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關(guān)于電容和電感的超前滯后問題~

作者:cjr82123 欄目:模擬技術(shù)
關(guān)于電容和電感的超前滯后問題~
請教一下為什么電容的電壓Uc會滯后電流Ic90度,電感的電壓UL超前電流I90度,超前跟滯后有什么好處?
純電容電路:
瞬時值:Uc=Ucmsin(ωt+0℃) --Ic=Icmsin(ωt-90℃)
最大值:Ucm=Xc*Icm  有效值:Uc=Xc*Ic  
有功功率:Pc=0  無功功率:Qc=UcIc=XcFc
初相角τu=0℃,τi=90℃,Uc滯后于ic90℃
如圖:

============================
純電感電路:
瞬時值:ul=Ulmsin(ωt-0℃) --i=Ilmsin(ωt-90℃)
最大值Ulm=Xl*Ilm     有效值Ul=Xl*Il  式中:XL=ωL=2πfL
有效功率PL=0  無功功率Q=UL*IL=XL*IL  
初相角τu=0℃,τi=-90℃,UL超前于iL90℃
如圖:

============================
能解釋一下,小弟我看不出,波形為什么會超前和滯后,是什么原因。?
 

* - 本貼最后修改時間:2006-3-12 15:43:37 修改者:cjr82123

2樓: >>參與討論
computer00
可以計算出來的。
當(dāng)然,你用示波器去看,也是這個樣子的。

3樓: >>參與討論
cjr82123
To computer00:
你可以給個簡單的電路,我試試。?梢詥幔

4樓: >>參與討論
iC921
人家是不是先看到這樣子才推導(dǎo)出方程的呀?
 
5樓: >>參與討論
cjr82123
To iC921:
請問你可以給個簡單的電路試下嗎?
我想明天回去拿示波器看看效果~~感謝

6樓: >>參與討論
computer00
下面這個圖是我仿真的結(jié)果




圖中紅色線表示輸入電壓,而藍色線則是在1歐采樣電阻上的電壓,它間接反應(yīng)了電流的值。
從圖中可以看出,電流是超前電壓的(因為藍色的先出現(xiàn),先出現(xiàn),當(dāng)然是超前了),因為
里面串聯(lián)了一個電阻,所以并不是90度。但1歐的電阻比起電容的容抗(10UF的電容在50Hz時,
容抗大約為318歐)來說,要小得多,所以它的接入,對相位的影響并不大,因此看到的結(jié)果,很接近90度。

對于電流的計算,可以參考這個帖子:http://bbs.21ic.com/club/bbs/showannounce.asp?v=&id=1904406

* - 本貼最后修改時間:2006-3-12 16:12:14 修改者:computer00

7樓: >>參與討論
cjr82123
To computer00:
我怎么看不到你的圖,,可以再發(fā)一次給我看看嗎?謝謝

8樓: >>參與討論
iC921
圈圈的仿真比較合理
不過,為什么得開始說了。

回樓主:圈圈做得比我好。看來實驗方法還是有講究和經(jīng)驗的。管叫他一回實驗大師?

9樓: >>參與討論
cjr82123
To computer00&iC921:
回去試試,謝謝兩位的指導(dǎo)~

10樓: >>參與討論
iC921
試不出為什么吧?
要看到并不難,但“為什么?”可是問題的核心!

* - 本貼最后修改時間:2006-3-12 18:18:01 修改者:iC921

11樓: >>參與討論
cjr82123
To iC921:
對啊,我就想徹底的搞明白它的原理啊~~從波形我看明白,我更想“實質(zhì)”的明白它!!!

