05.23 電阻、電容、電感、電子電路中的三巨頭

電路中應用最廣泛的基礎電子元件莫過於電容、電阻、電感

了,它們個性鮮明,單打獨鬥是武林高手,團結合作是如虎添翼,電路中既是朋友,又是敵人,用愛恨交加概括它們的關係再合適不過了。

一、電阻,符號為R,單位為歐姆(Ω)

1.最基本的特點是能夠消耗電能,將電能幹掉,變成了熱量;焦耳定律Q=I2Rt就是指的電阻的熱效應;這個性質有利有弊,有利的地方就是可以用來做加熱器具,比如我們常用的熱水器,也可以做成熔斷器做短路保護,不利的地方就是能夠使設備發熱、散失能量甚至著火等;

電阻、電容、電感、電子電路中的三巨頭

2.主要應用就是分壓、分流、限流,為其它有源元件提供合適的工作電壓、電流;這個功能我們在初中就學過了,不過到現在只要你是抓挖電的,始終還離不開它的這個簡單而又強大的功能;這個功能也有利有弊,有利的地方就不用說了,不利的地方,就是輸電線路上它的降壓功能導致線路上有損耗,導致受電端電壓低;因此需要使用銅線、需要高壓輸電,目的就是降低線損;

3.其對通過的電流有阻礙作用,這就是大名鼎鼎的電阻,加在其上的電壓與電流之間符合歐姆定律關係;這個我們已經非常熟悉了;

電阻、電容、電感、電子電路中的三巨頭

4.它對交流電、直流電一視同仁,加在其上的電壓與電流是同相關係,也就是電壓的變化和電流的變化一致;這一點和電容、電感不一樣,這是其重要特點;

電阻、電容、電感、電子電路中的三巨頭

5.表徵其特點的主要參數是標稱阻值、額定功率、允許誤差等,當然還有其它參數,實踐中使用不多就不提了,這三個是應用最多的,選擇電阻時必須考慮的;

6.不同的電阻之間可以串聯、並聯、混聯,根據需要靈活使用;

二、電容,符號C,單位法拉(F)

1.最基本的功能就是充放電,具有儲能功能,它對電壓的變化有阻礙作用,也就是上面的電壓不能突變,這個性質很重要,電路中經常用到;它和電阻不一樣,它不消耗電能,就像是水杯一樣將電能儲存起來,需要的時候再釋放出來,這個功能確實很猛的;

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2.最基本的性質就是隔直通交,就是直流電通不過,交流電可以通過,看人下菜,廣泛應用在耦合、旁路、濾波、選頻、移相等電路中;

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3.加在其上的交流電壓滯後於電流90°,也就是電壓和電流相差四分之一個週期達到最大或零值;

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4.和電阻一樣其也對交流電流有阻礙作用,表徵其大小的物理量叫做容抗,容抗與電容、交流電頻率成反比。形式上與歐姆定律相似;

5.表徵其特點的主要參數有標稱容值、耐壓、絕緣電阻;

6.其和電阻一樣也有降壓功能,可以組成降壓電路;這種電路中小家電電路中非常普遍,原因是一種電容量較大、耐壓較高、體積較小的CBB電容的出現,推動了電容降壓電路的應用;

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7.和電阻一樣電容也可以串聯、並聯,甚至混聯;不過混聯複雜了,因為需要考慮耐壓問題,也沒有必要搞這個,因為各種電容很豐富,稱斤賣;

三、電感 符號L,單位亨(H);1.最基本的性質就是能夠產生自感電動勢,和電容一樣也具有儲能作用,它也不消耗能量,它是對電流的變化有阻礙作用;這個功能厲害,只要有電感就有自感電動勢,這個有利也有弊;

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2.廣泛應用在濾波、選頻等電路中,加在其上的交流電壓超前於電流90°,

3.和電阻、電容一樣,對交流電也有阻礙作用,表徵其大小的物理量叫做感抗,感抗與電感、交流電頻率成正比。表徵其特點的主要參數是電感、額定電流;

4.其和電阻、電容一樣也具有降壓功能,因此也可以用作降壓電路;

5.和電阻、電容一樣,可以串聯、並聯;

四、電阻+電容

1.在電容充放電電路中,電阻充當的角色是限制其充放電的快慢,二者結合起來就是RC時間常數τ,其值越大充放電越慢,但青山遮不住,畢竟東流去,其上的電壓最終還是達到充電電壓或放電到零。

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2.電阻和電容可以串聯也可以並聯,串聯以後組成了低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BEF);

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.3.二者配合起來,起到了移相作用,所謂移相就是輸入電壓與輸出電壓的相位不一致,可以超前也可以滯後,利用這個功能可以組成RC振盪電路:超前移相式振盪電路,滯後移相式振盪電路,RC橋式振盪電路等;

4.RC電路並聯後就形成了非常常見的旁路電容,對交流電來說相當於短路,學過無線電知識的人都知道調頻裡面有個預加重、去加重技術也是RC串聯、並聯的應用。數字電路中的微分電路、積分電路就是這種形式的應用;

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五、電阻+電感 單個的電感叫做純電感,但實際上這種電感是不存在的,實際的都是電阻+純電感,它們之間的結果是電壓不在超前於電流90°,而是一個角度,也就是和電容一樣,移相了,由於這個相位角不好控制,因此移相一般採用RC,電感主要用在濾波、選頻上;

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六、電容+電感,可以組成串聯、並聯電路。這兩個是對著幹的冤家對頭,如果串聯起來,兩個電壓相位相反,抵消一部分或全部,如果是並聯,電流相位相反,也是抵消到一部分或全部;這種是理想的情況,是為下面的第七做鋪墊。

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七、電阻+電容+電感,可以組成串聯、並聯電路,這個比較接地氣,實際當中就是這樣子的;

1.串聯後,電容、電感上的電壓相位相反,抵消一部分或全部,總阻抗降低;當二者一致時,全部抵消,組成了赫赫有名的串聯諧振電路,廣泛應用在收音機輸入電路中;

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2.並聯電路,可以抵消到一部分電流,電流較小,阻抗較大,當全部抵消時,就是如雷貫耳的LC並聯諧振電路。在感性負載旁並聯電容可以提高電路的功率因數,可以用下圖來說明。

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