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對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō),電容為什么相當(dāng)于是短路?

h1654155971.8456 ? 來(lái)源:硬件工程師煉成之路 ? 作者:硬件工程師煉成之 ? 2022-04-19 15:08 ? 次閱讀
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做硬件的應(yīng)該都學(xué)過(guò)模電,我也不例外,大學(xué)還是作為第一本專(zhuān)業(yè)書(shū)來(lái)學(xué)習(xí)的,當(dāng)然這是好多年前的事兒。

模電中分析三極管電路的時(shí)候,一般會(huì)分析2種情況,直流通路和交流通路。以下截圖就是模擬電路教材的交流通路的分析:

8a9894e6-bf90-11ec-9e50-dac502259ad0.png

其中有兩句話值得看一看:

1、容量大的電容視為短路

2、無(wú)內(nèi)阻的直流電源視為短路

關(guān)于這一點(diǎn),有疑問(wèn)的人應(yīng)該不在少數(shù),電容視為短路還好理解一點(diǎn),電源也視為短路,有點(diǎn)懵。。。有下面這樣解釋?zhuān)?/p>

電源由于其電壓恒定不變,即電壓變化量等于零,故在交流作用下相當(dāng)于短路電源Vcc的內(nèi)阻很小,相對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō),電源Vcc與地GND之間相當(dāng)于短路

不知道大家覺(jué)得這個(gè)解釋如何,我是看不出來(lái)有啥因果關(guān)系的.

那如何能通俗理解呢?關(guān)于這一點(diǎn),我其實(shí)想了不少,也查了不少的,最終自己有個(gè)想法吧,供參考。

什么是短路?

這還不簡(jiǎn)單,兩點(diǎn)之間用一根導(dǎo)線連接起來(lái),他們之間的阻抗為0,短路最直接的特征就是阻抗為0。

8ab9ac08-bf90-11ec-9e50-dac502259ad0.png

也可以說(shuō),如果兩個(gè)點(diǎn)之間阻抗是0,那么我們也就說(shuō)它們是短路的。短路之后最直接的現(xiàn)象就是,短路的兩點(diǎn)信號(hào)波形一模一樣。感覺(jué)像是在說(shuō)廢話。

對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō),電容為什么相當(dāng)于是短路?

交流信號(hào)就是指有變化的信號(hào),也就是說(shuō)有頻率,即使看起來(lái)雜亂無(wú)章的無(wú)周期的音頻信號(hào),經(jīng)過(guò)傅里葉變換展開(kāi),也就是各種頻率的正弦波,只是有很多頻率分量而已。

電容的阻抗是1/jwC-----(w為角頻率=2pi*f,C為電容量)

直流信號(hào)的頻率可以看成為0Hz,它在分母上,所以電容對(duì)直流的阻抗就是無(wú)窮大,也就是說(shuō)電容對(duì)直流信號(hào)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于開(kāi)路(開(kāi)路的特點(diǎn)就是之間阻抗無(wú)窮大)。

而對(duì)某一頻率的交流信號(hào),電容容量越大,阻抗越小。當(dāng)阻抗小到可以忽略不計(jì)的程度,可以看成是0Ω,那也就是相當(dāng)于短路。

舉個(gè)例子:

8accff7e-bf90-11ec-9e50-dac502259ad0.png

信號(hào)的頻率是1Khz,電容100uF,那么容抗就是1/jwC=1.6Ω,相對(duì)于電路中其它的1K,2K的電阻,這個(gè)1.6Ω確實(shí)很小。因此,為了方便分析電路,我們即使把它當(dāng)作0Ω來(lái)看待,也可以得到基本正確的結(jié)果(當(dāng)然,這里對(duì)交流信號(hào)來(lái)說(shuō)的,直流肯定不行),那么就是說(shuō),這個(gè)100uF此時(shí)是相當(dāng)于是短路的。

