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热度 1 hailanyun0415 2017-12-21 01:25

电感暂态特性以前有些教材上的电路图不太好，只有一个电阻，而且开关的位置也不好，无法体现电感电压突变但电流不突变的特性。下面这个动画就清晰很多。（电脑上看没问题，但不太适合用手机看，我用iphone传到qq上以后发现gif的暂停会变得混乱。） R1为限流电阻避免烧毁电源，开关和 R2 的位置保证电感任意时刻都会处于某一个回路中。电压表、电流表、电源的正极都在上方，指针右偏时读数0，左偏时读数0 ，竖直向上时读数=0 。假设开关闭合前电感已放磁完毕，闭合那一刻为t10， t10+时电感看成断路， τ=L/(R1//R2) ，过段时间后充磁完毕，将R2短路。假设开关打开前电感已充磁完毕，打开那一刻为t20， t20-时电感看成电源（有的教材上认为是短路，不过我觉得电源更好。），对R2释放能量。 τ=L/R2 ，过段时间后放磁完毕。上课试了下，动画太快了看不清。另外，还想把充磁放磁、零状态响应、零输入响应等概念塞进去，就做成了下面这个静态图。放磁开始时存在一个比U更高的电压，拔插头时，有时会有电火花，应该和这个高电压有关吧。电容暂态特性为了和电感对应也做一个好了。电容的情况要好理解一些，因为可以用极板电荷数量不突变来解释。 R1为限流电阻避免烧毁电源，开关和R2的位置保证电容任意时刻都会处于某一个回路中。电压表、电流表、电源的正极都在上方，指针右偏时读数0，左偏时读数0。假设开关闭合前电容已放电完毕，闭合那一刻为t10， t10+时电容看成短路， τ=(R1//R2)C ，过段时间后充电完毕，电流从R2流回电源。假设开关打开前电容已充电完毕，打开那一刻为t20，t20-时电容看成电源，对R2释放能量。 τ=R2 C ，过段时间后放电完毕。如果戴维南定理用得很熟练的话，更容易理解 τ 的计算。电阻的电压、电流有时突变，有时不突变。要是再多几个元件就不好分析了。把充电放电、零状态响应、零输入响应等概念塞进去，就做成了下面这个静态图。 ================================ 以前用flash做过两个电容的充放电，可以鼠标点击开关、改变电阻电容大小，观察电压电流的实时变化，可惜电场线还是没画好。而且一直没做电感充放磁，估计是怕麻烦吧，而且也担心做了个错的东西传上来误人子弟。下面是一些相关的链接，有的是在教大学物理时做的，不过我现在已经不记得当时为什么要做这些东西了。链接：【可调】电容.漂亮的充放电函数图链接：【可调】电容.改变的那一瞬间发生了什么链接：【三维.不可调】磁感“线” 链接：【可调】螺线管磁感线模型链接： C、D、E分别代表什么？链接： L、H、B分别代表什么？ swfcabin 很早以前就打不开了。有的链接博文的最下方有播放器和swf文件下载，不过下载后Chrome会报警告，在意这一点的就不用下载了。

个人分类: 电子电工技术|9206 次阅读|2 个评论

动图秒懂超前滞后

热度 5 hailanyun0415 2017-11-3 12:59

由于 Sin 在求导或积分后会出现 Sin ，所以对于接上了正弦波的电感、电容，横坐标为 ωt 时可以观察到波形超前滞后的现象，直接从静态的函数图上看不太容易理解，还是做成动画比较好。下图是电感的，用红色表示电压，蓝色表示电流。如果接上理想的直流电压表、直流电流表，可以观察到电压的变化超前于电流，电流的变化滞后于电压。时间增加时，纵坐标轴及时间原点会随着波形一起往左移动。如果把波形画在矢量图右方，就是下面这种动画，但横坐标右方是过去存在的波形，指向过去，是- ωt 。虽然波形反过来了，但电压的变化仍然超前于电流，电流的变化仍然滞后于电压。时间原点一直随着波形往右方移动，函数图中的纵坐标轴并未与横坐标交于原点，交点所代表的时间一直在增加。如果不注意，超前滞后的判断很容易出错。理解超前滞后这一概念用相量图是最好的，从测量数据来观察或者从静态波形上观察都不太直观而且容易出错。下图是电容的。电压的变化滞后于电流，电流的变化超前于电压。坐标系右方是未来，左方是过去。横坐标是- ωt 时，电容的电压的变化仍然滞后于电流，电流的变化仍然超前于电压。因为此坐标系左方是未来，而右方是过去。下图是电阻的。电压函数电流函数同相。下图是三者串联的情况，没画相量图和波形图。但从指针的变化可以判断：电流相同时，电感和电容的电压函数反相。没画总电压，因为总电压有可能超前于总电流，也有可能滞后于总电流，也有可能两者同相，同相时为谐振状态。以前还做过这种，元件右边标的是电压电流的参考方向。用不同的颜色描述电压的大小，蓝色黄色红色；用不同的粗细和箭头描述电流的大小和方向，而且把电感、电容充能的效果也做进去了，电流最大时电感磁场能最大，电容电场能最小。但是，就解释超前滞后这一概念的话，指针表的动画更直观。

