無源元件不需要外部電源，并且不增加或生成電力;它們僅消耗少量能量。相比之下，主動組件需要電源，如電池，以增強信號的功率。無源元件的例子包括電阻器、電容器和電感器，而晶體管和集成電路(IC)則屬于主動組件。

所有組件，無論是主動還是被動，必須連接在電路中。現代電子的主要連接方式有機械連接和電氣連接。傳統電路使用通過印刷電路板孔的導線，而現代電路則使用直接焊接在電路板上的表面貼裝器件(SMD)。這兩種方法都可以用于連接被動和主動組件。

無源元件

電阻器、電容器和電感器等無源元件是硬件設計中的基本構件。與主動組件不同，它們不需要電源來工作，并且有助于管理電路中的電流流動。了解如何選擇合適的無源元件對于設計可靠和高效的電子設備至關重要。電阻、電容和電感等因素會影響這些組件在不同情況下的性能，例如控制電壓、存儲能量或過濾信號。掌握無源元件的選擇和使用，有助于確保硬件系統的順利運行。

電阻器

并非所有電阻器的值都能在任何數量中獲得。這些值被組織成稱為EIA標準十進制的組別，按照每個范圍內可獲得的特定值數量對電阻器進行分類(如圖1所示)。例如，E24用于5%公差的電阻器，包含每個范圍內24個不同的值，間隔約10%。如今，1%公差的電阻器成本效益高，通常作為默認選擇，來源于E96系列，該系列每個范圍包含96個值，間隔約2%，涵蓋從10歐姆到1兆歐的共481個值。對于需要更高精度的應用，如0.1%公差，電阻器可以在E192超集中找到。此外，還有250、300、400或500等方便的整數值，這些值不屬于EIA序列，但在特定情況下可用。

選擇電阻器時需要考慮的主要因素包括電阻值、功率容量、精確度、隨時間的穩定性以及溫度對電阻值的影響。然而，電阻器并不完美，它們表現出串聯電感和并聯電容等特性(如圖2所示)，可能會影響高頻或功率開關電路中的性能。此外，電壓系數和額外噪聲等因素在要求低失真、最小噪聲和高精度的電路中也非常重要。

電容器

電容器由兩塊金屬板和一種稱為介質的絕緣材料組成，介質決定了電容器的類型。電容器有兩根導線，儲存電荷。它儲存的電荷量(Q)與其電容(C)和施加的電壓(V)有關(Q = CV，其中C=8.85 · 10^-14 · ε · (A/d) · F，ε是絕緣體的介電常數，尺寸以厘米為單位)。一塊板帶有正電荷，而另一塊板則帶有相等的負電荷。

電容取決于板的大小和它們之間的距離。較大的板和較小的間距會增加電容。例如，兩塊1 cm2的板相隔1 mm形成一個小電容，通常以皮法拉(pF)為單位測量，但日常電路中使用的電容器通常要大得多，比如微法拉(μF)。

簡言之，電容器是由兩塊金屬板和一種稱為介質的絕緣材料組成的組件。它儲存電荷，一塊板帶有正電荷，另一塊帶有相等的負電荷。決定其儲存電荷量的電容取決于板的大小和它們的接近程度。更大的板和更短的距離會增加電容。

電容器的行為類似于根據電信號頻率變化其行為的電阻器。它們可以用于控制不同頻率下的電壓，并執行如過濾、能量存儲和調諧電路等功能。與電阻器不同，理想電容器不會浪費能量，因為電流和電壓之間不同步。

電容器的關鍵特性包括電容、最大電壓容量、精確度、隨時間的穩定性和溫度對電容的影響。然而，電容器(如圖3所示)也存在一些缺陷，如內阻和電感，這會影響高頻和功率電路中的性能。它們還會由于內阻而隨時間逐漸放電。缺陷包括在特定頻率下的能量損失、電壓變化引起的電容變化、頻率波動、介質吸收以及在某些頻率下的共振。

電感器

電感器，也稱為線圈或濾波器，是由纏繞的導線組成的組件。它們有各種形狀和尺寸(如圖4所示)。電感器的一個重要特性是Q因子或品質因子，它告訴我們電感器存儲能量的有效性與其損失能量的程度。計算Q的公式為：Q = XL / R = (2 · Π · f · L) / R。這顯示了感抗(由于電感器的磁性特性引起的一種電阻)與實際電阻的比較。較高的Q因子意味著電感器在存儲能量方面表現更好，這在過濾或調諧特定頻率信號的電路中至關重要。

電感器與電容器密切相關，但它們的行為是相反的。在電感器中，電流變化的速度與施加在其上的電壓相關。而在電容器中，電壓變化的速率則取決于通過它的電流。支配電感器的主要方程是V = L · (dI / dt)，其中V是施加的電壓，L是電感(以亨利為單位)，dI/dt是電流變化的速率。這意味著對電感器施加恒定電壓會導致電流穩步增加。例如，對1亨利電感器施加1伏特的電壓，每秒會使電流增加1安培。

電感器在磁場中儲存能量，而電容器在電場中儲存能量。電感器儲存的能量由UL = 0.5 L · I2給出，其中UL是儲存的能量(以焦耳為單位)，L是電感，I是通過它的電流。

電感器是磁性設備。當電流流過線圈時，會產生一個磁場。這個磁場的變化會產生抵抗變化的電壓，遵循倫茨定律。線圈的電感取決于其形狀、大小、內部材料(稱為核心)和線圈的圈數(圈數越多，電感越大)。添加像鐵這樣的磁性材料可以進一步增強電感。

電感器通常用于射頻(RF)電路中，以阻擋某些頻率或調諧特定頻率。兩個相互靠近的電感器可以形成一個變壓器，這在電源中廣泛使用。

總之，雖然電感器和電容器都儲存能量，但它們以相反的方式進行：電感器在磁場中儲存能量，而電容器在電場中儲存能量。理解這些差異對于掌握電感器在電子學中的功能至關重要。

其他無源元件可以被歸類為機電設備，例如開關、繼電器、連接器、指示器，以及一些可變組件，如電阻器、電容器、電感器和變壓器。

結論

無源元件如電阻器、電容器和電感器在電子電路中發揮著關鍵作用，它們不需要外部電源即可工作，能夠管理能量而不生成或增加能量。

電阻器有特定值，組織成標準十進制，影響其公差和精確度，限制電流;電容器在電場中儲存能量，電感器在磁場中儲存能量。每種組件都有獨特的特性，影響其在電路中的行為，例如電感器的Q因子，用于衡量它們存儲能量的效率。

電感器和電容器在能量存儲方面表現相反，電感器依賴磁性而電容器依賴電荷。這些組件在許多電子電路中至關重要，特別是在信號過濾和頻率調諧方面。其他無源元件包括開關、繼電器和連接器。理解它們各自的獨特作用是掌握它們如何實現各種電子設備和系統功能的關鍵。

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