无源器件指南

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，要么会变得不稳定。

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。无源器件是电子学中使用的主要组件，如电阻器、电感器、电容器和变压器，这些组件是构建任何电气或电子电路所必需的。

顾名思义，无源组件是不需要任何形式的电力来运行的电气组件，这与“有源器件”如晶体管、运算放大器和集成电路不同，这些有源器件需要以某种方式供电才能工作。

由于是无源的，无源器件不会为电路提供增益、放大或方向性，而是提供衰减，因为它们的增益总是小于一（单位增益）。因此，无源器件不能生成、振荡或放大电信号。

无源器件可以单独使用或在电路中连接在一起，无论是串联还是并联组合，以控制复杂电路或信号，产生信号相移或提供某种形式的反馈，但它们不能将信号乘以大于一的倍数，因为它们没有功率增益。

事实上，无源器件在电气或电子电路中消耗功率，因为它们像衰减器一样工作，而有源元件则生成或为电路提供功率。

无源器件的组件值，如欧姆电阻或法拉电容，总是正值（即>0），尽管某些组件可能具有负系数。

无源器件是双向组件，即它们可以在电路中以任何方向连接，除非它们有特定的极性标记，如电解电容器。它们上的电压极性由从正极到负极的常规电流流动决定。

在电路理论和电路分析中，无源器件通常被称为电气元件，因此让我们简要看一下三种最常见的无源电气元件，即电阻、电容和电感。

电阻器作为无源器件

电阻器是一种无源组件，它阻碍电流通过。阻碍电流流动的程度称为电阻器的电阻，用符号“R”表示。电阻是衡量电子在电路中通过特定路径的难易程度的量度，并以欧姆为单位表示。

一欧姆是当一安培电流通过两端电压为一伏特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上的电压降和通过电阻器的电流来定义，如欧姆定律所述：

电阻器

无源器件是电阻

其中：R是电阻，V是电阻器上的电压，I是通过电阻器的电流。这种电压和电流之间的关系称为电阻器中的V-I关系，在直流和交流电路中都是线性的。

电阻器吸收的功率表示为：

电阻器中的功率

理想的电阻器会耗散电能而不将其存储为电荷或磁能。

电感器作为无源器件

电感，符号为“L”，以亨利（H）为单位测量，是用于以电磁场形式存储能量的元件。只要时变电流i(t)继续通过电感器，电磁能量就会存储在线圈的匝中。

自感L是电感器的一个属性，它阻碍电流的任何变化，定义为与线圈中生成的电压成正比的常数，该电压与通过它的电流随时间的变化率成正比。

电感器

无源器件是电感

电感器是另一种无源器件，可以存储或传递能量但不能生成能量。理想的电感器是无损的，意味着它可以无限期地存储能量，因为没有能量以热的形式损失。电感器对直流电流呈现低阻抗路径，对交流电流呈现高阻抗路径。

电感器的阻抗称为感抗，随频率变化，在理想电感器中，交流正弦波的电流滞后电压90度。

然后我们可以将电感L定义为电感器对电流变化的“阻力”的度量，L值越大，电流变化率越低。与电阻一样，电感始终为正值。

电容器作为无源器件

我们最后的无源器件是电容器。与以磁方式存储能量的电感器不同，电容器以静电方式存储能量，作为其板上的电荷。电容器由两个或多个导电板组成，这些板由介电材料分隔。

电容“C”是电容器的一个属性，它阻碍其两端电压的任何变化，定义为与通过它的电流成正比的常数，该电流与其两端电压随时间的变化率成正比。

电容器

无源器件是电容

平行板电容器的电容是其板上存储的电荷量Q与其两端电压V的比值，以法拉（C）为单位测量，即C=Q/V。电容器对交流信号呈现低阻抗路径，但会阻挡直流。

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

对于仅包含一个无源组件的简单电路，无论是电阻器、电感器还是电容器，我们可以总结它们的特性如下：

无源电路元件

其中：XL表示交流电路中的感抗，XC表示容抗。