* - 本貼最后修改時間:2006-3-12 18:23:58 修改者:cjr82123

12樓: >>參與討論
computer00
可以看看我發(fā)的那個連接中的計算,
不過需要有微積分的基礎(chǔ)才能看明白。

從物理意義上來理解,電容對電壓具有微分作用(即電容只對變化的電壓信號響應(yīng)),
假設(shè)加在它兩端的電壓為sin(x)(t為角度),那么經(jīng)過電容的微分作用之后,電流就變成了
sin(x)的微分,即cos(x),而cos(x)則是超前sin(x) 90度的,即cos(x)=sin(x+90°)。
(你第一個寫錯了,Ic=Icmsin(ωt-90℃) ,不是-90℃,而應(yīng)該是加90°)


我畫這個圖,只是為了讓樓主有一個直覺的認識,那些取值,其實是有經(jīng)過估算的,
并不是很隨意的放上去,所以也不敢當(dāng)什么“實驗大師”。



對于上面這個電路,通過計算,可以精確的算得其相位差。
10UF的電容,在50Hz的阻抗為1/(2*3.142*50*0.000001)≈318歐,所以電流為
12/318≈37.7mA。然后再接入1歐的電阻,并假設(shè)1歐的電阻接入后,電流不變,
因而在1歐姆電阻上的壓降就為37.7mV,峰值就是37.7*1.414≈53.3mV,
所以在示波器上是完全可以看到的。
                                 
下面來計算一下實際的相位差:arc tan(318/1)≈89.8°,所以很接近90度了。



13樓: >>參與討論
iC921
我雖然知道是那么回事,可是...
我實在不知道怎么切入。要是去應(yīng)聘考試甚至面試,可丟人的。。。。

圈圈說說為什么電容對電流沒有積分作用?

14樓: >>參與討論
iC921
奇怪的是,它怎么就偏偏就正好差它個90度??
 
15樓: >>參與討論
computer00
電容對電流有積分作用啊。
你把這個電路中的電壓源換成電流源,再看電容兩端的電壓,發(fā)現(xiàn)它比電流要滯后90度。


至于為啥剛好是90度,這個是自然規(guī)律,它就是這樣的,沒人可以改變它。
我們只能去找出這些規(guī)律,通過借助數(shù)學(xué)工具等,經(jīng)過一系列的計算,發(fā)現(xiàn)它就是90度的,
并去利用它~~~~~~~~~~我感覺微積分很好,如果沒有它,恐怕還算不出來……
正弦微分后變余弦,余弦積分后變正弦,剛好它們相差90度…………

16樓: >>參與討論
cjr82123
To  computer00:
你的分析不錯,可惜我都把微積分都忘記了差不多咯,可憐啊~
不過還存在疑問:
“下面來計算一下實際的相位差:arc tan(318/1)≈89.8°,所以很接近90度了。”中的實際的相位差:arc tan(318/1)≈89.8°,用阻抗的比值的反正切就可以求到相位差????????

17樓: >>參與討論
maoqichun
電容/電感的值是固定時,相位差為90度
    電容/電感的值是固定時,相位差為90度.如果電容/電感的值隨電壓或電流變化,那么相位相位差就不在是90度.
    從上電開始分析,電容相對于交流容抗小,開始充電,隨著充電時間的增加,電壓不斷上升,所以電流超前電壓.電感上電時相對于交流感抗大,兩端電壓達最大值,隨著時間增加,電感的感抗趨向直流過度,感抗減小,電流增加,所以電流滯后90度.

18樓: >>參與討論
cjr82123
To maoqichun:
也謝謝maoqichun兄的分析~我自己也知道電容的電壓滯后電流90度,電感的電壓超前電流90度,我平時也像妳上麵說的這樣理解~明天囬去復(fù)習(xí)一下微積分,要徹底徴服它(電容和電感的超前滯后問題)~^_^

* - 本貼最后修改時間:2006-3-12 22:42:06 修改者:cjr82123

19樓: >>參與討論
computer00
是的。一個是虛部,一個是實部。
虛部在Y軸,實部在X軸,它們的比即Y/X,就是與0度夾角的正切值。

20樓: >>參與討論
iC921
也就也就是證明電流/電壓經(jīng)過它們時做微分或積分就可以了?
“正弦微分后變余弦,余弦積分后變正弦,剛好它們相差90度”?