个人分类: 电子电工技术|36561 次阅读|6 个评论

C、D、E分别代表什么？

热度 1 hailanyun0415 2014-11-7 20:16

1.电容器与电容C 电板中间夹住电介质（绝缘体），通上电压U 以后发现极板上能容纳电荷，所以把这种元器件叫做电容器。并联不同的电容，测量后发现每组极板上的电量Q 都不一定相同。为了解释这个区别，引入电容C C=Q/U 用来描述电容容纳电荷能力的大小。C与U、Q无关，由电容的横截面积S 、面板间距d 、电介质电容率ε 决定。理解这一点很容易。可以回想一下电阻（一般的线性电阻）的公式：R=U/I 用来描述电阻阻碍电流能力的大小。R与U、I无关，由电阻的横截面积S、长度l、电阻率ρ决定。是不是很类似？事实上交流电路里面容抗1/( $\omega$ C)和电阻R的量纲一样都是欧姆，有兴趣的人可以用量纲推导出来。 2. 电场强度E 在匀强电场中 U=E d，只要U、d固定，不管S和ε怎么变，电场强度E都是固定的。但C和Q会随S和ε的变化而变化。 3. 电位移矢量D 有没有这样一个物理量，不管d和ε怎么变，都会是固定的？我们得换个电路。电容充满电以后，极板上会存在Q。这时候，把电源换成电压表，假设电压表电阻很大，电流很小，放电时间很长，短时间内可以认为Q没有改变。对于平行板电容，D=σ=Q/S。如果有一种电路，Q、S能固定，那么不管d和ε怎么变，D都是固定的。上图用不同颜色表示不同的电介质，如果电荷Q和面积S不变，D就不会变。更换电介质会导致U和E发生变化。改变间距d不会改变E，但会改变U。具体的改变可以见下表。↑表示增加，↓表示减小，―表示不变有人可能会有疑问，D的大小既然就是σ，那为什么还要多此一举的引入一个D？直接用σ不好吗？首先，是一个矢量。σ是个标量。其次，D=σ应该是平行板电容所特有的，换成圆柱电容，D=λ/(2πr)。虽然 λ dl/(2 π r dl) 确实也是σ，但至少在形式上还是有很大的差别。电磁波在真空中传播时也有D = ε 0 E ，但没有 σ。对于各项同性的电介质，D=ε E，尽管D不变，但E会因为ε的改变而变化。不过这种电路里间距d不会使E发生变化，改变的是U，从电压表上可以读出来。上面动画所演示的这个实验我并没做过，是从读大学时的教科书里翻到的。当然该实验不可能一直循环下去，变化的电场会激发电磁波消耗能量，插几次以后极板上就不会有电荷了。本来准备把这个实验做出来，算了下后发现不太现实。一般的电压表内阻大概在8M以上，假设电量在放电的第10秒衰减到1/e，那么根据τ=RC可以算出C为1.25μF。这是个什么概念呢？我本来是准备用两块大铁板来当电容极板，然后往中间插泡沫塑料的。插之前如果电容为1.25μF，假设铁板间距为1mm，则面积需要141平米，如果是正方形，边长接近12米了，几乎是我身高的7倍……估计是搬不动的。按我的实力来算，大概能搬动边长2米的铁板吧。仍然假设间距为1mm，则电容约为0.035μF，那么串联上内阻8M的电压表，只需要0.28s电量就衰减到1/3左右了（e≈3）。完全没有去做这个实验的信心了。或许可以把电压表换成两块铁板，然后中间放个带电小球，根据小球的偏转角度判断E的大小。如下图：动画看上去似乎很简单，但估计也是个没办法在三次元中实现的实验。回到我们第一个电路。如下图，如果U和d不变，E就不会变，更换电介质会导致Q和D发生变化。改变面积S不会使D发生变化，但会改变Q。具体的改变可以见下表。↑表示增加，↓表示减小，―表示不变这个实验麻烦的地方就在于无法测量极板上的电荷数量，那么就无法验证结果了。我确实不是一个好的实验设计师。不要被我的数据、公式、表格吓到了，这大概花了我两天。实力比我强的人应该能在半天内完全看懂，并把磁场、电感的也情况也相对应的推导出来。不过大部分人不会愿意在这种无聊的、赚不到钱的事情上花时间吧。 4.其他有没有这样一个物理量，不管d和S怎么变，都会是固定的？目前已经出现了8个物理量：U、E、d、D、Q、S、C、ε 第2点利用了 U=Ed ，第3点利用了 D=Q/S ，还剩下 C=εS/d 。一个可能的结论是：d和S的变化如果导致S/d没有发生变化，那么C仅仅与ε有关。勉强可以和前面两个结论对应起来吧。 S/d会是个什么物理量？如果把电容的一个面板和螺线管的一个圈对应，电容正负面板距离和螺线管的长度对应，1/d或许能对应n，在螺线管中，n是单位长度上的匝数，那么在电容中，1/d或许可以看出单位长度上的面板个数。想象一下吧，在电容的两块极板中间再多加N块极板，单位长度上的面板个数就变成N/d了。对于螺线管来说，n越大L越大，能储存更多的磁能。对于电容来说，两级板间插入的金属板越多（不能相互接触），电容是不是也会越大呢？估计这种工艺很难实现也没什么价值吧。未完待续……

