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交流电路中的无源元件
接线图
2024年01月28日 08:56 262
admin
电气和电子电路包括将许多不同的组件连接在一起以形成完整的闭合电路。任何电路中使用的三个主要无源元件是：电阻器、电容器和电感器。所有这三种无源元件都有一个共同点，即它们以截然不同的方式限制电流通过电路。
电流可以以两种方式之一流过电路。如果它仅以一个稳定的方向流动，则它被归类为直流电 (DC)。如果电流在两个方向上来回交替，则它被归类为交流电 (AC)。尽管它们在电路中呈现阻抗，但交流电路中的无源元件的行为与直流电路中的无源元件有很大不同。
无源元件消耗电能，因此不能增加或放大施加到它们的任何电信号的功率，这仅仅是因为它们是无源的，因此增益始终小于 1。电气和电子电路中使用的无源元件可以以如下所示的无数种方式连接，这些电路的运行取决于它们不同电气特性之间的相互作用。
交流电路中的无源元件
交流电路中的无源元件
其中：R是电阻，C是电容，L是电感。
无论电源频率如何，直流或交流电路中使用的电阻器始终具有相同的电阻值。这是因为电阻器被归类为具有寄生特性的纯电阻器，例如无限电容C = ∞和零电感L = 0。同样对于电阻电路，电压和电流始终是同相的，因此可以通过将电压乘以该时刻的电流来计算任何时刻消耗的功率。
另一方面，电容器和电感器具有不同类型的交流电阻，称为电抗（X L和 X C）。电抗也会阻碍电流的流动，但对于一个电感器或电容器来说，电抗量并不是一个固定的量，就像电阻器具有固定的电阻值一样。电感器或电容器的电抗值取决于电源电流的频率以及组件本身的直流值。
以下是交流电路中常用的无源元件列表及其相应的方程式，可用于计算它们的值或电路电流。请注意，理论上完美（纯）的电容器或电感器没有任何电阻。然而在现实世界中，无论多么小，它们总会有一些电阻值。
纯阻性无源元件
电阻器 ——电阻器调节、阻碍或设置电流通过特定路径的流动，或由于电流流动而在电路中施加电压降低。电阻器具有一种阻抗形式，简称为电阻( R )，电阻器的电阻值以欧姆Ω为单位测量。电阻器可以是固定值或可变值（电位器）。
纯阻性无源元件电阻电路方程
纯容性无源元件
电容器– 电容器是一种具有以电荷形式存储能量的能力或“容量”的组件，例如小型电池。电容器的电容值以法拉 ( F)为单位测量。在 DC 下，电容器具有无穷大（开路）阻抗 ( XC ) ，而在非常高的频率下，电容器具有零阻抗（短路）。
纯容性无源元件电容电路方程
纯电感无源元件
电感器– 电感器是一个线圈，它在电流通过线圈时直接在自身或中心磁芯内感应出磁场。电感器的电感值以亨利H为单位测量。在直流时，电感器的阻抗为零（短路），而在高频时，电感器的阻抗为无穷大（开路）( X L )。
纯电感无源元件电感电路方程
串联交流电路中的无源元件
交流电路中的无源元件可以串联组合在一起，形成RC、RL和LC电路，如图所示。
串联 RC 电路
串联 rc 电路中的无源元件串联 rc 电路方程
串联RL电路
串联 rl 电路中的无源元件串联rl电路方程
串联LC电路
串联lc电路中的无源元件串联lc电路方程
并联交流电路中的无源元件
交流电路中的无源元件也可以并联组合在一起，形成RC、RL和LC电路，如图所示。
并联 RC 电路
并联电路并联 rc 电路方程
交流电路中的无源元件串联rlc电路方程
并联 RLC 电路
并联rlc电路并联rlc电路方程
我们在上面看到，由于频率的影响，交流电路中的无源元件的行为与连接在直流电路中时的行为非常不同 。在纯电阻电路中，电流与电压同相。在纯电容电路中，电容器中的电流超前电压 90度，而在纯电感电路中，电流滞后电压 90度。
交流电路中流过无源元件的电流的对立称为：电阻，R表示电阻器，电容电抗，XC表示电容器，感抗XL表示电感器。电阻和电抗的组合称为阻抗。
在串联电路中，电路元件两端电压的相量和等于电源电压V S。在并联电路中，流经每个支路并因此流经每个电路元件的电流的相量和等于电源电流I S。
对于并联和串联连接的 RLC 电路，当电源电流与电源电压“同相”时，电路谐振发生为X L = X C。串联谐振电路被称为受体电路。并联谐振电路称为抑制器电路。
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