电容工作原理与用法

2013年9月30日 22:27
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无论在何种情况下,两个具有不同电位的导体间都会产生电容。在两个具有不同电位的导体之间,总是存在一个电场。电场中存储的能量由驱动电路供给。因为驱动电路是一个功率有限的激励源,所以在任何两个导体之间的电压将在有限的时间内建立一个稳定状态值。随着能量的注入,电压会很快地建立或衰减,其中对电压的阻力称为电容。例如两个平等金属板的结构,在低电压下包含了大量电荷,所以电容就很大。


图1.5显示了由30欧激励源驱动一个电容时理想的电流和电压波形,电容阶跃响应的上升变化显示为一个时间的函数。当电压阶跃刚开始时,大量的能量流入电容,从而建立起它的电场。进入电容的初始电流相当高,而电压阶跃刚开始时,大量的能量流入电容,从而建立起它的电场。进入电容的初始电流相当高,而电压与电流的比值Y(T)II(T)非常低。在很短的时间范围内,电容看起来就像一个短路连接。






随着时间的推移,比值Y(T)II(T)逐渐增大。最终,电流下降至接近于零,电容此时看起来像开路一样。最后,电容内的电场完全建立,由于电介质非理想的绝缘性质,电容两极之间只有一个很小的泄漏电流存在。此时的Y(T)II(T)比值非常高。


有此电路元件的阶跃响应在某个时间范围内显示为电容特征,而在另外的时间范围内显示为电感特征,或者相反,举例来说,电容的安装引脚在非常高的频率时,其电感通常足以使整个元件呈现为电感特征。该电容的阶跃响应在零时刻会出现一个微小的脉冲,也许仅有数百皮秒(对应于引脚电感大小),接着下降至零,随后才是一个正常的容性上升斜线。


如果阶跃激励源的上升时间太慢,输出曲线的轨迹将不会出现电感性尖脉冲。由于脉冲非常短,如果示波器的扫描时间基准设定得太慢,也很容易会错过。令人感兴趣的是,通过调整上升时间和设定扫描时间基准,我们可以使电路元件的阶跃响应测量结果在某个特定频率范围内特征更加突出。概括来说,如果阶跃上升时间是TR,接近零时刻的阶跃响应与电路元件在频率FA附近的阻抗大小有关:FA=0.5/TR


其中,TR=阶跃激励源的上升时间
      FA=近似分析频率


通过直观地平均整个时间周期上的阶跃应值,我们可以休息出较低频率上的阻抗大小。采用上式可以计算出应于一个平均周期值TR的近似分析频率。


阶跃响应的最终数值显示出了直流时的阻抗。


仅从一个阶跃上升时间TR,我们无法推断出比FA更高的频率分量上更多特性。只有阶跃激励源的信号频率足够高,才能确保揭示出所想要看到的情况

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