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规模宏大的“电容”杯！——绝技八四乒乓球锦标赛实录

max 2013-3-24 22:49

MAX 新闻最新消息：虽然倒春寒，但是双元电气今天迎来了绝技乒乓球锦标赛以来最大规模的一场比赛。除老选手大山、老顽童和阿哥之外，还有三位夫人和一位电容器女专家、装修人士，总共 8 位选手。但是，除过三位老对手外，其余选手未计算成绩，所以不计分。其实，今天的三位老对手基本知根知底，所以基本是波澜不惊的：阿哥虽然对民主自由锋芒毕露，但乒乓球确实技高一筹，以场次 6:0 ，局数 12:2 ，总比分 148:83 ，绝对战胜了老冠军大山；阿哥对老顽童反倒没有胜大山那么轻松，虽然场次 2:0 ，局数 4:0 ，但是分数 47:31 ，平均每局胜 4 分，优势还没有对大山大。大山对老顽童，那简直就是“小菜半碟”：总场次 3:0 取胜，局数虽说 6:2 听起来也不错，但是连续两个 2:1 还是很悬的，尤其分数优势几乎次次总领先 2 分。其中一局在 0:9 落后情况下，竟然对老顽童翻盘。比赛结果：阿哥第一，取 5 分；大山第二， 3 分；老顽童还是和往常一样，取得参与分 1 分。这样比赛后，阿哥名次提前一位。绝技八四乒乓球锦标赛总排名（截止 201 3 年 3 月 24 日）序号选手积分名次 1 大山 85 1 2 老顽童 68 2 3 武松 33 3 4 阿哥 14 4 5 涛哥 11 5 6 青海 9 6 7 小森 6 7 8 带头大哥 6 7 9 小吕 4 9 10 连长 4 9

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【可调】电容.改变的那一瞬间发生了什么

热度 2 hailanyun0415 2012-7-23 00:27

flash文件较大，可能需要等2分钟并刷新几次页面才能看到。大图 http://www.swfcabin.com/swf-files/1342968172.swf 本次课件实现的功能有： 1. 改变电阻、电容时，不会出现暂停。 2. 由于电流有正负，所以电路图中指示电流方向的闪烁箭头不需要反向。 3. 由于改变电容时的放电现象有可能使电源电流为负，所以电容负极板节点增加红色模块表示电压大小为负。 4. 函数图像出现后，将鼠标靠近曲线时，中间会出现一根双向箭头直线指向曲线上的点，右边会显示该点的电压、电流、时间、电阻、电容。上个动画虽然花了我很多精力，不过缺点还是很明显的，由于使用三要素法计算电压，每次改变电路状态都需要暂停，而且还无法反映改变电容所造成的影响，所以新做了一个。方程不知道C 的表达式是无法求解的，所以只能把 d 换成Δ。 $\frac{10-U_C}{R_1}=\frac{U_c}{R_2}+\frac{d(C U_C)}{dt}=\frac{U_C}{R_2}+\frac{C' U'_C-C U_C}{\Delta t}$ 整理以后得到： $U'_C=\frac{C U_C}{C'}+\frac{1}{C'}(\frac{10}{R_1}-\frac{U_C}{R_1}-\frac{U_C}{R_2})\Delta t$ 直接设定好数组，进行迭代就行了。 C 、 U C 为前一组数据， C',U' C 为下一组数据。Δ t 越小越好，通过调试发现， C 在 100-1000 μ F 范围内变化时，Δ t 必须小于 0.05s 。 Δ t=0.15s 时，改变电容画出的曲线误差很大,没有电感，应该不会出现震荡的。 Δ t=0.1s 时，改变电容画出的曲线仍然出现误差，电流在电容放电过程中不可能为正。 Δ t=0.05s 时，电容从 1000 μ F 变至 100 μ F ，画出的曲线没有出现震荡。电压源只有 10V ，如果将电路中的一个处于 8.333V 状态下充满电的 1000 μ F 的电容在 0.05s 之内调小至 100 μ F ，电路中等效电阻约 1k Ω时，电压最高可达到 83V ，电流最高可达到近 90A ，使电压源反向充电约 0.15s 。 $U'_C=\frac{C U_C}{C'}+\frac{1}{C'}(\frac{10}{R_1}-\frac{U-C}{R_1}-\frac{U_C}{R_2})\Delta t$ 巨大电压的原因是公式中 U C 前的参数 C/C' 引起的，电容从 1000 μ F 变至 100 μ F ， C/C'=10 ，所以电压约扩大 10 倍。如果在改变电容的同时增加电阻的大小，能延长放电时间，造成更大的破坏。 t （ s ） U C （ V ） I C （ mA ） R 1 （ k Ω） R 2 （ k Ω） C （μ F ） 7.70 8.333 0.001 1 5 1000 7.75 83.328 -89.993 1 5 100 7.80 38.331 -35.997 1 5 100 7.85 20.332 -14.399 1 5 100 7.90 13.133 -5.76 1 5 100 7.95 10.253 -2.304 1 5 100 8.00 9.101 -0.922 1 5 100 8.05 8.641 -0.369 1 5 100 变小电容时，电压会在上方超出量程，第一次没有增大电阻，第二次将R 1 增大 5 倍，衰减曲线明显变缓。变小电容时，电流会在下方超出量程，第一次没有增大电阻，第二次将R 1 增大 5 倍，衰减曲线明显变缓。 t （ s ） UC （ V ） IC （ mA ） R1 （ k Ω） R2 （ k Ω） C （μ F ） 19.45 8.333 0.001 1 5 1000 19.50 82.662 -31.065 5 5 100 19.55 67.13 -24.852 5 5 100 19.60 54.704 -19.882 5 5 100 19.65 44.763 -15.905 5 5 100 19.70 36.811 -12.724 5 5 100 19.75 30.448 -10.179 5 5 100 19.80 25.359 -8.144 5 5 100 19.85 21.287 -6.515 5 5 100 19.90 18.03 -5.212 5 5 100 19.95 15.424 -4.169 5 5 100 20.00 13.339 -3.336 5 5 100 20.05 11.671 -2.668 5 5 100 20.10 10.337 -2.135 5 5 100 20.15 9.27 -1.708 5 5 100 当然，这些数据受限于我的Δ t=0.05s ，Δ t 越小，得到的曲线越精确。电容改变的时间也有影响，慢慢的将电容从 1000 μ F 变至 100 μ F ，不会有这么剧烈的变化。还有一点，我的程序1s 只能取 10 个数据， Δ t=0. 1s时，显示的时间将与现实时间相符合；Δ t=0. 05s时，显示的时间将为现实时间的一半，对数据的计算结果的影响就是你花 1s 完成的操作，程序会认为你是在 0.5s 内完成的。从点击暂停开始到点击继续之间完成的操作程序会认为是在 0.05s 内完成的。 ============================= 背景音乐为英雄无敌 3 中亡灵城堡的主题音乐，纪念 7.23 。 ===================================== flash播放器： SAFlashPlayer.exe flash8以下版本的swf文件都可以拖到这个播放器里看。 Capacitance Iteration 07.22.swf 右键保存或打开。如果没有flash player，下载后拖到网页浏览器里可以看，不过要点击地址栏下面出现的黄条允许阻止的内容。

