三大基础无源电子元件——电阻(R)、电感(L)、电容(C)
【引入】RLC电路控制系统的输入-输出方程
1. 电阻
定义:描述导体对电流的阻碍作用大小的物理量。
定义公式(压流比):
单位:欧姆(Ω)、伏每安(V/A)
压流关系:
决定公式:
直流稳态:遵循欧姆定律,电压与电流成正比,即 U = IR ,电流与电压无相位差。
正弦交流稳态:电压与电流同相位,关系为 U = IR ( U、I 为有效值)。
能量特性:消耗电能(转化为热能),功率,无能量储存。
物理效应:主要产生焦耳热效应(电流的热效应),阻碍电流的,产生热量,消耗电能。
电阻将电能转换为热能的本质是:电流通过导体时,电子与原子碰撞导致动能转换为热能。
2. 电感
定义:描述导体在电流变化时(产生自感电动势)阻碍电流变化的能力的物理量。
定义公式:。其中磁链Ψ = NΦ,N是线圈匝数,Φ是磁通(量)。
单位:亨利(H)、韦伯每安(Wb/A)
压流关系:
物理意义:电感两端的电压,和流过电感的电流变化率成正比。
推导:、
决定公式:
感抗:、
直流稳态:相当于“短路”,稳态时电压为0,电流保持恒定(无自感电动势)。
正弦交流稳态:电流相位滞后电压90°,存在感抗,压流关系(相量法、阻抗概念)
能量特性:储存磁场能,能量公式为,仅在电流变化时(如通断瞬间)交换能量,不消耗电能。
物理效应:存在自感效应(电流不能突变),通直流、阻交流、通低频、阻高频。
3. 电容
定义:描述导体或电容器存储电荷能力的物理量。
定义公式(荷压比):
单位:法拉(F)、库每伏(C/V)——衡量导体在单位电压下存储电荷能力的物理量
压流关系:
物理意义:流过电容的电流,和电容两端的电压变化率成正比。
推导:、
决定公式:
容抗:、
直流稳态:相当于“开路”,稳态时电流为0,电压取决于Q/C。
正弦交流稳态:电流相位超前电压90°,存在容抗,压流关系(相量法、阻抗概念)
能量特性:储存电场能,能量公式为,仅在充放电时交换能量,不消耗电能。
物理效应:存在充放电效应(电压不能突变),隔直流、通交流、通高频、阻低频。