电容器和电容vs电感器和电感

我们了解到电压和电流源提供了能量，使得电路能够执行其预期的功能。然而，电路不仅仅是由提供能量的源和消耗能量的组件组成的。实际上，有两种常见的电子元件——电容器和电感器——它们天生就能储存能量。这些元件可以作为临时的能量源，它们在电力网络、电压调节电路和被称为滤波器的频率依赖电路中得到了广泛的应用。

电容器和电容

只要导电材料被绝缘材料隔开，就存在电容。电容器结构有能力将能量以电场的形式储存；当电容器结构被设计成一个具有特定电容值的电气元件时，它就被称为电容器。

我们使用“充电”和“放电”这两个术语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。如图表所示，我们可以通过将电容器连接到电池来为其充电。电压导致电流流动，这股电流将电荷传递给电容器。电荷的积累在电容器上产生电压，随着电路中电流的逐渐减少，电容器上的电压逐渐增加。如果将充满电的电容器从电池断开并连接到一个电阻器，它就会像一个电压源一样工作，因为储存在电场中的能量可以将积累的电荷转换成移动的电荷——换句话说，就是电流。

与充电电容器相关的电压和电流行为由以下图表中的曲线表示。请注意，时间轴使用了“RC”这个缩写；这指的是RC时间常数，即电容器的电容（用C表示）与电容器串联的电阻相乘得到的时间周期。

一个元件的电容是电路设计中的关键参数，因为正如图表所示，它影响着充电和放电过程中电压（或电流）变化的速率。电容值越高，电容器上的电压增加得越慢（当它在充电时）和减少得越慢（当它在放电时）。

量化电容

当电气工程师将电容纳入电路图时，他们必须选择一个具有适当电容值的电容器。具有更高电容值的电容器可以在给定电压下储存更多的电荷。我们使用法拉作为单位来量化电容，它对应于每伏特的库仑数。如果一个2微法拉的电容器和一个20微法拉的电容器都被充电到相同的电压，那么20微法拉的电容器储存的电荷将是2微法拉电容器的十倍。

电感器和电感

如果你对电容的基本概念感到舒适，那么你已经很好地理解了电感，因为这两种现象非常相似——它们可以被描述为“相等但相反”：

电容器将能量储存在电场中；电感器将能量储存在磁场中。

当电容器连接到电压源时，其电压逐渐增加，电流逐渐减少；当电感器连接到电压源时，其电流逐渐增加，电压逐渐减少。

对于电容器，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。

如果电容器电路从电源断开，电容器将暂时保持电压。如果电感器电路从电源断开，电感器将暂时保持电流。另一种说法是，电容器“抵抗”电压的变化，而电感器“抵抗”电流的变化。

所有导体，如电线和元件引脚，都有电感。要创建一个电感器，我们使用加强磁场的技术，从而增加电感。一个基本的电感器只是一个线圈；以下图表展示了这种结构如何集中磁场线。

量化电感

电感表示电感器因电荷流动速率变化而在电感器中产生的电压量。它使用一个单位叫做亨利来测量。