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【可调】电容.漂亮的充放电函数图

热度 1 hailanyun0415 2012-7-20 12:31

flash文件较大，可能需要等2分钟并刷新几次页面才能看到。大图： http://www.swfcabin.com/swf-files/1342750058.swf 上个课件电压的问题我始终无法解决，如果用电力线描述稳恒电场，有时候会需要7-8根，导线不够粗是装不下的，但是导线太粗了又不像个电路图了。另外，要如何解释导体内部静电场为0呢？于是又回到了用颜色描绘电位的老路子上来。这次的课件可以点击开关，可以滑动小球以改变电阻、电容的大小，中途会出现红色的按钮，点击后才能继续，函数图画满以后可以点击右上角的重玩。亮点有3个： 1.用颜色区分电位，粗细区分电流，表述清晰。 2.电容间的电力线能随电容极板宽度以及电容电压改变数量和位置。 3.能动态演示开关、电阻、电容的变化对电容电流、电压产生的影响。在做的过程中新掌握了数组的使用，进一步熟悉了flash中函数的绘制。对于电容这一块的知识点也有深入的了解。心得如下： 1.电容两端的电势差不变，但两端的电位都发生了突变。例如开关闭合前电容两端电势均为0，而开关闭合后均为10V。我们可以解释成是因为R 2 电流为0造成的，但这不是本质原因。开关打开前电容上极板电势为10，下极板电势为U R1 ，但打开后上极板电势为10-U R1 ，下极板电势为0。我们可以解释成是因为R 1 电流为0造成的，同样，这也不是本质原因。那一瞬间，电容就是根能短路一切的导线！这一点在我以前学的时候包括上课的时候都一直没有注意。 2.充放电过程中改变电阻、电容大小会发生什么情况？电阻电容的改变会影响τ，电阻的改变还会影响U ∞ ，每一次改变都会产生不同的u 0 。为了避免造成很混乱的结果，每次改变电阻或电容大小时程序都会暂停，并记录该时间的电容电压作为下次充放电的u 0 ，即假设电容、电阻的改变是瞬间完成不需要时间。从函数图来看电容电压函数会有一个很明显的连续但不可导的点。这应该没有关系，开关打开闭合的瞬间也存在这种点。如果考虑到改变电阻、电容所用的时间并记录这段时间内的数据，不知道会不会得到一根连续可导的曲线。 3.“充满电”后改变电阻、电容大小会发生什么情况，我编程时根本没考虑这一点，但是程序给出有趣的结果：首先要说明的是，我的数据只有3位小数，程序体现的“充满电”反映的是U C 和U ∞ 差别不超过0.0005V。电阻大小改变时，电容有可能放电或重新充电，这是正确的。因为电阻不同分压就不一样，U ∞ 也会发生变化，必然有一个充电或放电的过程。电容大小改变时，仅改变电力线的形状，从电容电压公式来看，电容只影响τ，不影响U 0 和U ∞ ，对于直流，如果不变开关似乎不应该再有充放电的情况，但Q=CU，U不变，C变小，Q应该变少，此时应该放电，产生了电容电流后又会影响U的大小。出现这种矛盾是因为我们求解微分方程的时候已经假设了C是常数。 $i_c=\frac{d(CU_C)}{dt}=\frac{d(C)}{dt}U_C+C \frac{d(U_C)}{dt}$ $ \frac{10-U_C}{R_1}=\frac{U_C}{R_2}+\frac{d(CU_C)}{dt}$ $C \frac{d(U_C)}{dt}+(\frac{d(C)}{dt}+\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2})U_C-\frac{10}{R_1}=0$。如果 C 与时间有关，得出来的解形式会有所差别。回头检查我的程序，发现我的 i C 是 i R1 和 i R2 减出来，难怪无法反映这一现象。另外我第 2 点提到的“假设电容、电阻的改变是瞬间完成不需要时间的”。也会导致我无法从课件中观察到这一现象。如果电流与电容的变化率有关，电容改变开始的前一瞬和改变结束的后一瞬，电流都是0 ，或许中间过程是有电流的，而我的假设把这一过程完全忽略了。可以考虑买一个可变电容，接好电路后连接示波器观察电压波形。 4. 电力线的描绘。首先是箭头的位置，感谢 abs 函数，只用 8 行程序就搞定了，连 if 都不需要用。箭头位置确定好后，接下来就是电力线了，最简单的方法是让箭头的 x 坐标随着电容的宽度变化，然后画 8 条直线，可惜当电容变小后箭头挤在了一堆看都看不清；于是我固定了最外围2 个箭头的 x 坐标，然后用二次曲线描绘电力线，可惜电力线靠近极板时应该垂直于极板，二次曲线根本做不到；最终改成了余弦函数，看上去也像那么回事吧，虽然我不清楚极板间电力线的具体函数表达式，但是只要做出一个模型出来就行了。 5. 电阻电压电容曲线的描绘。当我实现这个功能时我自己都不敢相信，虽然现在看起来也不怎么复杂，用 3 个一维数组分别记录I C 、U C 、U ∞ ，画函数时直接从数组里调用就行了，但当时心里还是很激动的。这种方法似乎每 0.2 秒函数图都会从头开始画，效率比较低，没有数组记录数据应该也可以实现。另外，这种图我觉得一般的示波器画不出来。漫长的放电过程快速点击开关快速点击开关充放电并改变电阻电容充放电并改变电阻电容充放电并改变电阻电容充放电并改变电阻电容充放电并改变电阻电容5,要实现这幅图后部的曲线，需要很繁琐的操作。 ============================ 背景音乐来自英雄无敌 3 里的塔城。塔城族位于雪山之巅，与圣战群英传的高山族一样，但音乐有完全不同的风格。寒风凌厉中，没有哀伤的感觉，有一丝高贵，有一丝诡异，还有一种自信，那是属于不信仰圣光只相信自己智慧的魔法师们所独有的自信。 ============================ Capacitance function.swf 右键保存或打开。如果没有flash player，下载后拖到网页浏览器里可以看，不过要点击地址栏下面出现的黄条允许阻止的内容。 ============================ 8月9日：做完电感后想到的，电容极板间是不是要加一块介质。

