基于電容的工作原理

無論在何種情況下，兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體間都會產(chǎn)生電容。在兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體之間，總是存在一個(gè)電場。電場中存儲的能量由驅(qū)動電路供給。因?yàn)轵?qū)動電路是一個(gè)功率有限的激勵源，所以在任何兩個(gè)導(dǎo)體之間的電壓將在有限的時(shí)間內(nèi)建立一個(gè)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(gè)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(gè)電容時(shí)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(gè)時(shí)間的函數(shù)。當(dāng)電壓階躍剛開始時(shí)，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(shí)，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(shí)間范圍內(nèi)，電容看起來就像一個(gè)短路連接。

隨著時(shí)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(shí)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(gè)很小的泄漏電流存在。此時(shí)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(gè)時(shí)間范圍內(nèi)顯示為電容特征，而在另外的時(shí)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(shí)，其電感通常足以使整個(gè)元件呈現(xiàn)為電感特征。該電容的階躍響應(yīng)在零時(shí)刻會出現(xiàn)一個(gè)微小的脈沖，也許僅有數(shù)百皮秒（對應(yīng)于引腳電感大?。又陆抵亮?，隨后才是一個(gè)正常的容性上升斜線。


如果階躍激勵源的上升時(shí)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(shí)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(shí)間和設(shè)定掃描時(shí)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(gè)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(shí)間是TR，接近零時(shí)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(shí)間
FA=近似分析頻率


通過直觀地平均整個(gè)時(shí)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(jì)算出應(yīng)于一個(gè)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(shí)的阻抗。


僅從一個(gè)階躍上升時(shí)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