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这一节我们来讲一下:
振荡电路原理浅讲
定义:震荡电流是一种大小和方向都会周期性变化的电流。而振荡电路就是能够产生这种电流的电路。
磁场和电场都发生周期性变化,这种现象叫做电磁振荡。而振荡电路便由此物理现象而命名的。
原理:
若给一个电容充满电,把电容和电感相连成闭环电路
前言提:
因为电容,电压不能突变;电感,电流不能突变。在他们之间就会存在一种能量抢夺的现象。
接下来从简单开始分析:(这是一个电容和电阻构成的简单电路,起初电容充满电)
电容刚开始时因为电荷量最多 ,故那个时候电压差最大;随着时间流逝,电荷逐渐放出给电阻消耗,电压缩减。
然后,把电阻换成电感呢?
从惰性思维上思考,似乎没什么多大变化: 一开始时电流不能突变嘛,一开始电流很大然后电流慢慢变小最后为零。
可事实上并非如此:
我们的电感会在电容刚开始产生的最大值电压下而有感应电动势,这也意味着,电容上有电压,电感上也有电压。所以说,电流的变化不会向上述那样变化了。
所以电流是从0开始增大的(电势差仍存在,电感上的感应电动势不会比电容的高,这是高考知识)——呈正弦曲线变化的电流。
然后电流慢慢减小到零之后。
这个时候,电感会存储完能量了,因为电容已经把所有的能量释放完了。
而电感存储的能量所产生的电压,相对于原先电容所产生的电压是相反方向的。也就是说,这个时候变成了电感给电容充电。
而理想的振荡电路就是这样的:
而实际上不会这样,
我们在学习电路原理的时候我们知道,电感和电容也是存在一丢丢地阻抗性质,而实际电路中也并不会全是电容电感组成的电路。实际电路中存在电阻的——这意味着,电阻会把电容和电感之间互相充电的能量部分转化成为热能消耗。
如果我们增大电阻阻值,会有:(蓝线,震荡快速消失)
如果我们把电阻设置成某个临界值(绿色表示)——振荡就会不存在
电容
电容?你真的了解吗?
Baidu一波:
记住:两个相互靠近的导体 夹一层绝缘介质叫电容。
(这是一个电容充电的过程)
我们说到电容,就会知道它有一个隔直流通交流的特性,也知道它有个充放电的操作。
这里就来浅谈一波电容的性质:
电容是如何充电的呢?
从上图我们知道,电容的右边接的是电源的正极,左边接的是电源负极。
那么 电子 的流动方法是这样
从电源而来的 电子聚集在电容左边的金属板,然后因为电源正极接的是右边,因为电子的互斥性,对于电容而言的左边电子班上的电子多了,互斥性把右边的金属板的电子排斥出去,走向电源正极。
在这里需要注意一下:刚开始的时候因为电容不存在电压差,这自然是电子很容易进电容给电容充电。 而随着电子在电容内的聚集得越来越多,电压差(造成电势场)越大,电源输入的电子就自然“越来越难”进入电容给电容充电。(下图,电压的单位时间变化量“斜率”就能表示电源输入的电子进入电容的难易程度)
然后我们注意到越到后边就越是平缓了。说明电容就接近充满电了
那么我们还可以画出一个关于充入电容的电流波形图:
红色表示刚开始进入电容的电子最容易,也就是电流最大嘛,然后电流慢慢减小。
说到这,我们发现:经过电容的电流的和电压它是存在相位差的!(对应电路原理)
然后电容电压等于电源电压的时候,充电结束,电流为零。
我们讨论完一个基本的原理之后,就想一下,交流电路当中的电容是怎么工作的呢?
我们大概想一下,交流信号他的电压是随时间变化而变化的,那么对应着向电容充放电的电流相位也是随时间变化而变化。
我们假设,电容刚开始没有充过电,是 ‘空的’。则有:
在这里,我们需要确定一点:因为外边交流信号不断地变化,我们不知道实质的刚开始的电流情况。但是,能够让电容充电的波形一定是上图所示的。
所以我们可以通过电容刚充满电的那一瞬间,找出电流情况。
电容充满电后,因为交流信号一直在变化信号嘛,所以电容充满电下一刻肯定是放电了。而对于电容而言,放电的电流肯定与充电的电流是反向,而放电电容电压下降嘛,电子都走了。
所以我们就可以推出来这样子:
电容 ——出来的电压信号相位变了一下而已。
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到这里,得强调一点:为什么电容能够被充电?因为是外部电源供电。也就是说:刚开始给电容充电的电流是由外部电源造成的!而非电容产生的电流。
说到这里,我们就得在想想了:如果电容放在一个简单的直流电路中:
(电阻作用:把电流转化为电压取出;限流)
则有:U0就是出来的信号嘛
(推理过程:先由已知的直流信号分析对应的充电电容的电流,然后根据充电电流分析出电容电压“穿过电容的电流乘以下边那个电阻就得出电容那端出来的电压”)
这说明什么?信号失真了。
这也是说明了一个问题:电容 ——阻低频( “通高频,阻低频”)
那么:脉动信号呢?:(下图)
方波
在这里我们可以想象一下:假若方波
的这个正半周的时间很短呢?短到电容的电流还没来得及下降,他就跳到负半周了。也就是说方波的频率比较高。
那么是不是就存在这种情况:
这是不是就有力说明通高频了呢? (也就是说,信号高频,趁电容没反应过来,高频信号下把电容搞成了导线一般通过了)