如何理解电容的充放电过程?

 

A:对这个问题,也许公式和函数我们都记得的,但对它的具体过程可能会有理解不透。

电容的充电放电过程我看最好用“充水”的模型来帮助理解。作为基本模型,我们假定有固定水压---对应衡定电压,固定流量---对应衡定电流的模型,如图。

先看上边的衡压输入模型:

  • 假设有一个无限大的水库给一个水杯充水,那么,自从开始充水起,水位就会逐渐上升。
  • 从上升的速度看,是先快后慢,直至无穷小;
  • 从充水的流速看,是流量是先大后小,直至无穷小;
  • 从两边的水压差看是先大后小,直至无穷小。

这样,在经历无穷大的时间后,水杯的水位与水库的水位持平。在上述过程中,用于电路理解方面最有用的是流速和压差。

压差趋于无穷小意味着充水水流也趋于无穷小,这意味着就那么充水的流速也无穷小,是永远无法“充满”的----两边的水平是永远无法真正持平的。

回到电路上来。我们假设一个电路的时间常数RC小,则表明它容易满足电路的电流要求,否则,表明它在满足电流要求方面能力不足----就象我们一个人工作能力那样。对应地,如果是RC常数大,也相当于工作压力大、阻力了。当然,实际电路有时出于需要是有意设置合适障碍----特地加大它的“工作压力”的,这一点就是我们电路设计和调试时不断地修改电路参数。

 对于衡流充电放电的情况是相似的。理想的衡流充电/充水,不能再用图上边而要用下边的模型,不然就成了积分模型了。具体情形大家可以结合实际想象一下----衡压输入的电路虽然是积分,但电流不是固定的,而电压也是逐渐减小的,因而,该模型是正确的。

需要说明的是,对应于下图中的电路模型,我们要注意区别为什么它们的电路模型不同。对照模型图,衡压充水/充电时由于用节流孔的限制来控制流量的,因此,电阻对电容是串联的----注入的水丝毫无损地存到了电容里。与此相反,衡流模型中水是边注入边流出的,因此,电阻是并联。至于模型中谁是电容C,不用解释了吧?

实际电路的问题:这里我们给出的模型是理想模型,比如衡压/恒压,衡流/恒流,实际上由于系统的响应速度(负载能力)有限,因此在开始时刻的冲击负载下可能满足不了,因此与理想情况有所差异。这些差异如:启动----打开阀门的时间不能地瞬间完成→对应→电路上升沿不够徒峭;水压不能维持恒定→对应→电源电压波动;系统反应速度慢→对应→电路常数等。这些情形类似于冲击负载,象开关电源的开关开启或关断瞬间(波形上升或下降边沿),电路的变化都属于最激烈的时刻,就象飞机起降,孕妇待产等的样子----看来呀,万事开头难,结束也难哪----结束难不是我们平时所常说的,算个有始无终吧----电源中的保护电路都为它们而设置的。

 

 

 

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