1.4.3 无源元件和有源元件
讲完电阻和电源的功率,现在可以给出有源(电路)元件和无源(电路)元件的概念了。
有源元件(Active Element)是能够在无限长的时间里向外界提供电能的元件,或者说有源元件能够在无限长的时间里向外界提供大于零的平均功率。独立源、受控源都是有源元件,它们在电路中负责向外界提供电源,所以说它是有源的,此处的“源”既有电源之义,也有“来源”“驱动”之义。例如,独立电压源通过由其自身决定的端电压,使电路中其他相关元件上产生相应的电压和电流;电压控制电压源如果在其输入端施加控制电压,就会在其输出端口上产生相应的输出电压,这个输出电压将会在该受控源相关的电路中产生相应的电压、电流、功率。
有源电路元件(包括独立电源和受控源)既能向电路中的其他部分提供电能,也能从电路吸收电能,表现在功率上,它能够吸收功率,也能够释放功率。当电流从有源元件的正电压端流出时,有源元件会释放功率,这是有源元件通常的工作状态,比如干电池在正常工作时就处于这种状态。但是也会发生有源元件吸收功率的情形,此时电流从有源元件的正电压端流入,从负电压端流出,蓄电池在充电时就工作在这种状态。
无源元件(Passive Element)则是不能在无限长的时间里向外界提供电能的元件,或者说无源元件不能在无限长的时间里向外界提供大于零的平均功率。电阻是无源元件,它总是把从电路中吸收的功率转化成热能。无源电路元件泛指非电源类电路元件,如已经介绍的电阻和以后将要介绍的电容、电感都是无源元件,电流通常从无源元件的正电压端流入,从负电压端流出,因此无源元件只能吸收功率。实际生活中的电灯、收音机、电视机都是无源元件。有时无源元件也能释放电能,比如电容和电感就经常被利用这样的能力,但是它们不能在“无限长”的时间里释放电能,因此电容和电感是无源元件。
因为在功率分配关系上,无源元件主要是吸收功率,所以通常在计算无源元件的功率时,都是按吸收功率来计算的。根据1.2.5节的叙述可知,如果电流从元件的正电压端流入、负电压端流出,则该元件吸收的功率为p=ui;如果电流从元件的负电压端流入、正电压端流出,则该元件吸收的功率为p=-ui,这就是所谓的无源符号规则。