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【普通】电容.电子

热度 1 hailanyun0415 2012-7-16 21:40

flash文件较大，可能需要等2分钟并刷新几次页面才能看到。大图： http://www.swfcabin.com/swf-files/1342438246.swf 这几天在做电容的动画，开始的思路和前面两个课件一样想用粗细描述电流，用颜色描述电压。做了一半发现flash的数组不太会用，想在运行的同时把电容电压的函数图以及电容电场动态展示出来有难度，就改做了这个。技术含量不是很高，像个ppt一样没什么互动，课件中电流用电子的速度来描述是一个亮点，但解释不了电压。先放在这吧，下次改了再重新上传。有的知识做课件的时候能考虑的更清楚，做之前我本来以为开关闭合前，电池负极的电子会均匀的分布在导线和电容极板上，做的时候才发现自己想错了，导体内部没有净电荷。上传时发现以前的链接打不开，另外找了一个上传的网站。以后是不是要自己建个主页呢？ ----------------------- 背景音乐是邵夷贝的正确死亡指南，动车事故的时候出来的，里面的吉他伴奏很好听，至于歌词，大家听不懂就算了。 ----------------------- Capacitance Electronic.swf 右键保存或打开。如果没有flash player，下载后拖到网页浏览器里可以看，不过要点击地址栏下面出现的黄条允许阻止的内容。

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[转载]基于电容传感的人因识别技术及其扩展

热度 1 truman520 2012-6-15 16:00

该项技术的发展势必推动控制技术以及相关识别技术的发展。

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薄介质型集成模块传输线间耦合电容的提取

max 2012-2-11 14:52

发表期刊：电源学报，2012,39(1): 1-6. 摘要：滤波器是抑制传导干扰的重要元件，平面滤波器以寄生参数小、抗电磁干扰强的优点在电力电子领域有较好的应用前景。本文提出一种以“桶壁型”感容结构为基础的EMI滤波器，它与平面型滤波器可以统称为薄介质型滤波器，其线匝间部分电容对该类滤波器性能有重要影响。本文以薄介质型滤波器为研究对象，建立轴对称静电场模型并计算任意线匝间的耦合电容。若分别将正对位置的两线匝看作微型平行板电容器和微型同轴圆柱电容器，则由解析表达式可以计算其耦合电容并与采用有限元法计算的电容值比较，并研究影响二者误差的相关因素。研究发现，在一般工程应用中，解析表达式的精度符合要求，可以不必采用数值计算方法计算匝间耦合电容，为该类滤波器的设计带来极大的方便。欢迎指导和下载：薄介质型集成模块传输线间耦合电容的提取.pdf

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超导悖论（原创）

热度 8 fanjing1 2012-2-2 09:50

最近思考一个电路，有关超导和电容。其中短路线为超导。如下图：首先将电容充电，然后使用超导导线将电容短路。不考虑瞬间的火花放电。即我的目的是建立一个被超导短路的带电电容。悖论出来了：电容和超导都是无耗器件，此时电容的能量将被如何消耗？可能性1：超导短路了电容，因此能量将被超导消耗。但是，超导又不会发热，难道此能量像Josephson效应一样被辐射出去吗？可能性2：电容内的电场对超导电子加速，形成直流电流。此时，电容居然可以流过直流电？可能性3：电容内电荷不运动。此时，超导居然短路不了电流？无论上述哪一种可能性，都是挺奇怪的现象。由于电容是普通电容，对极板间距无限制，因此与Josephson效应并不相同。请各位博友解惑。有条件实验者不妨一试。

