电容两端的的信号不能突变的原因
时间:09-26 11:03 阅读:1133次
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简介:上本科的时候,有一个哥们帮我分析放大器的原理,并告诉我:电容两端电压不能突变,我很迷惑,问他为什么?他说:老师这样说的。
上本科的时候,有一个哥们帮我分析放大器的原理,并告诉我:电容两端电压不能突变,我很迷惑,问他为什么?他说:老师这样说的。于是我就记住了,但是还是很迷惑,不知道为什么,也想不明白。当我上了硕士的时候,我在公司实习,当我问一个工程师,电路板上这么多电容干什么用?他告诉我稳压,于是我问他,为什么电容能起到这个作用,他告诉我:你把电容想成一个蓄水池,它的水位只能逐步变化,而不能突变。他的想法很形象,更加明确了电容的作用,但是还是没有告诉我为什么电容两端电压不能突变。现在读博士了,每当我看到电容方面的知识时,总是在问自己这个问题。曾经想了很久,但是就是没有想明白。
直到今天,经过一番苦苦的思索,感觉终于有了思路。
电容两端有突变电压时,会对电介质产生极化作用,假设电容没有电荷,当外加电压后即相当于向电介质加入了电场,于是电介质开始极化,负电荷析出则吸引了电极板的正电荷,电极板有了正电荷就有了电压,所以过程是先有外加电场,后有电容电压。由于电介质极化是一个物理转动过程,有摩擦的作用,电介质的极化是一个由混乱到有序的过程,需要时间。并且有多种极化作用,有的快有的慢。对于快的极化作用如果能跟上突变电压的上升时间,则极化作用产生一个反向电场,使电容两端电场下降,这样就阻碍了极化过程就进一步阻碍了电压上升的过程。
不过工程上不会这样解释电容电压不能突变原因,这只是物理范畴的解释。工程上电容电压不能突变的原因是电容电压变化和电荷积累有关,而电荷积累过程和电流大小有关,由于现实中不可能提供无限大大电流,所以电容两端电压缓慢变化的。
从滤波器角度考虑,一阶滤波器一般都是一个电阻加一个电容,电阻就是限流的作用,导致电压不能上升很快。二阶滤波器一般是由电感加一个电容,电感当然是阻止电流变化,这样也是导致电容电压不能上升很快。
总之要理解电容两端电压不能上升的原因要从两个层面分析,物理层原因是电介质极化的物理过程,电学层就是电荷积累需要一个过程,这两个过程是相结合的。
举个例子。如果一个电压源与一个空心极板相连,则空心极板电压就等于电压源电压,并且没有电流产生。同样当与一个带电介质的极板相连时,在开关闭合瞬间,电场加到了极板上,电介质被极化,则有电流产生,开始很大渐渐减小,也就是说如果电压源和电容之间没有电阻时电容电压是突变的,和空心极板的却别就是有大电流。然而现实中电压源总有输出电阻的,这样大的电流就会在电阻上产生压降,这样电容极板的电压就低了。电流越小电阻压降越小,电容电压越高。
关于抑制高频信号的原理在博文《电容电感》中有介绍。