由于电压和电流的本质并不像我们以前想象的那么简单,我们真的知道电子设备的本质吗。包括我们认为熟悉的电阻,一般熟悉的电容器,和基本不熟悉的电感实际上可以从不同的角度重新理解。
1 电阻 什么是电阻?顾名思义,它是阻碍电的元件。它是阻碍电流还是电压,还是阻碍电流和电压? 如图1(A)和(B)是否有电阻R1节点电压相等,电阻不会阻碍电压,即使加了交流电。
图1 电阻对电压的阻碍
如图2(A)和(B)所示,插入电阻R三、不插入电阻R3.电流变化很大。
图2 电阻对电流的阻碍
电阻的本质是阻碍电流的元件。正如我们之前所说,电阻不能仅仅通过喊口号来阻碍电流。是阻碍?如果电阻想影响流过自己的电流,实际上是通过改变电阻两端的电压来实现的。
电阻的特性方程可以写成U=I*R,其含义在于: (1)电流过电阻会产生与电源激励电压相反的电压; (2)随着电流的增加,当电阻产生的反向电压等于电源电压时,电流不会再增加,因此电阻会阻碍电流。
2 电容 电阻对我们来说仍然很熟悉。我们通常如何理解电容?在结构方面,金属板极之间填充电介质(绝缘体)构成电容。在工作过程中,电容器两极可以充放电,形成电场。 从更深层次上看,我们认为电容器是阻碍电压变化的元件。电容器不能凭空说它能阻碍电压变化。电容器依靠能够吞吐大电流来阻碍电压变化。
(1)如图3(A)所示,开关SW当负载上的电压没有关闭和稳定时VF1为4.5V,负载电流AM3全部由电源V提供,电源电流AM2为5mA,电容上电流AM1为0A。 (2)如图3(B)所示,当开关刚刚关闭时,由于滤波电容的作用,负载上的电压VF2依然为4.5V,负载电流按欧姆定制AM6达到了4.5A。电源电流可同时计算AM5依然为5mA, AM6与AM5的差值必须是电容电流AM4.电容器瞬时输出电流达到4.495A。
图3 瞬态电容滤波电路的放电电流
(3)如图4(A)所示,当开关关闭并稳定时,负载上的电压VF1为49.45mV,负载电流AM3全部由电源AM2提供为49.51mA,电容上电流AM1为0A。 (4)如图4(B)如开关刚刚断开的那一刻,由于滤波电容的作用,负载上的电压VF2依然为49.45mV,负载电流按欧姆定制AM6仅为0.055mA。电源电流可同时计算AM5依然为49.51mA, AM5与AM6的瞬时差值电流必须流入电容器,约为49.5mA。
图4 瞬态电容滤波电路的充电电流
电容器的特性方程是i=C*du/dt,其意义在于: (1)电容器通过吞吐足够的电流来保持电压稳定。 (2)电压变化率越大,电容的吞吐电流越大。 (3)电容可视为短时间内的理想电压源。