被动元件：电阻器、电感器和电容器如何在电路中发挥作用?

在电路中使用三种类型的被动元件：电阻器、电感器和电容器。被动元件意味着这些元件在电压或电流波动时，其行为变化较小。其他元件被称为有源元件，对电压和电流的反应是非线性的。二极管、晶体管和热电子阀是有源元件的例子。电阻器、电感器和电容器根据用途有不同的样式和类型。

电阻器

电阻器阻碍电流的流动，更具体地说，阻碍电流的流动。在此过程中，电阻器会导致电压下降并散发热量。如果产生的热量足够多，电阻器会发出白炽光。电阻器的主要用途包括：

·限制电流流动

·产生电压降(PD)

·产生热量

·产生光

电阻器由一定长度的导体组成，有时会缠绕成线圈或排成网格，以便散热。在电子学中，电阻器的功率可以小到1/8瓦，尺寸仅为2毫米乘1.5毫米。微电子学中甚至有更小的电阻器，而较大的电阻器可以根据制造商的要求变得更大。

电阻器是从电力中产生热量的最常见方法，几乎你能想到的每一个电热源都是基于电阻器的。电烤箱、烤炉、炉灶、取暖器、热水系统，甚至浴室的热灯都是基于电阻器的原理。

高功率电阻器在电力生成、分配、高压系统和控制系统等多个领域都有应用。接地电阻器在工业电力系统中起到接地的作用，允许控制故障电流以保护设备。动态制动电阻器专为高热和高功率场景设计，在物料搬运设备、电梯、扶梯、起重机、电源逆变器和工业驱动中至关重要。负载银行在测试不间断电源、发电机和备用发电系统时发挥重要作用，应用虚拟负载以评估电源性能。

电气照明正在经历一场革命，白炽灯正被弧光灯和发光二极管取代。基于托马斯·爱迪生的白炽灯的电气照明，其大部分能量以热量而非光的形式损失，使其在今天的节能需求下显得效率太低。

电阻器在电子学和某些电气应用中调节电流流动。操作者有时可以更改某些设置，例如放大器中的音量和音调。在这种情况下，一个可调的“变阻器”或“电位器”通常安装在前面板上，通过旋转的旋钮来调节电阻值。

电感器

电感器是一种展示感应特性的元件，这意味着它在导体周围的空间中产生电磁场。电磁场是储存的能量，电感器可以稍后将其以电流的形式释放。每个导体同时也是一个电感器，尽管通常磁效应较弱。因此，电感器也是一种电磁铁。

通常，电感器是由线圈构成，有时缠绕在铁等磁性材料的核心上。

当电流增加时，电感器以电磁场的形式储存电流，并在电流减少时将其释放。因此，电感器通常用于平滑电流值，这称为“过滤”，在这种情况下，电感器称为“扼流圈”。

单独的电感线圈称为“螺线管”。如果螺线管中有一个可移动的磁芯，称为“铅锤”，给螺线管通电将拉动铅锤进入磁场的中心。这是最著名的电磁效应，通常用于提供机械力。

螺线管可以磁性吸引铁心以操作一组触点。这些触点可以用于操作另一个电路，从而控制更大的电流。螺线管开关也可以操作一系列电路，每个电路都有自己的螺线管开关。这种电路曾用于电报通信以转发消息，因此螺线管开关成为继电器或继电器开关。

当电流流过电感器时，会生成通过其他线圈部分的磁场，导致线圈内的电压。这种感应电压会抵消原始电流流动。只有在场与绕组之间存在相对运动时，这种情况才会发生，因此仅在首次施加或移除电流时短暂发生。

当电流持续变化时，例如在交流电流中，磁场会不断变化，任何附近的线圈都会发电。这被称为变压器效应或互感。

将导体穿过磁场，或将磁场经过导体，也会在导体中产生电压。这一效应被应用于发电机和交流发电机。

变压器用于将电压从一个水平转换到另一个水平。它通过将电能转化为磁能，再将磁能转化为不同绕组数目的电能，生成适合需求的电压，例如，电池充电器可以将主电源的230伏转换为大约12伏的电池电压。

为高电流设计的电感器通常具有由绝缘导线构成的单绕组，能够有效地储存能量并调节电流流动。这种设计确保了即使在电流变化时，也能始终如一地向设备提供可靠的电流。

这些高电流电感器在各种应用中至关重要，例如太阳能逆变器、HVAC逆变器和服务器电源。此外，双向、串联和光伏逆变器通常依赖高功率电感器。它们在这些应用中的重要性在于能够提升整体性能，通过以下方式实现：

·过滤低电流波动

·散热

·储存能量

·提高效率

电容器

电容器是储存电荷的设备。虽然电感器以磁场的形式储存电流，电容器则以静电场的形式储存电压。

电容器根据制造商和用途有多种尺寸和形状。电容器由两个导电表面构成，中间隔着绝缘体，以便在这两个表面之间储存静电场。

因此，电容器是一种在电压高时储存电能并在电压低时释放电能的设备。电容器通常用于电源中，以消除高电压冲击并在整流后平滑电压。电容器还用于单相电动机中，以帮助其启动并达到全扭矩。虽然电感器在电路中常见，但电容器在电子电路中更为常见。

电容器通常根据其电容值和最大电压额定值进行评级。标准的电容单位是法拉(F)。常见的汽车电容器通常以微法拉(µF)为单位，等于一百万分之一法拉。这个值可能会在电容器上标明。常见电容器是由陶瓷、塑料或电解材料制成的。

在实际应用中，电容器使用薄金属片(通常是铝)作为电极。电极之间的高电阻材料可以是蜡纸、油浸纸或化学电解质。在空调和制冷服务中，两种常见的电容器类型是油浸电容器和电解电容器。

油浸电容器通过与交流电动机的启动绕组串联使用来提高电动机的扭矩。当应用需要电容器持续在线路时，它们也会被使用。另一方面，电解电容器在高功率交流电动机的启动电路中找到应用，以便在小空间内提供高电容。这些电容器通常用于间歇性使用。

电容器，单独或与电阻器结合，可以形成RC(电阻-电容)网络。这些网络在过滤、直流阻断、解耦和耦合相移电路中有应用。

被动元件的要点

深入理解被动元件对从事电子学的工程师至关重要。凭借其电阻值，电阻器控制电流流动，将其限制在电路所需的特定水平。当电流通过时，电感器会产生磁场，导致自感反对电流流动的变化，使其能够在能量储存和过滤应用中发挥作用。

另一方面，电容器以电场的形式在其电极之间储存电能，便于在电子系统中实现能量储存、过滤和耦合等功能。理解这些被动元件的威廉希尔官方网站 细微差别使工程师能够根据需求优化设计选择，以实现最佳性能、效率和可靠性，适用于众多电子应用。