無論在何種情況下,兩個具有不同電位的導(dǎo)體間都會產(chǎn)生電容。在兩個具有不同電位的導(dǎo)體之間,總是存在一個電場。電場中存儲的能量由驅(qū)動電路供給。因為驅(qū)動電路是一個功率有限的激勵源,所以在任何兩個導(dǎo)體之間的電壓將在有限的時間內(nèi)建立一個穩(wěn)定狀態(tài)值。隨著能量的注入,電壓會很快地建立或衰減,其中對電壓的阻力稱為電容。例如兩個平等金屬板的結(jié)構(gòu),在低電壓下包含了大量電荷,所以電容就很大。
圖1.5顯示了由30歐激勵源驅(qū)動一個電容時理想的電流和電壓波形,電容階躍響應(yīng)的上升變化顯示為一個時間的函數(shù)。當(dāng)電壓階躍剛開始時,大量的能量流入電容,從而建立起它的電場。進(jìn)入電容的初始電流相當(dāng)高,而電壓階躍剛開始時,大量的能量流入電容,從而建立起它的電場。進(jìn)入電容的初始電流相當(dāng)高,而電壓與電流的比值Y(T)II(T)非常低。在很短的時間范圍內(nèi),電容看起來就像一個短路連接。
隨著時間的推移,比值Y(T)II(T)逐漸增大。最終,電流下降至接近于零,電容此時看起來像開路一樣。最后,電容內(nèi)的電場完全建立,由于電介質(zhì)非理想的絕緣性質(zhì),電容兩極之間只有一個很小的泄漏電流存在。此時的Y(T)II(T)比值非常高。
有此電路元件的階躍響應(yīng)在某個時間范圍內(nèi)顯示為電容特征,而在另外的時間范圍內(nèi)顯示為電感特征,或者相反,舉例來說,電容的安裝引腳在非常高的頻率時,其電感通常足以使整個元件呈現(xiàn)為電感特征。該電容的階躍響應(yīng)在零時刻會出現(xiàn)一個微小的脈沖,也許僅有數(shù)百皮秒(對應(yīng)于引腳電感大小),接著下降至零,隨后才是一個正常的容性上升斜線。
如果階躍激勵源的上升時間太慢,輸出曲線的軌跡將不會出現(xiàn)電感性尖脈沖。由于脈沖非常短,如果示波器的掃描時間基準(zhǔn)設(shè)定得太慢,也很容易會錯過。令人感興趣的是,通過調(diào)整上升時間和設(shè)定掃描時間基準(zhǔn),我們可以使電路元件的階躍響應(yīng)測量結(jié)果在某個特定頻率范圍內(nèi)特征更加突出。概括來說,如果階躍上升時間是TR,接近零時刻的階躍響應(yīng)與電路元件在頻率FA附近的阻抗大小有關(guān):FA=0.5/TR
其中,TR=階躍激勵源的上升時間
FA=近似分析頻率
通過直觀地平均整個時間周期上的階躍應(yīng)值,我們可以休息出較低頻率上的阻抗大小。采用上式可以計算出應(yīng)于一個平均周期值TR的近似分析頻率。
階躍響應(yīng)的最終數(shù)值顯示出了直流時的阻抗。
僅從一個階躍上升時間TR,我們無法推斷出比FA更高的頻率分量上更多特性。只有階躍激勵源的信號頻率足夠高,才能確保揭示出所想要看到的情況
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電容
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