電容,這個(gè)從初中就認(rèn)識(shí)的神奇的存在,卻一直是那么難以捉摸,最近又被它困擾了好一會(huì)兒。問(wèn)題的起源就是“電容兩端電壓不能突變”,通過(guò)電容將一變化的信號(hào)耦合到電容的另一端,本來(lái)嘛,“電容兩端電壓不能突變”就是存在大腦中的常識(shí),但是呢,由于這次所遇到的電路耦合的并不是所謂的突變信號(hào),這就讓我對(duì)以前的常識(shí)產(chǎn)生了懷疑。
首先,看一個(gè)簡(jiǎn)單而熟悉的電路:
當(dāng)開關(guān)閉合的時(shí)候,電源通過(guò)電阻給電容充電,我們可以通過(guò)回路定理算出電容電壓隨時(shí)間變化的曲線,電容電壓不能突變,由0逐漸升至電源電壓。很明顯電容下端的點(diǎn)位是0,上端最終會(huì)變成與電源正端等電位,這是顯而易見的,大家默認(rèn)了電容下端一直是0電位,電容上端電位是逐漸升高的,那么換作下面的電路,情況又是如何呢?
當(dāng)兩個(gè)開關(guān)同時(shí)關(guān)閉,那么那一瞬間,電容的上下電位各是多少呢?都是0?都是V(電源正端電位)?電容電壓不能突變,但是電位呢??jī)啥穗娢皇窃鯓拥模吭谀且凰查g?
我們可以這樣理解這個(gè)問(wèn)題:
當(dāng)開關(guān)都閉合的時(shí)候,由于電位差的存在,電路中獎(jiǎng)出現(xiàn)電流,先不管電流具體值,電容上端出現(xiàn)的電流與下端出現(xiàn)的電流大小是一樣的,那么由回路定理可以知道,兩個(gè)電阻上的壓降之和就是電源電勢(shì),那么電阻小的那邊,電容與預(yù)支相近的電源端的電勢(shì)差就越小,如果下面的電阻值很小,甚至可以忽略,那么就變成第一個(gè)電路。
相應(yīng)的,如果上邊的電阻值很小,那么電容上下端的電勢(shì)都會(huì)突變?yōu)閂,之后下端的電勢(shì)逐漸降到0。
這里我們就可以看出所謂的電容耦合突變信號(hào)了,真實(shí)的電路中,電阻是永遠(yuǎn)存在的,電容兩端的充放電難度(例如較為簡(jiǎn)單的電路情形就是電阻的大小)決定了電容哪邊的電勢(shì)可以突變,進(jìn)而耦合到另外一端。為了進(jìn)一步理解這件事,我們看下面的電路
當(dāng)V1的點(diǎn)位發(fā)生突變的時(shí)候,如果左邊電阻很小,那么電容左端的點(diǎn)位將會(huì)隨著V1突變,進(jìn)而導(dǎo)致右端電位跟著突變,如果左邊電阻巨大,那么……電容右端就會(huì)保持在V2,而電容左端也不會(huì)突變,進(jìn)而V1就自個(gè)兒給電容充放電去了= =,不會(huì)耦合到右邊。
-------------------------------------
首先,所謂的電容電壓,沒有“左端電壓”、“右端電壓”的說(shuō)法,電容電壓指的是左右兩端的電位差,其差值就是電容電壓。在開關(guān)合上后,C的左端受電場(chǎng)力的作用而聚集正電荷、右端聚集負(fù)電荷,電荷逐漸累積,形成C上的電壓;
其次,假如原來(lái)電容沒有儲(chǔ)存電荷,在S合上后的瞬間,電容兩個(gè)極板上仍然沒有電荷,所以電壓仍為零,這就是電壓不能突變;隨著合上時(shí)間的推移,電源給電容充電,正極逐漸累積較多的正電荷、負(fù)極累積較多的負(fù)電荷,使得兩極板之間電壓逐漸升高;當(dāng)兩極板之間的電壓等于電源電壓E后,電源不再向電容充電,電路的過(guò)渡過(guò)程結(jié)束。