無源器件指南

無源器件是電子電路的主要構(gòu)建模塊，沒有它們，這些電路要么根本無法工作，要么會(huì)變得不穩(wěn)定。

那么什么是無源器件？無源器件或組件不產(chǎn)生能量，但可以存儲(chǔ)或耗散能量。無源器件是電子學(xué)中使用的主要組件，如電阻器、電感器、電容器和變壓器，這些組件是構(gòu)建任何電氣或電子電路所必需的。

顧名思義，無源組件是不需要任何形式的電力來運(yùn)行的電氣組件，這與“有源器件”如晶體管、運(yùn)算放大器和集成電路不同，這些有源器件需要以某種方式供電才能工作。

由于是無源的，無源器件不會(huì)為電路提供增益、放大或方向性，而是提供衰減，因?yàn)樗鼈兊脑鲆婵偸切∮谝唬▎挝辉鲆妫?。因此，無源器件不能生成、振蕩或放大電信號(hào)。

無源器件可以單獨(dú)使用或在電路中連接在一起，無論是串聯(lián)還是并聯(lián)組合，以控制復(fù)雜電路或信號(hào)，產(chǎn)生信號(hào)相移或提供某種形式的反饋，但它們不能將信號(hào)乘以大于一的倍數(shù)，因?yàn)樗鼈儧]有功率增益。

事實(shí)上，無源器件在電氣或電子電路中消耗功率，因?yàn)樗鼈兿袼p器一樣工作，而有源元件則生成或?yàn)殡娐诽峁┕β省?/p>

無源器件的組件值，如歐姆電阻或法拉電容，總是正值（即>0），盡管某些組件可能具有負(fù)系數(shù)。

無源器件是雙向組件，即它們可以在電路中以任何方向連接，除非它們有特定的極性標(biāo)記，如電解電容器。它們上的電壓極性由從正極到負(fù)極的常規(guī)電流流動(dòng)決定。

在電路理論和電路分析中，無源器件通常被稱為電氣元件，因此讓我們簡(jiǎn)要看一下三種最常見的無源電氣元件，即電阻、電容和電感。

電阻器作為無源器件

電阻器是一種無源組件，它阻礙電流通過。阻礙電流流動(dòng)的程度稱為電阻器的電阻，用符號(hào)“R”表示。電阻是衡量電子在電路中通過特定路徑的難易程度的量度，并以歐姆為單位表示。

一歐姆是當(dāng)一安培電流通過兩端電壓為一伏特的電阻器時(shí)產(chǎn)生的電阻值。然后，電阻器的電阻可以根據(jù)電阻器上的電壓降和通過電阻器的電流來定義，如歐姆定律所述：

電阻器

無源器件是電阻

其中：R是電阻，V是電阻器上的電壓，I是通過電阻器的電流。這種電壓和電流之間的關(guān)系稱為電阻器中的V-I關(guān)系，在直流和交流電路中都是線性的。

電阻器吸收的功率表示為：

電阻器中的功率

理想的電阻器會(huì)耗散電能而不將其存儲(chǔ)為電荷或磁能。

電感器作為無源器件

電感，符號(hào)為“L”，以亨利（H）為單位測(cè)量，是用于以電磁場(chǎng)形式存儲(chǔ)能量的元件。只要時(shí)變電流i(t)繼續(xù)通過電感器，電磁能量就會(huì)存儲(chǔ)在線圈的匝中。

自感L是電感器的一個(gè)屬性，它阻礙電流的任何變化，定義為與線圈中生成的電壓成正比的常數(shù)，該電壓與通過它的電流隨時(shí)間的變化率成正比。

電感器

無源器件是電感

電感器是另一種無源器件，可以存儲(chǔ)或傳遞能量但不能生成能量。理想的電感器是無損的，意味著它可以無限期地存儲(chǔ)能量，因?yàn)闆]有能量以熱的形式損失。電感器對(duì)直流電流呈現(xiàn)低阻抗路徑，對(duì)交流電流呈現(xiàn)高阻抗路徑。

電感器的阻抗稱為感抗，隨頻率變化，在理想電感器中，交流正弦波的電流滯后電壓90度。

然后我們可以將電感L定義為電感器對(duì)電流變化的“阻力”的度量，L值越大，電流變化率越低。與電阻一樣，電感始終為正值。

電容器作為無源器件

我們最后的無源器件是電容器。與以磁方式存儲(chǔ)能量的電感器不同，電容器以靜電方式存儲(chǔ)能量，作為其板上的電荷。電容器由兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電板組成，這些板由介電材料分隔。

電容“C”是電容器的一個(gè)屬性，它阻礙其兩端電壓的任何變化，定義為與通過它的電流成正比的常數(shù)，該電流與其兩端電壓隨時(shí)間的變化率成正比。

電容器

無源器件是電容

平行板電容器的電容是其板上存儲(chǔ)的電荷量Q與其兩端電壓V的比值，以法拉（C）為單位測(cè)量，即C=Q/V。電容器對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗路徑，但會(huì)阻擋直流。

電容器的阻抗稱為容抗，隨頻率變化，在理想電容器中，交流正弦波的電壓滯后電流90度。與電阻一樣，電容始終為正值。

對(duì)于僅包含一個(gè)無源組件的簡(jiǎn)單電路，無論是電阻器、電感器還是電容器，我們可以總結(jié)它們的特性如下：

無源電路元件

其中：XL表示交流電路中的感抗，XC表示容抗。