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1、为什么“电容上的电压不能突变”?
①公式:
Q=I*dt;U=Q/C=(I/C)*dt
如果要求电容突变,也就是在dt趋近0时,U产生突变,那需要C趋近于0。
②原因:
电压变化的本质是电容两极板电荷差的变化。电荷的积累需要时间,所以电压不能突变。
③直观理解:
往一个空的池塘(空电容)里注水,一开始即便水流量特别大(充电电流大,即单位时间内电荷量大),但是池塘内也不能在瞬间产生水压(电压),需要水(电荷)逐渐充满池塘(电容),才能产生较大的水压(电压)。
2、为什么电容充电需要串联一个电阻R?
开始充电瞬间,电容两端电压=0,相当于短路。整个电路的电阻=电源内阻+导线电阻(忽略)如果电源内阻小,充电电流会非常大,电阻R起到一个保护电阻的作用,用来限制充电电流,保护电容内部电路。
3、电容充电公式推导
对知乎答案的补充,原文链接:https://www.zhihu.com/question/515242479
4、仿真验证
取R=1K,C=1pF,τ=1ns,脉冲高电平=1V,对充电曲线仿真
①电路图
仿真结果如下:和计算结果一致,t=4τ=4ns时,电容充电到0.9817V
对电阻R进行扫描,感受不同时间常数下,电容充电速度。说明时间常数越大,充电越慢。
仿真过程中遇到一个问题,没有想明白:
如果用恒流源vdc给电容充电,是仿真不出充电过程的,电容电压初始值=电源电压。
https://www.zhihu.com/question/330384823