电容器瞬态响应
因为电容器以电场的形式储存能量,所以它们往往像小型二次电池一样,能够储存和释放电能。完全放电的电容器在其端子上保持零伏,充电后的电容器在其端子上保持稳定的电压,就像电池一样。
当电容器与其他电压源一起放置在电路中时,它们将从这些电源中吸收能量,就像二次电池连接到发电机后会充电一样。一个完全放电的电容器,其端电压为零,当连接到电压源时,最初将作为短路,在开始建立电荷时吸收最大电流。
随着时间的推移,电容器的端电压上升以满足来自电源的施加电压,并且通过电容器的电流相应地减小。一旦电容器达到电源的全电压,它将停止从中汲取电流,并且基本上表现为开路。
当开关第一次闭合时,电容器两端的电压(我们被告知已完全放电)为零伏;因此,它首先表现为好像是短路。随着时间的推移,电容器电压会上升到与电池电压相等的电压,最终电容器表现为开路。
通过电路的电流由电池和电容器之间的电压差除以 10 kΩ 的电阻决定。随着电容器电压接近电池电压,电流接近零。一旦电容器电压达到 15 伏,电流将完全为零。让我们看看使用真实值是如何工作的:
随着时间的推移,电容器电压接近 15 伏,电流接近零,这就是数学家所说的渐近 : 也就是说,他们都接近他们的最终价值,随着时间的推移越来越接近,但从未真正到达他们的目的地。但是,出于所有实际目的,我们可以说电容器电压最终将达到 15 伏,而电流最终将为零。
使用 SPICE 电路分析程序,我们可以以更图形化的形式绘制电容器电压的这种渐近累积和电容器电流衰减的图表(电容器电流根据电阻器上的压降绘制,使用电阻器作为分流器来测量电流) :
如您所见,我使用了 .plot 网表中的命令而不是更熟悉的 .printcommand .这会使用文本字符在计算机屏幕上生成图形的伪图形图。 SPICE 绘制图形的方式是,时间在纵轴(下降)上,幅度(电压/电流)在横轴上(右=更多;左=更少)。
请注意电压最初是如何快速增加的(在图的右侧),然后随着时间的推移逐渐减少。电流一开始也变化很快,然后随着时间的推移趋于平稳,但它正在接近最小值(标度左侧),而电压接近最大值。
评论:
- 电容器在面临外加电压的突然变化时有点像二次电池:它们最初通过产生高电流做出反应,该电流随着时间的推移逐渐减弱。
- 当突然施加电压时,完全放电的电容器最初充当短路(没有电压降的电流)。在完全充电到该电压水平后,它会作为开路(没有电流的电压降)。
- 在电阻电容充电电路中,电容器电压从零变为全电源电压,而电流从最大值变为零,这两个变量一开始变化最快,随着时间的推移越来越慢地接近最终值。莉>
相关工作表:
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