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基于“负参数”理论的EMI 滤波器寄生参数的双重消除

max 2011-11-25 11:56

发表期刊：电工技术学报，2011,26(10):181-187. 摘要： EMI滤波器是抑制传导电磁干扰的有效器件,但分立元件的自有寄生参数对其高频段性能有重要影响。本文利用两个同侧耦合电感器等效出负电感和在电感器中心处连接电容器等效出负电容的方法,消除滤波器中的寄生电感和寄生电容。为有效控制二次寄生参数对消除效果的影响,设计了一种新型平面消除器和双线并绕串联结构的电感器,其中前者为上、下交错排列的PCB导线构成的圆形线圈,采用3D有限元法计算了两交错线圈的互感,为设计该类消除器提供了一种数值计算方法;后者通过高耦合度的线圈中间节点与地之间接一4倍于寄生电容的电容器,可有效消除电感器的一次及二次寄生电容。将此类具有消除器的元件应用于EMI共模滤波器,以此消除对应的寄生参数,实验表明滤波器的高频性能得到了明显改善。欢迎阅读：基于_负参数_理论的EMI滤波器寄生参数的双重消除.pdf

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演示——纯电容和电感交流电路电压与电流的相位关系

redk 2011-6-8 22:28

mA和Ｖ分别是演示用交流电流表和交流电压表，电容器的电容为2000μF，以超低频交流信号发生器作为交流电源。说明：在纯电容交流电路中，电流的相位超前电压的相位90°。然后用220V100W的变压器的输入线圈代替电容。可以观察到电流的相位落后于电压的相位90°。

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MEMS可变电容可调滤波器

coofish 2010-12-29 20:09

采用 MEMS 开关的可调滤波器所能调节的频率范围是离散的值，这限制了 MEMS开关可调滤波器的使用范围。而采用可变电容的MEMS可调滤波器可以实现频率的连续调节。 MEMS可变电容可调滤波器的研究也逐渐成为MEMS滤波器的一个热点。Hong-Teuk Kim等人采用悬臂式MEMS可变电容实现了两个Ka波段的可调带通滤波器，可调范围分别是4.2%(26.6GHz)和2.5%(32GHz)，通带插人损耗分别为4.9dB和3.8dB。Al-Ahmad. M等人提出的耦合微带上的LTCC(低温烧结陶瓷)带通滤波器，使用压电材料设计的MEMS可变电容，频率调节范围从1.1GHz-2.6GHz，插入损耗在2dB-4dB之间。目前，国际上报道的MEMS可变电容可调滤波器的损耗一般比MEMS开关可调滤波器大，并且MEMS可变电容发展目前还不成熟。因此，要得到性能优越的连续可调滤波器，还得期待 MEMS技术的进一步发展。

