电力基础：电阻 电感和电容

电子电路是我们今天生活中几乎所有技术进步的组成部分。电脑，收音机，手机和电脑立刻浮现在脑海中，但电子产品也用于汽车，厨房用具，医疗设备和工业控制。这些器件的核心是有源元件，或电子控制电子流动的电路元件，如半导体。然而，如果没有比半导体早几十年更简单的无源元件，这些器件就无法运行。与有源元件不同，无源元件，如电阻，电容和电感，不能用电子信号控制电子流。

抵抗性

顾名思义，电阻器是一种电子元件，可以抵抗电路中的电流。

在具有高导电性并因此具有低电阻率的金属例如银或铜中，电子能够从一个原子自由跳跃到下一个原子，几乎没有电阻。

根据由乔治亚州立大学物理和天文学系主办的物理资源网站HyperPhysics，电路元件的电阻定义为施加电压与流过它的电流之比。阻力的标准单位是欧姆，它以德国物理学家Georg Simon Ohm的名字命名。它被定义为在1伏特下电流为1安培的电路中的电阻。可以使用欧姆定律计算电阻，该定律表明电阻等于电压除以电流，或者R = V / I(更常见地写为V = IR)，其中R是电阻，V是电压，I是电流。

电阻器通常分为固定或可变。固定值电阻器是简单的无源元件，在规定的电流和电压限制范围内始终具有相同的电阻。它们具有各种电阻值，从小于1欧姆到几百万欧姆。

可变电阻器是简单的机电设备，例如音量控制器和调光器开关，当您转动旋钮或移动滑动控制器时，它们会改变电阻器的有效长度或有效温度。

电感

电感器是一种电子元件，由一个线圈组成，电流穿过它，产生一个磁场。对于电感的单位是亨利(H)，得名约瑟夫·亨利，谁在独立大约在同一时间英国物理学家发现电感美国物理学家法拉第。一个亨利是当电流以每秒1安培的速度变化时，感应1伏电动势(来自能量源的电压)所需的电感量。

电感器在有源电路中的一个重要应用是它们倾向于阻挡高频信号，同时让低频振荡通过。请注意，这与电容器的功能相反。将电路中的两个组件组合可以选择性地滤波或产生几乎任何所需频率的振荡。

随着集成电路(例如微芯片)的出现，电感器变得越来越不常见，因为3D线圈在2D印刷电路中极难制造。因此，根据科罗拉多大学博尔德分校物理学教授迈克尔·杜布森的说法，微电路的设计没有电感器，而是使用电容器来获得基本相同的结果。

电容

电容是器件存储电荷的能力，因此，存储电荷的电子元件称为电容器。电容器最早的例子是Leyden罐子。该装置被发明用于在导电箔上存储静电荷，该导电箔衬在玻璃罐的内部和外部。

最简单的电容器由两个由小间隙隔开的扁平导电板组成。板之间的电位差或电压与板上电荷量的差异成比例。这表示为Q = CV，其中Q是电荷，V是电压，C是电容。

电容器的电容是每单位电压可以存储的电荷量。测量电容的单位是法拉第(F)，以法拉第命名，定义为存储1库仑电荷且施加电位为1伏的容量。一个库仑(C)是在1秒内通过1安培的电流传输的电荷量。

为了最大化效率，电容器板堆叠成层或缠绕成线圈，它们之间具有非常小的气隙。介电材料 - 部分阻挡板之间电场的绝缘材料 - 通常在气隙内使用。这允许板存储更多电荷而不会产生电弧和短路。

电容器通常存在于使用振荡电信号的有源电子电路中，例如无线电和音频设备中的电信号。它们几乎可以瞬间充电和放电，这使它们可以用来产生或过滤电路中的某些频率。振荡信号可以对电容器的一个板充电，而另一个板放电，然后当电流反向时，它将在第一个板放电时对另一个板充电。

通常，较高的频率可以通过电容器，而较低的频率被阻挡。电容器的大小决定了信号被阻止或允许通过的截止频率。组合的电容器可用于过滤指定范围内的选定频率。

超级电容器使用纳米技术制造，以产生超薄材料层，例如石墨烯，以实现相同尺寸的传统电容器的10至100倍的容量; 但它们的响应时间比传统的介电电容慢得多，因此它们不能用于有源电路。另一方面，它们有时可以在某些应用中用作电源，例如在计算机存储器芯片中，以防止在切断主电源时数据丢失。

电容器也是计时设备的关键组件，例如由位于加利福尼亚州的SiTime公司开发的计时设备。这些设备用于各种应用，从移动电话到高速列车和股票市场交易。这种微型定时器件被称为MEMS(微机电系统)，它依靠电容器正常工作。“如果谐振器[定时装置内的振荡元件]没有合适的电容和负载电容，定时电路将无法可靠地启动，并且在某些情况下，它会完全停止振荡，”执行官Piyush Sevalia表示。 SiTime营销副总裁。