我們了解到電壓和電流源提供了能量，使得電路能夠執(zhí)行其預(yù)期的功能。然而，電路不僅僅是由提供能量的源和消耗能量的組件組成的。實(shí)際上，有兩種常見的電子元件——電容器和電感器——它們天生就能儲(chǔ)存能量。這些元件可以作為臨時(shí)的能量源，它們?cè)陔娏W(wǎng)絡(luò)、電壓調(diào)節(jié)電路和被稱為濾波器的頻率依賴電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

電容器和電容

只要導(dǎo)電材料被絕緣材料隔開，就存在電容。電容器結(jié)構(gòu)有能力將能量以電場(chǎng)的形式儲(chǔ)存；當(dāng)電容器結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成一個(gè)具有特定電容值的電氣元件時(shí)，它就被稱為電容器。

我們使用“充電”和“放電”這兩個(gè)術(shù)語來分別標(biāo)識(shí)電容器獲得能量的狀態(tài)和電容器提供能量的狀態(tài)。如圖表所示，我們可以通過將電容器連接到電池來為其充電。電壓導(dǎo)致電流流動(dòng)，這股電流將電荷傳遞給電容器。電荷的積累在電容器上產(chǎn)生電壓，隨著電路中電流的逐漸減少，電容器上的電壓逐漸增加。如果將充滿電的電容器從電池?cái)嚅_并連接到一個(gè)電阻器，它就會(huì)像一個(gè)電壓源一樣工作，因?yàn)閮?chǔ)存在電場(chǎng)中的能量可以將積累的電荷轉(zhuǎn)換成移動(dòng)的電荷——換句話說，就是電流。

與充電電容器相關(guān)的電壓和電流行為由以下圖表中的曲線表示。請(qǐng)注意，時(shí)間軸使用了“RC”這個(gè)縮寫；這指的是RC時(shí)間常數(shù)，即電容器的電容（用C表示）與電容器串聯(lián)的電阻相乘得到的時(shí)間周期。

一個(gè)元件的電容是電路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵參數(shù)，因?yàn)檎鐖D表所示，它影響著充電和放電過程中電壓（或電流）變化的速率。電容值越高，電容器上的電壓增加得越慢（當(dāng)它在充電時(shí)）和減少得越慢（當(dāng)它在放電時(shí)）。

量化電容

當(dāng)電氣工程師將電容納入電路圖時(shí)，他們必須選擇一個(gè)具有適當(dāng)電容值的電容器。具有更高電容值的電容器可以在給定電壓下儲(chǔ)存更多的電荷。我們使用法拉作為單位來量化電容，它對(duì)應(yīng)于每伏特的庫(kù)侖數(shù)。如果一個(gè)2微法拉的電容器和一個(gè)20微法拉的電容器都被充電到相同的電壓，那么20微法拉的電容器儲(chǔ)存的電荷將是2微法拉電容器的十倍。

電感器和電感

如果你對(duì)電容的基本概念感到舒適，那么你已經(jīng)很好地理解了電感，因?yàn)檫@兩種現(xiàn)象非常相似——它們可以被描述為“相等但相反”：

電容器將能量?jī)?chǔ)存在電場(chǎng)中；電感器將能量?jī)?chǔ)存在磁場(chǎng)中。

當(dāng)電容器連接到電壓源時(shí)，其電壓逐漸增加，電流逐漸減少；當(dāng)電感器連接到電壓源時(shí)，其電流逐漸增加，電壓逐漸減少。

對(duì)于電容器，充電和放電的速率由RC時(shí)間常數(shù)控制；對(duì)于電感器，我們使用RL時(shí)間常數(shù)，即電感（L）乘以與電感器串聯(lián)的電阻。

如果電容器電路從電源斷開，電容器將暫時(shí)保持電壓。如果電感器電路從電源斷開，電感器將暫時(shí)保持電流。另一種說法是，電容器“抵抗”電壓的變化，而電感器“抵抗”電流的變化。

所有導(dǎo)體，如電線和元件引腳，都有電感。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)電感器，我們使用加強(qiáng)磁場(chǎng)的技術(shù)，從而增加電感。一個(gè)基本的電感器只是一個(gè)線圈；以下圖表展示了這種結(jié)構(gòu)如何集中磁場(chǎng)線。

量化電感

電感表示電感器因電荷流動(dòng)速率變化而在電感器中產(chǎn)生的電壓量。它使用一個(gè)單位叫做亨利來測(cè)量。