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从一个高Q值低通滤波电路看电容的影响

wjwqbit 2010-6-25 22:48

spice 模型仿真如何想得到图1的滤波器？图1 有源低通滤波器幅度特性（高 Q 值）电路如下图2，它是工程中使用过的一种二阶有源低通滤波器。图2 有源低通滤波电路该电路的特点是低通传输函数会因极点产生有一个尖峰，如图 1 。在尖峰处电路的 Q 值很高（ Q 值图将在节末理论分析给出）。该滤波电路对电容质量要求较高。有源低通滤波器的理论分析为了得到图 2 电路的传输函数H(w) , 先设定输入信号电压Vi ，输出信号电压Vo 。根据运放虚短虚断特点，对节点 3 的电流列方程求得 H(w)并取模，可以求得该滤波器的传递函数 , 如图 12 。图3 Matlab 仿真图图 3 是使用 matlab 编程工具得到的，源程序如表 2-1 。表 2-1 低通滤波器传输函数源程序 symswR1R2C1C2 Hw=(1)/(1-(w^2)*(R1*R2*C1*C2)+w*R1*C2*i+w*(R2*C2*i)) Hw=Hw*conj(Hw) % 共轭复数 H=Hw^(0.5) % 取模 fmax=(10^6); f= ; %1MHz ，步进为 10Hz w=2*pi*f; % 角频率与频率之间转换 R1=(1*10^4); R2=(1*10^4); C1=(220*10^(-9)); C2=(1*10^(-9)); Hw=(1)./(ones(size(f))-(w.*w).*(R1*R2*C1*C2)+w.*(R1*C2*i)+w.*(R2*C2*i)); Hw=Hw.*conj(Hw); % 共轭复数 H=Hw.^(0.5); % 取模 figure(2);gridon loglog(f,H); % 双对数坐标 axis( ); % 显示范围改变 R1 、 R2 值可以改变截止频率和尖峰 ( 即极点 ) 的位置，改变 C1 、 C2 ，同时还能改善峰值。读者不妨试试 C1=1uF ， C2=220pF ，可以得到更好的尖峰，不过这样会加深极点深度，极点处放大倍数大，造成电路不稳定，甚至振荡。有源低通滤波器的工程实践上面使用 matlab 工具的仿真图是基于理想元件的结果。实际上，电阻电容元件会使结果有所差异。比如电阻精度、温度稳定度，对结果会有较小的影响。而电容的影响就比较大了。电容的影响因素主要表现在：一、损耗角的影响二、温度的影响损耗角的影响是从电容的高频等效模型引申出来的，即有功功率与无功功率绝对值之比的角。滤波电容的等效串联电阻值会影响传输函数在极点处的特性。温度的影响表现在电容的温飘效应，比如说 NPO 贴片电容温度稳定度很好，在温度从 -55℃ 到 125℃ 时容量变化只有 030ppm/℃ （即温度每变化一度容值最大变化百万分之三十）。各种元器件参数请参考 http://www.sooic.com/Capacitors/ 。该滤波器在实际工程应用中会依元件类型不同和温度有所差异，特别是贴片陶瓷电容 (MLCC) ，例如常用 1206 封装贴片电容 NP0 （通常为几百 pF ，灰白）的误差（包括温度、湿度、压力、寿命等因素的影响）通常在 5% 以下。 Y5V( 通常为几百 nF 以上，灰黑 ) 在 30% 以下。 X7R( 通常容值介于 NP0 和 Y5V 之间，灰色 ) 在 12% 左右。以下表格的三组数据分别对图 9 滤波电路中电容 C1 、 C2 使用 CBB 电容还是贴片陶瓷电容进行滤波的效果进行比较，以便给读者一个直观的印象。图 4 为该滤波器在 C1 、 C2 均为 CBB 电容的实测数据。对比图 3 与图 4 ，可以看出在该实验参量环境下，该低通滤波器的效果是比较理想的。表 2-2 低通滤波器的实测数据 1 实测环境：室内 25C 测试仪器： TEK 示波器 TDS220100MHz ，信号源 FG-5066MHz 输入信号：正弦信号电路供电： 4.2V 单电源被测元件：放大器： NE5532 C1 、 C2 ： CBB 电容 R1 、 R2 ：贴片电阻有源低通滤波器实测数据 1 （输入正弦信号均方根： 50mV ）输入频率 100 200 300 400 500 600 700 800 850 900 输出幅度 54.6 60.6 62.8 68.6 67.8 74.0 86.9 108.0 130.0 162.0 有源低通滤波器实测数据 2 续（输入正弦信号均方根： 50mV ）输入频率 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1400 1500 1600 输出幅度 200.0 238.0 270.0 269.8 256.0 206.0 157.0 122.0 86.4 62.3 48.2 有源低通滤波器实测数据 3 续（输入正弦信号均方根： 500mV ）输入频率 1700 1800 2000 3000 4000 5000 6000 1000 1400 1500 1600 输出幅度 360 292 212 78 42 28 21 图4 C1 、 C2 均为 CBB 为贴片电容时的实测数据图图 5 为该滤波器在 C1 为贴片陶瓷电容（ Y5V ）， C2 为 CBB 电容的实测数据。对比图 3 、图 4 和图 5 ，可以看出在该实验参量环境下，传递函数的尖峰向右移动了约 100Hz ，这是由于 Y5V 电容 30% 误差影响的原因，实际上是其容值比 224 偏小。将容值为 333 的电容（相当于 15% 的误差）与之并联，得到效果就与图 12 很接近了。图5 C1 为 CBB ， C2 为贴片电容时的实测数据图图 6 为该滤波器在 C1 为贴片陶瓷电容（ Y5V ）， C2 为 X7R 电容的实测数据，对比图 6 和图 5 ，可以看出两个图的差别不大，原因之一是 X7R 电容在容值误差范围内对滤波效果影响不如 Y5V 大。图6 C1 、 C2 均为贴片电容时的实测数据图通过以上对不同特性的电容对低通滤波器的影响的实验分析，到这里读者对低通滤波器已经有了一定的了解，并且对无源器件的一些特性和如何选取滤波元件有了一定认识。另外在本节开始提到的滤波器的 Q 值，在这里给出简单的说明并附上 matlab 仿真图。滤波器的 Q 值是从能量损耗角度来说的，无功功率元件（如电容电感）储能与有功功耗元件（如电阻）的耗能之比即为 Q 值，也即为品质因素。在滤波器表现为传递函数虚部与实部的比值。本节开始给出图 9 电路的传递函数前面已经求得，这里只用 matlab 画出该滤波器的 Q 值随频率变化的曲线图，如图 7 。图7 低通滤波器 Q 值曲线图

