無源器件指南

無源器件是電子電路的主要構建模塊，沒有它們，這些電路要么根本無法工作，要么會變得不穩定。

那么什么是無源器件？無源器件或組件不產生能量，但可以存儲或耗散能量。無源器件是電子學中使用的主要組件，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行的電氣組件，這與“有源器件”如晶體管、運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，無源器件不會為電路提供增益、放大或方向性，而是提供衰減，因為它們的增益總是小于一（單位增益）。因此，無源器件不能生成、振蕩或放大電信號。

無源器件可以單獨使用或在電路中連接在一起，無論是串聯還是并聯組合，以控制復雜電路或信號，產生信號相移或提供某種形式的反饋，但它們不能將信號乘以大于一的倍數，因為它們沒有功率增益。

事實上，無源器件在電氣或電子電路中消耗功率，因為它們像衰減器一樣工作，而有源元件則生成或為電路提供功率。

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系數。

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記，如電解電容器。它們上的電壓極性由從正極到負極的常規電流流動決定。

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。阻礙電流流動的程度稱為電阻器的電阻，用符號“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。

一歐姆是當一安培電流通過兩端電壓為一伏特的電阻器時產生的電阻值。然后，電阻器的電阻可以根據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系稱為電阻器中的V-I關系，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

理想的電阻器會耗散電能而不將其存儲為電荷或磁能。

電感器作為無源器件

電感，符號為“L”，以亨利（H）為單位測量，是用于以電磁場形式存儲能量的元件。只要時變電流i(t)繼續通過電感器，電磁能量就會存儲在線圈的匝中。

自感L是電感器的一個屬性，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，該電壓與通過它的電流隨時間的變化率成正比。

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能量，因為沒有能量以熱的形式損失。電感器對直流電流呈現低阻抗路徑，對交流電流呈現高阻抗路徑。

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。與以磁方式存儲能量的電感器不同，電容器以靜電方式存儲能量，作為其板上的電荷。電容器由兩個或多個導電板組成，這些板由介電材料分隔。

電容“C”是電容器的一個屬性，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，該電流與其兩端電壓隨時間的變化率成正比。

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的電荷量Q與其兩端電壓V的比值，以法拉（C）為單位測量，即C=Q/V。電容器對交流信號呈現低阻抗路徑，但會阻擋直流。

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。

對于僅包含一個無源組件的簡單電路，無論是電阻器、電感器還是電容器，我們可以總結它們的特性如下：

無源電路元件

其中：XL表示交流電路中的感抗，XC表示容抗。