电阻、电感和电容元件简介

1.电阻元件

电阻元件是一种消耗电能的元件，用R表示，单位为欧姆（Ω）。电阻元件可分为线性电阻和非线性电阻。

电路的基本元器件

线性电阻在电路中的符号如图1.7（a）所示，其两端的电压与流过的电流成正比。即

式（1.10）即为著名的欧姆定律。线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数，其电压和电流的关系曲线（即伏安特性曲线）是一条通过原点的直线，如图1.7（b）所示。式（1.10）还可写为

式中，G为电导，单位为西门子（S）。

图1.7　线性电阻的符号及伏安特性

非线性电阻在电路中的符号如图1.8（a）所示，它不遵循欧姆定律，其两端的电压与流过的电流不成正比关系。非线性电阻R不是一个常数，它随电压和电流的变化而变化，其伏安特性曲线是一条曲线，如图1.8（b）所示。

图1.8　非线性电阻的符号及伏安特性

工业上常用电阻器实现限流、分压和分流等。

电阻元件的电压和电流同时出现、同时消失，即电阻元件的电压和电流无“记忆”性，电压和电流均可以跃变。

2.电感元件

电感元件工作时，能够将电能转换为磁场能量储存起来，它是一种储能元件。如图1.9（a）所示，电感元件是由导线绕制而成的，它在电路中的符号如图1.9（b）所示。设电感线圈有N匝，当线圈通过电流i时，在线圈内部将产生磁通Φ。磁通与线圈匝数的乘积称为磁通链，用ψ表示，磁通链ψ=NΦ。在国际单位制中，磁通Φ与磁通链ψ的单位都为韦伯（Wb）。

图1.9　电感的示意图及符号

当磁通Φ与磁通链ψ的参考方向与电流i的参考方向之间符合右手螺旋定则时，有

式中，L为线圈的自感或电感，单位为亨利（H）。(www.xing528.com)

当磁通发生变化时，线圈中将会产生感应电动势。根据电磁感应定律可知，感应电动势eL为

将式（1.12）代入式（1.13）后可得

由式（1.14）可以看出，电感元件的电压与电流的变化率成正比，只有电流发生变化时，才会产生感应电动势。在直流电路中，电流不随时间变化，因此，eL=0时，电感元件相当于短路。

电感元件在0到t时间内所储存的磁场能量WL为

由式（1.15）可以看出，L一定时，磁场能量WL随电流的增大面增大。

提示：电感元件的电流只能连续变化，不能跃变；电感元件的电流具有“记忆”过去电压的作用。

3.电容元件

电容元件工作时，能够将电能转换为电场能量储存起来，它也是一种储能元件。电容元件是由两块金属板间隔以不同的绝缘材料而制成的，它在电路中的符号如图1.10所示。电容元件所储存的电量q与其两端的电压U成正比，即

其中C称为该元件的电容，单位为法拉（F），简称法。法的单位较大，在实际使用中常采用微法（μF）和皮法（pF），其换算关系为：1F=106μF；1μF=106pF。

图1.10　电容符号

当电容元件两端的电压u与流入正极板的电流i的参考方向为关联参考方向时，有

由式（1.17）不难看出，电容元件的电流与电压的变化率成正比，只有电容元件上的电压发生变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容两端的电压不发生变化，因此，i=0，电容元件相当于开路。

电容元件在0到t时间内所储存的电场能量WC为

由式（1.18）可以看出，C一定时，电场能量WC随电压的增大而增大。

提示：电容元件的电压只能连续变化，不能跃变；电容元件的电压具有“记忆”过去电流的作用。