电学基础: 电阻、电感和电容

几个电阻器的例子。电阻将能量转化为热量并将其消散。

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。电视、收音机、电话和电脑立即出现，但电子产品也用于汽车、厨房用具、医疗设备和工业控制。这些设备的核心是有源元件，或电子控制电子流的电路元件，如半导体。然而，如果没有比半导体早几十年的简单、无源元件，这些设备就无法工作。与有源元件不同的是，无源元件，如电阻、电容器和电感，不能用电子信号控制电子流。

阻力

顾名思义，电阻器是一种电子元件，能抵抗电流在电路里。

在金属中，如银或铜电子具有高的导电性和低的电阻率，因此可以自由地跳过一个电子。原子到下一个，几乎没有抵抗。

电路元件的电阻被定义为施加电压与流经电路元件的电流之比。超物理学，由乔治亚州立大学物理学和天文学系主办的一个物理资源网站。电阻的标准单位是欧姆，以德国物理学家的名字命名。乔治·西蒙·欧姆。它被定义为在1伏电流为1安培的电路中的电阻。电阻可以用欧姆定律来计算，欧姆定律认为电阻等于电压除以电流，或R=V/I(通常写为V=IR)，其中R是电阻，V是电压，I是电流。

电阻器一般分为固定电阻器或可变电阻器。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内始终具有相同的电阻。它们的电阻值范围很广，从不到1欧姆到几百万欧姆不等。

可变电阻是简单的机电设备，例如体积控制和调光开关，当你转动一个旋钮或移动一个滑动控制时，它会改变电阻的有效长度或有效温度。

由安装在电路板上的铜线制成的电感的例子。

电感

感应器是一种电子元件，由线圈组成，电流通过线圈，产生磁场。电感的单位是亨利(H)，以它的名字命名。约瑟夫·亨利，一位美国物理学家，与英国物理学家同时独立发现电感。迈克尔·法拉第。一亨利是当电流以每秒1安培变化时，产生1伏电动势所需的电感量(来自能源的压力)。

电感在有源电路中的一个重要应用是，它们在允许低频振荡通过的同时，往往会阻塞高频信号。请注意，这是相反的功能电容器。在电路中组合这两个元件可以有选择地过滤或产生几乎任何期望频率的振荡。

随着集成电路(如微芯片)的出现，电感变得越来越不常见，因为3D线圈在二维印刷电路中是非常难制造的。科罗拉多州博尔德大学(Universityof科罗拉多博尔德)物理学教授迈克尔·杜布森(MichaelDubson)说，出于这个原因，微电路是不带电感的，而是使用电容器来实现基本相同的结果。

电容器的几个例子。电容器储存电荷。

电容

电容是设备存储的能力。电荷因此，储存电荷的电子元件称为电容器。电容器最早的例子是莱顿罐。这种装置的发明是为了将静电电荷储存在导电箔上，这种箔排列在玻璃瓶的内外部。

最简单的电容器是由两个由小间隙隔开的平板组成。极板之间的电位差或电压与板上电荷量的差异成正比。这表示为Q=CV，其中Q是电荷，V是电压，C是电容。

电容器的电容是它可以储存每单位电压的电荷量。测量电容的单位是法拉第(F)，以法拉第(Faraday)命名，并被定义为存储1库仑(1伏特)电荷库仑的容量。一库仑(C)是电流在1秒内以1安培传送的电荷量。

气隙很小。'>为了最大限度地提高效率，电容器板被层叠或缠绕成线圈，它们之间的气隙很小。介电材料-绝缘材料这可以使盘子储存更多的电荷，而不需要电弧和短路。

电容通常存在于使用振荡电信号的有源电子电路中，如收音机和音频设备中。它们几乎可以瞬间充放电，这使得它们可以用来产生或过滤电路中的某些频率。振荡信号可以在另一个板放电时给电容器的一个板充电，然后当电流反转时，它将在第一个板放电时向另一个板充电。

通常，更高的频率可以通过电容器，而较低的频率被阻塞。电容器的大小决定信号被阻塞或允许通过的截止频率。电容器组合可用于在指定范围内过滤选定的频率。

超级电容器是用纳米技术若要创建超薄的材料层，如石墨烯，以获得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容器慢得多，因此不能用于有源电路。另一方面，它们有时可以用作电源在某些应用中，例如在计算机内存芯片中，防止主电源被切断时数据丢失。

电容器也是计时装置的关键部件，例如SiTime，一家总部设在加利福尼亚的公司。这些设备被广泛应用于各种应用，从手机到高速列车，以及股票市场的交易。微型定时装置被称为微机电系统(MEMS)，它依靠电容器来正常工作。“如果谐振器(计时装置中的振荡元件)没有正确的电容和负载电容，计时电路将无法可靠启动，在某些情况下，它将完全停止振荡，”SiTime负责营销的执行副总裁Piyush Svalia说。