電路的容、感、阻性的直觀觀察

相信很多電子專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)模電時(shí)都對(duì)電路的感性還是容性困惑過吧，這次我用仿真軟件對(duì)電路的感容性進(jìn)行直觀的觀察，希望能給初學(xué)者一點(diǎn)啟示。
電容、電感和電阻都是電抗元件。若一個(gè)電路中含有兩種或以上的電抗元件時(shí)，什么元件電抗最大，電路就表現(xiàn)出它的性質(zhì)。也就是說，當(dāng)電容最大時(shí)，電路呈現(xiàn)容性；當(dāng)電感最大時(shí)，電路呈現(xiàn)感性；當(dāng)電阻最大時(shí)，電路呈現(xiàn)阻性。電容、電感和電阻都可以對(duì)交流電流起阻礙作用，這種阻礙作用可以用“電抗”來表示。既然都是對(duì)電流起阻礙作用，那么為什么還要分容性、感性和阻性呢？原因就在于這三種元件對(duì)交流電的相位影響不一樣，純電容電路的電壓滯后于電流π/2個(gè)周期；純電感電路的電壓超前于電流π/2個(gè)周期；純電阻電路的電壓與電流的相位相同；如圖1所示。有了這個(gè)規(guī)律，我們就可以從電路的電流電壓相位關(guān)系上直觀的觀察電路的性質(zhì)了。


當(dāng)電路中同時(shí)出現(xiàn)電容電阻電感這三種元件時(shí)，這三個(gè)作用會(huì)同時(shí)純?cè)?，哪個(gè)作用最強(qiáng)烈，電路就會(huì)呈現(xiàn)它的性質(zhì)。
電路的性質(zhì)是如何在這三種性質(zhì)間變化的呢？下面就讓我們用圖像直觀的觀察下，它能使我們更加感性地理解電路的各種性質(zhì)的特點(diǎn)。這次實(shí)驗(yàn)的工具是multisum10，它是一種精密的模擬電路仿真軟件。進(jìn)入multisim10，按圖2連接電路圖，右邊A、B之間是由電容、電阻和電感組成的一段電路，它可能表象容性或是感性也可能是阻性；通過觀察電路中的電流和電路兩端的電壓相位關(guān)系就能直觀的看到電路地性質(zhì)。


圖2



在圖2中，要想知道A、B間的電路呈現(xiàn)什么性質(zhì)，只要測(cè)量出其中的電壓電流關(guān)系。電壓可以由示波器直接測(cè)量，為了能在示波器上直接觀察A、B間的電流大小，我在電路中串聯(lián)個(gè)小阻值電阻R3，它可以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，它兩端的電壓大小是和電路中的電流成線性比例關(guān)系的，測(cè)量它兩端的電壓波形就能知道電路中電流的波形。
現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)開始，我們讓電源的頻率從低到高的變化，觀察A、B之間的電壓電流關(guān)系。
第一步，把電源的頻率調(diào)為100Hz，觀察示波器A、B通道的波形如圖3所示；圖中帶三角形標(biāo)記的波形是通道A的波形（也就是R3兩端的電壓波形），它與電路中電流波形同相；沒有做標(biāo)記的波形是B通道波形，也就是電路A、B間的電壓波形。從圖中可以看出電壓相位基本滯后于電流π/2個(gè)周期，說明電路A、B間容性占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。此時(shí)電路中的電抗主要來自電容C1。.


圖3



第二步，把電源電壓頻率提升到5kHz，觀察示波器波形如圖4所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)電壓的相位仍然滯后于電流，但是差距明顯變小了。這說明電路的性質(zhì)正在向純阻性轉(zhuǎn)變！




圖4



第三步，根據(jù)RL串聯(lián)電路的諧振規(guī)律公式：file:///C:/DOCUME%7E1/ADMINI%7E1/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image014.gif，可以算出這個(gè)電路的諧振頻率是64335Hz。下面我們就把電源的頻率調(diào)到64kHz，繼續(xù)觀察示波器波形，如圖5所示。這次電路中電壓與電流的相位同相了，這說明電路基本呈現(xiàn)出了純阻性！




圖5



第四步，繼續(xù)增加電源頻率到1MHz，觀察示波器波形，如圖6所示?？梢钥闯鲭妷旱南辔灰呀?jīng)超前電流的相位了，差距在0——π/2之間，說明電路已經(jīng)呈現(xiàn)出了一定的感性，但是還沒達(dá)到純感性電路的水平。




圖6



第五步，增加電源頻率到50MHz，示波器波形如圖7所示，可以看出電壓相位已經(jīng)超前電流相位接近π/2周期，說明A、B之間的電路基本呈現(xiàn)出了純感性。
通過了直觀的實(shí)驗(yàn)觀察你是不是對(duì)電路地性質(zhì)有了更深的了解了呢？呵呵！




圖7