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模拟電路設計各電容電阻參數

科技 更新时间:2024-07-23 11:11:29

電阻R、電感L和電容C是電路中的三大元件和參數,所有的電路都離不開這三個參數(至少有其一)。之所以是元件和參數,是因為R、L、C一方面表示了一種元件,如電阻元件,另一方面又表示了一個數,如電阻值。

模拟電路設計各電容電阻參數(電路三大參數電流)1

在這裡要特别聲明的是,電路中的元件和實際中的實物元件是有區别的,所謂電路中的元件其實隻是一種模型,這種模型能把實際元件的具有某一特性給表示出來,簡單來說就是我們用一個符号來表示實際設備元件的某種特性,例如,電阻器、電爐、電熱棒等在電路中可以用電阻元件作為其模型來表示。

模拟電路設計各電容電阻參數(電路三大參數電流)2

但有些設備是不能僅用一個元件來表示的,例如電機的繞組,電機的繞組是線圈,顯然,它可以用電感來表示,但繞組又存在電阻值,所以還要用電阻來表示這個阻值,依此,電機的繞組在電路中建模時,應該用電感和電阻的串聯組合來表示才對

模拟電路設計各電容電阻參數(電路三大參數電流)3

電阻是最簡單的,也是我們最熟悉的,根據歐姆定律,電阻R=U/I,即電阻等于電壓除以電流。從單位的角度看,就是Ω=V/A,即歐姆等于伏特除以安培。在電路中,電阻表示了對電流的阻礙作用,電阻越大,對電流的阻礙作用越強……總之,電阻沒什麼好講的,接下來,我們就來說說電感和電容。

一、電感和電容是什麼?

我們從上文可以知道,類同于電阻,電感和電容也是一種元件或參數,但顯然,它們的單位不再是歐姆。

首先是電感,電感用字母L來表示,單位是亨利[H],它表示了線圈産生磁場的能力,換言之,電感越大的線圈,在電流一樣的情況下,所激發的磁場就越強。這就好比,電阻表示了電阻元件對電流的阻礙能力,電阻越大,在電壓一定的情況下,電流越小。

模拟電路設計各電容電阻參數(電路三大參數電流)4

其次是電容,電容用字母C來表示,單位的法拉[F],它表示了電容元件存儲電荷(即儲能)的能力,也就是說,電壓相同的情況下,電容越大,它存儲的能量就越多。

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其實電感也表示了電感元件儲能的能力,因為磁場越強,它所具有的能量就越大,磁場是具有能量的,因為這樣,磁場才能對處于磁場中的磁鐵産生力的作用,并對磁鐵做功。

二、電感、電容和電阻有什麼關系?

電感、電容本身和電阻沒有什麼關系,它們的單位都完全不一樣,但在交流電路中就不一樣了。

在直流電阻中,電感是相當于短路的,而電容相當于開路(斷路)。但在交流電路中,電感和電容都會随着頻率的變化而産生不同的阻值,此時的阻值不再叫做電阻,而是叫做電抗,用字母X表示,其中電感所産生的阻值稱為感抗XL,電容所産生的阻值稱為容抗XC。

感抗和容抗類似于電阻,它們的單位都是歐姆,所以它們也表示了電感和電容在電路中對電流的阻礙作用,但電阻不随頻率變化,而感抗和容抗随頻率變化,

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至于為什麼電感和電容在交流電路中會産生感抗和容抗,其本質在于電壓、電流的變化,所引起的能量的變化。

對電感來說,電感在電流變化時,其磁場也随之變化(能量在變化),我們都知道,電磁感應中,感應磁場總是阻礙原磁場的變化,所以随之頻率的增大,這種阻礙的作用越明顯,也就是感抗在變大。

而電容在電壓變化時,極闆上的電荷量也随之變化,顯然,電壓變化越快,極闆上電荷量的移動也就越快越多,電荷量的移動其實就是電流,簡單來說就是,電壓變化越快,流過電容的電流就越大,這意味着電容本身對電流的阻礙作用就越小,即容抗在減小。

綜上,電感的感抗和頻率成正比,而電容的容抗和頻率成反比。

三、電感、電容的功率與電阻有哪些不同?

電阻不管是在直流電路中還是交流電路中,它都耗能的,電壓和電流的變化始終同步,例如下圖為電阻在交流電路中的電壓、電流與功率曲線。從圖中可以看到,電阻的功率一直大于或等于零,不會小于零,這意味着電阻一直在吸收電能。

模拟電路設計各電容電阻參數(電路三大參數電流)7

在交流電路中,将電阻這種消耗的功率稱為平均功率或有功功率,用大寫字母P表示。所謂有功功率,隻表示了元件的耗能特性,凡是某個元件有耗能,那麼這個耗能就用有功功率P來表示其耗能的大小(或快慢)。

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而電容和電感是不會耗能的,它們隻儲能和釋能,其中電感以激發磁場的形式吸收電能,它将電能吸收并轉換為磁場能,然後又将磁場能釋放轉換為電能,不斷重複;同理,電容吸收電能并轉換為電場能,又将電場能釋放轉換為電能。

電感和電容這種将電能吸收又釋放的過程不消耗能量,顯然不能用有功功率表示,基于此,物理學家們定義了一個新的名稱,那就是無功功率,用大小字母Q表示。

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不管是有功功率還是無功功率,都有功率兩字,所謂“功率”,是指能量變化的快慢,其中有功功率表示了電阻消耗電能的快慢,例如100W的燈比50W的燈消耗電能的速度快一倍。

而無功功率表示了電感或電容能量交換得快慢,注意,這裡說的是交換,這意味着,無功功率越大,電感或電容對電源的能量需求就越大,即使它隻是用來交換。

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以上,就是電感和電容的相關内容,你都看懂了嗎?

來源:技成培訓網,作者:楊思慧;未經授權禁止轉載,違者必究!

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