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滤波器中开关电容滤波器小结

williammilo 2010-2-5 21:15

我的博客已经搬家到 xiongbox.com 欢迎访问熊伟博士的网站！本文永久链接 http://xiongbox.com/滤波器中开关电容滤波器/ 1.开关电容滤波器是由ＭＯＳ开关、电容器和运算放大器构成的一种离散时间模拟滤波器。开关电容滤波器广泛应用于通信系统的脉冲编码调制。在实际应用中它们通常做成单片集成电路或与其他电路做在同一个芯片上。通过外部端子的适当连接可获得不同的响应特性。某些单独的开关电容滤波器可作为通用滤波器应用。例如自适应滤波、跟踪滤波、振动分析以及语言和音乐合成等。但运算放大器带宽、电路的寄生参数、开关与运算放大器的非理想特性以及ＭＯＳ器件的噪声等，都会直接影响这类滤波器的性能。 2.开关电容滤波器的工作频率尚不高，其应用范围目前大多限于音频频段。设计开关电容滤波器的方法，大致可归结为两大类。一类以模拟连续滤波器为基础，通过一定的变换关系把连续系统的网络函数变换为对应的离散时间系统网络函数，以便直接在离散时间域内精确设计。这时可把网络函数分解为低阶函数，然后用开关电容电路模块通过级联或反馈结构实现。另一类是以ＬＣ梯形滤波器为原型用信号流图法或阻抗模拟法以开关电容电路取代电路中的各支路或电阻、电感，元件之间有一一对应关系。 3.跳耦型开关电容滤波器是有源滤波器跳耦电路的实现，其是基于对无源ＬＣ梯形滤波器的模拟。这时跳耦电路的各支路分别对应于无源滤波器原型各支路，且其导纳都是以积分函数形式出现的。如果将跳耦电路各支路的积分函数用差分输入的开关电容积分器实现，并计入端接负载的影响，就可以得到和五阶ＬＣ低通滤波电路相对应的开关电容滤波器电路，而且仍然保持原型无源ＬＣ滤波器的低灵敏度特性。 4.电压反向开关型开关电容滤波器也是用ＬＣ滤波器为原型电路，但用开关电容等效元件替换模拟元件。电路工作时要求用“ 电压反向开关 ”控制电容网络中的电荷流动，使等效元件内部开关动作时元件所构成的环路中没有电荷流动。 5.开关电容滤波器中的开关是周期工作的，它的接通时间只占一个周期的一部分。如果几组开关轮流在一个周期内工作，就可构成时间复用的开关电容滤波器，并可节省运算放大器，简化电路。改变时钟频率可改变电路参数，如中心率、峰值增益、选择性等，因此可构成通用型多功能滤波器或可编程序开关电容滤波器。 6. 开关电容滤波器可用ＮＭＯＳ或ＣＭＯＳ工艺制造。制造技术关系到分布电容、开关的通导电阻、放大器的带宽、电容器公差以及电压节点的泄漏电流。按标准工艺制造，通常能够满足应用于音频范围的要求。运用某些改进的技术可以扩展工作频段和进一步减小电容器公差。

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干燥的天气如何防止被静电电击（欢迎转载）

热度 1 boxcar 2009-6-19 21:18

原文链接： http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b03395201008b2j.html 干燥的天气如何防止被静电电击（欢迎转载） (2008-02-15 00:33:14) 相信大多数人都有过被人体静电轻微电击的经历，这种电击在干燥的天气（特别是穿了一身冬装的冬季）里几乎防不胜防。这种静电的产生机理非常简单，那就是我们人体的皮肤在干燥环境中如果与毗邻的衣物（特别是化纤类材质）发生摩擦，会产生静电，就像是中小学老师给学生演示过的皮毛与橡胶棒摩擦、丝巾与玻璃摩擦造成的带电现象一样。只要我们运动，摩擦就不可避免（除非你从里到外都穿着非常合体的紧身衣裳），带电也就自然而然了。此时如果我们用手去接近或接触其他可导电的物体，无论是一个金属门把手，还是楼梯扶手，甚至旁边的一个人，都会在接触点或接近点出现一个小的火花，同时我们的手会觉得轻微发麻，手臂会发生迅速收缩，有些是无意识的，有些则是看到火花后的有意识的反应，这就是被人体自生的静电电击的现象。电击现象的实质是人体带有的较大数量的电荷在极短时间内的一次迅速释放，在很短时间内发生火花放电，持续时间虽然不长，但瞬间的放电电流较大，这种电流脉冲对人体的神经系统会有个小的刺激。这种电击虽然不会致命，也没有什么人体伤害，更不会造成大的灾害（除非你碰巧处于高危环境中，例如周围空气中燃料气体的浓度处于爆炸极限中），但却常常造成我们的恐惧，在人际交流中有时也容易造成尴尬，所以我们需要注意如何避免这种电击。下面我谈谈我防范电击的做法。上边已经分析了这种电击现象的产生原因，显然要避免电击最好不产生静电，其次是让电荷迅速以柔和的方式释放掉或中和掉。在干燥的环境中，人的动作尽量放慢，避免突然的有爆发性的动作（如突然起立、快速走动或挥臂等），这样可以减少静电电荷的产生，降低电位差。此外，维持环境的湿润可以减少静电的产生，因为不同物体带电体带的异号电荷容易通过湿润的空气或绝缘物体的润湿表面泄放中和掉。如果这两条做不到，那还有第三招，可以在最后关头防止电击，具体的做法也非常简单，那就是在你接触或接近良好导体之前，先接触一下附近的某个非绝缘物体，例如砖灰质墙壁、木门等，通过这个接触，以较小的电流把电荷泄放掉。这么做相当于一个带电（电量为Q）电容（人体）C通过一个电阻R放电，放电的最大电流Imax=Q/(RC),在C基本固定的情况下，Imax主要受电阻R限制，R越大则Imax越小，当R大到一定程度时，就不会发生可见的放电了。当然，放电时间也是由RC乘积决定，如果R太大（绝缘体情况），需要太长的时间放电，而在接触时间不够时，就无法完成放电，遇到金属还会被电击，所以尽量摸砖墙这类物体。以上是我对人体静电电击现象的分析和防范办法，有兴趣的网友可以试试。顺便说一下，我是一个自信的物理教师。

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噪声？

EUVplasma 2008-12-30 23:55

electron velocity 实验：为什么电流震荡频率那么高？正常放电，电流周期500ns；只有激光，电流周期10ns。电极间的电容不同？这是可能的两极间有电压的时候，电流onset后电极间的plasm可以看成导体（？）因为电离非常迅速；也就是介电常数很大，电容很大。两极间没有电压，等离子体的介电常数很小，电容很小。所以只有激光时电流震荡频率大： . 但是只有激光的情况，相当于一个电流源啊可以用这个公式么？当把电容，磁芯拆掉，高频震荡消除了．事实证明，无论加不加电压，等离子体的介电常数都非常大

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