我读过关于电容负载的文章。但它实际上意味着什么?只是问了这个问题以获得直观的答案,并且还知道当有人说负载是电容性时我应该理解什么。
问题一:
当我们有一个容性负载时,我知道电流在相位上领先于电压,因此,我们将在电压达到其最大值之前获得电容器上的电流。
但是当有人说“这是一个电容性负载”时是什么意思,当有人这么说时我应该(直觉地)理解什么?
问题2 :
如果还可以添加“为什么电容负载的输出阻抗应该很低?”,那就太好了。
我读过关于电容负载的文章。但它实际上意味着什么?只是问了这个问题以获得直观的答案,并且还知道当有人说负载是电容性时我应该理解什么。
问题一:
当我们有一个容性负载时,我知道电流在相位上领先于电压,因此,我们将在电压达到其最大值之前获得电容器上的电流。
但是当有人说“这是一个电容性负载”时是什么意思,当有人这么说时我应该(直觉地)理解什么?
问题2 :
如果还可以添加“为什么电容负载的输出阻抗应该很低?”,那就太好了。
但是当有人说“这是一个容性负载”时是什么意思
这意味着负载的行为就像一个电容器。您必须在其两端的电压发生变化之前为其充电。
为什么容性负载的输出阻抗应该很低?
因为如果你想改变这个负载上的电压,你必须提供一个很大的电流。您需要一个低阻抗负载来提供电流而不会出现电压下降。
这只是一个概念模型,不会经受太多审查,但可能有助于让您的思想朝着正确的方向前进。
想象一下你的电路是一根管子。电源是你吹到一端。直流可能是你用稳定的压力吹气,而交流电可能是你吹进吹出。
现在,盖上另一端并在其上放一个小孔……如果你愿意的话,这是一个限制。这是一个阻性负载。恒定压力 = 恒定流量。
对于容性负载,想象一下用气球代替小孔。现在恒压不等于恒流。随着气球/电容“填满”,流动减慢。
大电容器像小电池一样存储电荷。它们随着电压的变化率而吸收更多的电流,就像减震器对坑洞步长或位置变化率 = 速度的反应会产生更大的力一样。电流是力的一个很好的类比,因为它与电机中的扭矩成正比。因此,容性负载就像为较重的车辆选择更大的冲击,以产生更大的力来减慢车轴在颠簸上的速度。搓板路会在轴上产生交流力,并且必须选择减震器以匹配弹簧质量共振以获得最佳阻尼。
所有电容器都有一些有效串联电阻 ESR,因此在某个断点频率处产生最小可能的电阻。然后它们在此之上变得归纳。
使用负反馈的电源具有有限的增益带宽积,因此该增益会降低输出阻抗。因此,随着负载频率的增加,该输出阻抗与低 ESR 并联电容器相反。
对于低阻抗,电容可接受的低阻抗带宽通常只跨越几十年,并且 ESR 也随着电容的体积大小和化学性质而变化。因此,在关键的 SMPS 应用中,通常会看到从陶瓷、薄膜到电解的一系列输出电容。
电容的阻抗定义为直到它们相等的断点频率。
因此,当与有源 LDO 或 SMPS(由负载调节误差定义为上升的低阻抗)配对时,目标是实现接近平坦的输出阻抗,但由于复杂性和容差误差,通常无法实现。
某些负载阻抗的负载调节误差就像任何阻抗分压器一样,作为负载与总的比率(负载+源阻抗)通常指定为 98% 到 99% 或 1% 到 2% 负载调节误差,其中负载可以是静态 DC 或交流。
您的问题是如此基本,以至于无需任何数学或电学知识即可完全直观地回答(如果您愿意并且有勇气接受它)。容性负载只是一个电容器;所以你必须对电容器有一个很好的直观概念。但是你已经从生活中获得了它——一个可以储存东西(空气、水、金钱、数据、电荷、能量、声誉:-)的罐子,你的任务是填充或清空它……快或慢……鱼缸和通信容器是电容现象最流行的流体类比。因此,您可以回答这些罐(电容器)何时会快速充电以及为什么...
现在让我们把类比放在一边,讨论一些“更严肃”的事情。就像这个世界上的任何事物一样,电容性负载既有用又有害:
例如,一个有用的容性负载是 RC 积分电路中的电容器。在这种情况下,它的慢速充电是我们想要的,因为它可以让我们了解通过电压的时间(因此电阻器与电容器串联)。通过这种方式,我们可以制作计时器(555)、斜坡发生器等。
在其他情况下(例如,动态 RAM、采样保持电路、峰值检测器),电容负载也很有用,因为我们用它来存储(存储)数字或模拟数据……但现在我们想要快速为电容充电。在这些情况下,充电电压源必须足够强大,以免“下降”(如您所料)。
严格来说,这种排列是不正确的,因为电容器使电压源短路……但它仍然使用。电容微分器(没有电阻器)是另一个众所周知的例子。
不希望的容性负载是元件和导线的寄生(杂散)电容,导致它们在某种程度上表现为电容器。不需要的电容与电阻或电感的有用属性“平行”出现......或开路(未连接负载)。在这些情况下,不希望缓慢充电。我们知道如何从我们的例程(上面的类比)中解决这个问题——通过低电阻(因此没有电阻)用大电流充电。
容性负载可能会导致数字电路的互补输出出现问题。在高输出电压(“1”)下,它们通过上部晶体管充电(充电电流从输出端流出)。在低输出电压(“0”)下,它们通过下部晶体管放电(放电电流进入输出)。
最后,关于相移......以完全直观的方式解释它是一个巨大的挑战......
想象一下,你慢慢地开始打开水龙头给一个桶装水(水流是“电流”,水位是“电压”)。结果,当“电流”增加时,“电压”增加。
然后开始慢慢关闭水龙头(如您所想,清空水桶:-)。令人惊讶的是,尽管“电流”减小了,但“电压”继续增加。这是所谓的“相移”的一个例子......