【电路笔记】-快速了解无源器件

快速了解无源器件

无源器件是电子电路的主要构建模块，没有它们，这些电路要么根本无法工作，要么变得不稳定。

1、概述

那么什么是无源器件。 无源器件或组件不产生能量，但可以存储或耗散能量。 无源器件是电子产品中使用的主要元件，例如电阻器、电感器、电容器和变压器，构建任何电气或电子电路都需要这些元件。

顾名思义，无源器件是不需要任何形式的电力即可运行的电子元件，这与晶体管、运算放大器和集成电路等需要以某种方式供电才能工作的“有源器件”不同。

作为无源器件，无源器件不会为电路提供增益、放大或方向性，而是会提供衰减，因为它们的增益始终小于 1。 因此，无源器件不能产生、振荡或放大电信号。

无源器件可以单独使用，也可以在电路中以串联或并联的方式连接在一起，以控制复杂的电路或信号，对信号产生相移或提供某种形式的反馈，但它们不能乘以信号超过一，因为他们没有功率增益。

事实上，无源器件会消耗电气或电子电路内的功率，因为它们的作用类似于衰减器，这与生成或向电路提供功率的有源元件不同。

无源器件的元件值（例如以欧姆为单位的电阻或以法拉为单位的电容）始终为正值（即 >0），并且绝不会为负值，尽管某些元件可能具有负系数。

无源器件是双向组件，即它们可以在电路内以任意方式连接，除非它们具有特定的极性标记，例如电解电容器。 它们两端电压的极性由从正极到负极端子的常规电流决定。

在电路理论和电路分析中，无源器件通常称为电气元件，因此让我们简要介绍一下三种最常见的基本无源电气元件，即电阻、电容和电感。

2、电阻器作为无源器件

电阻器是一种无源元件，阻止电流流过它。 阻碍电流流动的量称为电阻器的电阻，用符号“R”表示。 电阻是衡量电子流经电路中特定路径的难易程度的指标，以欧姆为单位的值表示。

一欧姆是当一安培的电流流过两端电压为一伏的电阻器时产生的电阻值。 然后，电阻器的电阻可以根据电阻器两端的电压降和流过电阻器的电流来定义，如欧姆定律所示：

其中：R为电阻，V为电阻两端的电压，I为流过电阻的电流。 电阻器中的电压和电流之间的关系（称为 V-I 关系）在直流和交流电路中都是线性的。

电阻吸收的功率由下式表示：

理想的电阻器将耗散电能而不将其存储为电荷或磁能。

3、电感器作为无源器件

电感的符号为“L”，单位为亨利 (H)，是用于以电磁场形式存储能量的元素。 只要随时间变化的电流 i(t) 持续流过电感器，电磁能就会存储在线圈的匝内。

自感 L 是电感器的特性，它抵抗电流的任何变化，由比例常数定义，线圈中产生的电压与流过线圈的电流随时间的变化率成正比。

电感器是另一种无源器件，可以存储或传递能量，但不能产生能量。 理想的电感器是无损的，这意味着它可以无限期地存储能量，因为没有能量以热量的形式损失。 电感器为直流电流提供低阻抗路径，为交流电流提供高阻抗路径。

称为感抗的电感器的阻抗随频率而变化，在理想的电感器中，交流正弦波的电流滞后于电压 90°。

那么我们可以将电感L定义为电感器对电流变化的“抵抗力”，L值越大，电流变化率越低。 与电阻一样，电感始终为正值。

4、电容器作为无源器件

我们最后的无源器件是电容器。 与以磁性方式存储能量的电感器不同，电容器以静电方式将其能量存储为极板上的电荷。 电容器由两个或多个由介电材料分隔的导电板组成。

电容“C”是电容器的特性，它抵抗其两端电压的任何变化，由比例常数定义，因为流过电容器的电流与其两端电压相对于时间的变化率成正比。

平行板电容器的电容是其极板上存储的电荷量 Q 与其极板上的电压 V 的比率，以法拉为单位，符号 ©，即 $C=Q/V$。 电容器为交流信号提供低阻抗路径，但会阻止直流。

电容器的阻抗（称为容抗）随频率变化，在理想电容器中，交流正弦波电压滞后电流 90°。 与电阻一样，电容始终为正值。

5、总结

对于只有一个无源元件（电阻器、电感器或电容器）的简单电路，我们可以将其特征总结如下：

其中：$X_L$代表交流电路的感抗，$X_C$代表交流电路的容抗。