當(dāng)然了,如果電容容量減小1000倍,是100nF,那么阻抗就是1.6K,顯然不能忽略了,也就不能相當(dāng)于短路了。這也是為什么教材里面說(shuō)容量大的電容才能相當(dāng)于是短路的。

我們可以分別對(duì)100uF和100nF的情況做一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真,看是不是這樣。

8ae29ea6-bf90-11ec-9e50-dac502259ad0.png

可以看到,在100uF的時(shí)候,B點(diǎn)的波形和A點(diǎn)一模一樣(不管直流分量)。而在100nF的時(shí)候,B點(diǎn)的波形與A點(diǎn)差很多,幅度和相位都不一樣。

所以說(shuō),只有電容足夠大,電容才能看成短路,那具體是多大叫足夠大呢?

這個(gè)就要看具體電路。我們不能說(shuō)100uF一定可以看成短路,也不能說(shuō)100nF一定不可以看成短路。

如果我們考慮的交流信號(hào)是1Mhz的,那么100nF電容的阻抗就是1.6Ω,100nF在此時(shí)可以看成是短路的。

如果頻率是1Khz不變,而上面電路中的電阻都是1MΩ的,那么盡管此時(shí)100nF電容的阻抗還是1.6K,但是比起1MΩ電阻來(lái)說(shuō),還是夠小的,我們把它看成短路,也是可以的。

總的來(lái)說(shuō),電容多大叫夠大,要看信號(hào)的頻率,所處位置其它器件的總的等效阻抗是多大。電容的阻抗如果遠(yuǎn)小于所處位置的其它器件總的等效阻抗,那么就可以看成是短路的,反之就不可以。

對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō),電源為什么相當(dāng)于是短路?

上面這個(gè)電路,如果我們將電容換成直流電源,那么會(huì)發(fā)生什么呢?A點(diǎn)輸入交流信號(hào),B點(diǎn)一定會(huì)獲得一個(gè)一模一樣的交流信號(hào)。

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這個(gè)很容易理解,假如A點(diǎn)的電壓增大△U,因?yàn)锳和B直接是恒壓源電源,兩端電壓恒定,就是VCC,那么B點(diǎn)的電壓一定也增大△U。這么看,不就是相當(dāng)于A和B直接接到了一起嗎?阻抗為0。

因?yàn)樗鼈儌z的波形總是一模一樣的,沒(méi)有任何差別。如果阻抗不是0,那么放入到電路中,它們之間的阻抗一定會(huì)同電路中其它的器件構(gòu)成分壓,導(dǎo)致波形不一樣。

我們也可以看下仿真波形

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圖中加了一個(gè)3V的電源,替代之前的電容,可以看到,兩點(diǎn)之間的波形也是一模一樣的,只是直流電壓有個(gè)3V的壓差。

所以,對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō),電源就相當(dāng)于是短路的,即電源正負(fù)極相當(dāng)于是用一根導(dǎo)線接到一起了,之間交流阻抗為0。

當(dāng)然嚴(yán)格來(lái)說(shuō),實(shí)際中電源都有內(nèi)阻r,只是比較小,能忽略掉的話才是相當(dāng)于是短路的。另外,標(biāo)題說(shuō)“電源相當(dāng)于接地”,其實(shí)不是很準(zhǔn)確,只是一般一個(gè)電路,電源負(fù)極就是地,所以,對(duì)于交流信號(hào)來(lái)說(shuō),也就是電源正極VCC相當(dāng)于接地了。

除此之外,我們應(yīng)該可以想到,在分析交流信號(hào)時(shí),電源相對(duì)于電容,是更可以看成短路的。畢竟,電容對(duì)信號(hào)頻率,所處位置的阻抗有要求,而電源基本沒(méi)啥要求,只要是交流信號(hào),內(nèi)阻足夠小的電源都可以看成是短路的。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:交流等效電路,電源相當(dāng)于是接地?

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