדיאלקטרי הוא אחד הגורמים הקובעים את קיבולו של קבל לוחות. והוא מאופיין ביכולת החומר המבודד לבצע התקטבות. כאשר שמים בין שני לוחות קבלים חומר מבדד הקיבול C גדול יותר בהשוואה לקיבול הקבל באוויר. גודל הקיבול של קבל לוחות נמצא ביחס ישר לשטח הלוחות ולמקדם הדיאלקטרי של החומר שביניהם וביחס הפוך למרחק ביניהם.
סוגי קבלים בשימוש - על פי החומר הדיאלקטרי.
ניתן למיין את הקבלים על פי סוג החומר הדיאלקטי שנמצא בהם:
מתח מקסימלי.
לקבל מעשי יש מגבלה על המתח שבו יכול החומר הדיאלקטרי שלו לעמוד לפני שהוא מוליך זרם. לכל החומרים המבודדים יש גבול עליון למתח המופעל בין שתי נקודות שלהם, הנקרא מתח קריסה (breakdown voltage). דוגמה טובה לכך היא אוויר. אויר הוא אכן מבודד, אבל בנסיבות מסוימות הוא יכול להזרים זרם. זה בדיוק מה שקורה בזמן מכת ברק. לאחר חריגה מעוצמת שדה הקריסה, האוויר מיונן (אלקטרונים נקרעים מגרעין האטום) והם מתחילים לנוע בהשפעת השדה החשמלי, ומייצרים זרם חשמלי. חשוב מאוד לא לחרוג מהמתח המרבי של קבל על מנת למנוע נזק או אפילו הרס מוחלט. החוזק הדיאלקטרי לאוויר הוא כ-3 מגה-וולט למטר. לשם השוואה, החוזק הדיאלקטרי עבור נציץ הוא בערך 120 MV/m. בחירת החומר הדיאלקטרי חשובה מאוד ביישומים מסוימים שבהם צפויים מתחים גבוהים, או כאשר העובי של החומר הדיאלקטרי קטן מאוד.
מעגל תמורה לקבל.
הקבל כרכיב "מן המדף" להשמה במעגל חשמלי אינו רק קבל אידיאלי. משמאל נתונה סכמה חשמלית של מעגל תמורה של קבל מעשי. בנוסף לקיבול C יש זרם זליגה דרך החומר הדיאלקטרי המיוצג על ידי הנגד המקבילי R-leakage. כמוכן, המבנה הפיזי של הקבל והמוליכים אל ומן הדקיו גורמים הן להשראות טורית והן להתנגדות טורית המיוצגות על ידי המשרן L-series והנגד R-series בהתאמה.