基本电路元件和特性（2）电容器和电容vs.电感器和电感

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该教程介绍了每个电路和系统中都存在的两种物理现象的基本特征。

正文

在先前的教程中，我们看到电压和电流源提供的能量使电路可以实现其预期的功能。但是，电路不能简单地分为提供能量的源和消耗能量的组件。实际上，电容器和电感器这两个常见的电子组件自然会存储能量。这些组件可以用作临时能源，它们被广泛用于电力网络，电压调节器电路以及与频率有关的电路（称为滤波器）。

电容器与电容

只要导电材料被绝缘材料隔开，电容就存在。电容性结构具有将能量存储为电场的能力。当将电容性结构设计为具有指定电容值的电气组件时，则称为电容器。

我们使用术语充电和放电来分别标识电容器获得能量的状态和电容器提供能量的状态。如图所示，我们可以通过将电容器连接到电池为电容器充电。电压使电流流动，并且该电流将电荷输送到电容器。电荷的积累会在电容器两端产生一个电压，该电压随着电路中流动的电流逐渐减小而逐渐增加。如果将已充电的电容器与电池断开连接并连接到电阻器，则它会用作电压源，因为存储在电场中的能量可以将累积的电荷转换为运动的电荷，即电流。

下图中的曲线表示与充电电容器相关的电压和电流行为。注意，时间轴使用缩写“ RC”。这是指RC时间常数，即对应于电容器的电容（用C表示）乘以与电容器串联的电阻所对应的时间。

如图所示，组件的电容是电路设计的关键参数，因为它会影响充电和放电期间电压（或电流）的变化速率。较高的电容意味着电容器两端的电压将增加得更慢（在充电时），而下降得更慢（在放电时）。

量化电容

当电气工程师将电容合并到原理图中时，他们必须选择具有适当电容值的电容器。每给定电压量，具有较高电容的电容器可以存储更多电荷。我们使用对应于每伏库仑的法拉单位来量化电容。如果将2 µF电容器和20 µF电容器都充电到相同的电压，则20 µF电容器的存储电荷将是2 µF电容器的十倍。

电感器和电感

如果您对电容的基本概念感到满意，那么您就可以很好地理解电感，因为这两种现象非常相似，它们可能被描述为“相等但相反”：

• 电容器将能量存储在电场中。 电感器将能量存储在磁场中。
• 当电容器连接到电压源时，其电压逐渐增加而其电流逐渐减小。
• 当电感器连接到电压源时，其电流逐渐增大，其电压逐渐减小。
• 使用电容器时，充电和放电的速率由RC时间常数控制。 对于电感器，我们使用RL时间常数，即电感（L）乘以与电感器串联的电阻。
• 如果电容电路与电源断开，则电容器将暂时保持电压。 如果感应电路与电源断开，则感应器将暂时保持电流。 换句话说，电容器“抵抗”电压变化，而电感器“抵抗”电流变化。

所有导体，例如电线和组件引脚，都具有电感。为了创建电感器，我们使用了增强磁场从而增加电感的技术。一个基本的电感器就是一个线圈。下图说明了此结构集中磁场线的方式。

量化电感

电感表示由于通过电感器的电荷移动速率的变化而将由电感器产生的电压量。它使用称为“亨利”的单位进行测量。

概括

电容器和电感器是可以存储由电压源提供的能量的电子组件。
电容器将能量存储在电场中。电感器将能量存储在磁场中。
电容性或电感性电路中的电压和电流会随时间变化，并受电路的RC或RL时间常数控制。

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