硬件篇——阻容串联电路
1.通直流或交流电源,Ua,Ub的变化
当在电路输入端通直流电源时,电容C1前后两端电压是什么情况?
a点有电压,是直流电压220V,b点电压是0V。
就是说直流电压是可以加在电容a端左边极板上的,但是直流电压的电荷量不会发生变化,电场也不会发生变化,右边b端极板上电荷量就不变,就不会感应出变化的电流,所以就没有电流。所以直流电不能通过电容。
当在电路输入端通交流电源时,交流电电流是变化的,所以会导致左边极板上电荷数量发生变化,会产生变化的磁场,会导致极板右边耦合出电流。电容之所以能通过交流信号,就是通过电场的方式把交流信号给耦合过去。
对于电容耦合,在电容前端a点位置有种能量形式是电能,通过一种电场的形式能量给它耦合到电容的后级;
对于变压器,在初级线圈通直流信号时,次级线圈是感应不出电流的;初级线圈通交流信号,它是变化的电流,能够产生这种磁场的变化,变压器里面有线圈的话,变化的磁场会感应出电流,对于变压器耦合是把电能通过磁场的形式给它耦合过去,重新在它的次级线圈重新出现电流。
所以,耦合就是一种能量通过另外一种场的形式,比如通过电场,磁场,通过光,把它能量的形式给它耦合到器件的后级,后级的信号在幅值,相位上可能都会发生变化,但是变化的规律肯定和前级的信号有关,这就是耦合。
2.从输入端看进去,阻抗怎么计算?
阻抗等于电容的容抗+电阻,这个“+”是相量相加。
1.先计算电容的容抗,容抗值用Xc表示,单位Ω,Xc=1/(2πfc),f是频率,单位Hz,c是电容值,单位F;带入公式计算要用标准单位,Xc=1/(23.14500.000001F≈3185Ω;
输入阻抗计算公式:
从电路的输入端看进去,输入的阻抗 = 容抗的相量值 + 电阻阻值的相量值=容抗的平方+电阻的平方,在开根号。
b点电流也能计算了,通过输入端交流电源有效值220V除以输入端看进去的阻抗,Ia=Ib=66mA;与仿真出来的值类似。
如果搭实际电路,那电容两端电压是Uc=IaXc=0.066A*3185Ω≈210V,这么高的电压,电容一般有额定耐压值,可能要选电解电容,但电解电容有方向的,通工频交流220V电,工频电压是有负半轴的,要用电解电容有极性的还不行,可用信号发生器产生一个幅值比较小的交流信号,比如5V,做一个类似电路,电容可以用无极限的瓷介电容,可用示波器或者万用表测一下关键点的电压值。选电阻要注意功率,选电容要注意耐压值。
3.从输入端看进去的输入阻抗为什么是相量相加?
最主要的原因,这个电路的电容是储能器件,电容左端a点在信号某个时刻的变化,如果要是传递到下一级,需要一个时间,这个时间一般叫时间常数,用τ表示,对于电阻不是储能器件,电阻前端的电流发生变化会立刻传递到后端,如果前级信号的变化传递到后级中间有个延时,就导致后级的信号和前级的信号有一定的相位差。对于理想电容来说,幅值可能没有变化,但是相位可能会有变化。相位的变化可通过反正切函数计算出来。
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