如何理解電容的充放電過程?


 

A:對這個問題,也許公式和函數我們都記得的,但對它的具體過程可能會有理解不透。

電容的充電放電過程我看最好用“充水”的模型來幫助理解。作為基本模型,我們假定有固定水壓---對應衡定電壓,固定流量---對應衡定電流的模型,如圖。

先看上邊的衡壓輸入模型:

  • 假設有一個無限大的水庫給一個水杯充水,那么,自從開始充水起,水位就會逐漸上升。
  • 從上升的速度看,是先快后慢,直至無窮小;
  • 從充水的流速看,是流量是先大后小,直至無窮小;
  • 從兩邊的水壓差看是先大后小,直至無窮小。

這樣,在經歷無窮大的時間后,水杯的水位與水庫的水位持平。在上述過程中,用於電路理解方面最有用的是流速和壓差。

壓差趨於無窮小意味着充水水流也趨於無窮小,這意味着就那么充水的流速也無窮小,是永遠無法“充滿”的----兩邊的水平是永遠無法真正持平的。

回到電路上來。我們假設一個電路的時間常數RC小,則表明它容易滿足電路的電流要求,否則,表明它在滿足電流要求方面能力不足----就象我們一個人工作能力那樣。對應地,如果是RC常數大,也相當於工作壓力大、阻力了。當然,實際電路有時出於需要是有意設置合適障礙----特地加大它的“工作壓力”的,這一點就是我們電路設計和調試時不斷地修改電路參數。

 對於衡流充電放電的情況是相似的。理想的衡流充電/充水,不能再用圖上邊而要用下邊的模型,不然就成了積分模型了。具體情形大家可以結合實際想象一下----衡壓輸入的電路雖然是積分,但電流不是固定的,而電壓也是逐漸減小的,因而,該模型是正確的。

需要說明的是,對應於下圖中的電路模型,我們要注意區別為什么它們的電路模型不同。對照模型圖,衡壓充水/充電時由於用節流孔的限制來控制流量的,因此,電阻對電容是串聯的----注入的水絲毫無損地存到了電容里。與此相反,衡流模型中水是邊注入邊流出的,因此,電阻是並聯。至於模型中誰是電容C,不用解釋了吧?

實際電路的問題:這里我們給出的模型是理想模型,比如衡壓/恆壓,衡流/恆流,實際上由於系統的響應速度(負載能力)有限,因此在開始時刻的沖擊負載下可能滿足不了,因此與理想情況有所差異。這些差異如:啟動----打開閥門的時間不能地瞬間完成→對應→電路上升沿不夠徒峭;水壓不能維持恆定→對應→電源電壓波動;系統反應速度慢→對應→電路常數等。這些情形類似於沖擊負載,象開關電源的開關開啟或關斷瞬間(波形上升或下降邊沿),電路的變化都屬於最激烈的時刻,就象飛機起降,孕婦待產等的樣子----看來呀,萬事開頭難,結束也難哪----結束難不是我們平時所常說的,算個有始無終吧----電源中的保護電路都為它們而設置的。

 

 

 


注意!

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