-----------
比如純電容,電流既沒有發(fā)生積分,也沒有發(fā)生微分;而電壓呢,只發(fā)生積分不發(fā)生微分?

兩步都要證明吧?

21樓: >>參與討論
computer00
純電容,電流也是積分啊。
一個容量為C的電,從0時刻開始,流過的電流恒定為I,那么輸出電壓為:

U=It/C,這是一條上升的直線,所以是一個積分過程。

上面這個可以這么計算:dU=dQ/C
                    而dQ=Idt,則
                      dU=Idt/C
                  兩邊從0到t積分,則有
                      U=It/C

如果I是變化的,例如I=cos(t),那么有:
                       
                        dU=Idt/C
                          =cos(t)dt/C
                  兩邊從0到t積分,則有
                         U=sin(t)/C

如果I=sin(t),那么有:
                       
                        dU=Idt/C
                          =sin(t)dt/C
                  兩邊從0到t積分,則有
                         U=-cos(t)/C



而對于加電壓源時電流的計算,我直接從另一個帖復(fù)制過來:

假設(shè)電壓源電壓信號為Vsin(ωt);接一個電容,電容容量為C;假設(shè)電流為i,電容上電壓為u,
由于電容跟電源相連,u也即是電源電壓,假設(shè)初始條件電壓為0。

根據(jù)電容容量公式,

        C=dQ/du
而     dQ=idt
所以    C=idt/du
即    Cdu=idt
即    idt=Cdu
將      u=Vsin(ωt)代入,有
      idt=Cd(Vsin(ωt))
         =CVωcos(ωt)dt
兩邊消去dt,有
        i=CVωcos(ωt)
即      i=CωVcos(ωt)

我們看到,輸入電壓為Vsin(ωt),而輸出電流為CωVcos(ωt),即它們之間相差90度。






* - 本貼最后修改時間:2006-3-13 19:33:41 修改者:computer00

22樓: >>參與討論
iC921
狂暈:純電容,電流也是積分啊
純電容,電流也是積分啊

---
虧你還知道“一個容量為C的電流,從0時刻開始,流過的電流恒定為I,那么輸出電壓為:U=It/C,這是一條上升的直線,所以是一個積分過程!


而且,你的方程里哪有?如何體現(xiàn)?

23樓: >>參與討論
computer00
暈…………我的方程里沒有?????
一個容量為C的電流(不好意思,這里又寫錯字了,應(yīng)該是電容),從0時刻開始,流過的電流恒定為I,那么輸出電壓為:

U=It/C,這是一條上升的直線,所以是一個積分過程。

上面這個可以這么計算:dU=dQ/C
                    而dQ=Idt,則
                      dU=Idt/C
                  兩邊從0到t積分,則有
                      U=It/C



這個不是嗎???

24樓: >>參與討論
jue6897
到底他們的參數(shù)要怎么群頂還是沒有說,高手進來演示一下
 
25樓: >>參與討論
iC921
嘿嘿,那不是電流的積分,而對電流(作***的)積分
最多是這樣。

再說,如果電流真的被積分了,那么它也延時(滯后)了。

圈圈你的運算是對的,但確實沒有電流的積分,雖然運算里包涵有“電流”因子,但不是一回事。

26樓: >>參與討論
computer00
輸出電壓是對輸入電流的積分。
而輸出電流,是對輸入電壓的微分。


電容的積分和微分是這么個意思。

27樓: >>參與討論
cjr82123
哇!
又電流的積分,又輸出電壓是對輸入電流的積分,而輸出電流,是對輸入電壓的微分。好暈啊,(如果我還記得微積分就好...),那還想問一下,電容和電感的超前滯后有什么好處。吭谑裁措娐飞蠎(yīng)用呢?

* - 本貼最后修改時間:2006-3-13 22:36:33 修改者:cjr82123

28樓: >>參與討論
iC921
我也給圈圈搞懵了
前面說電流是恒定的,后面又說“而輸出電流,是對輸入電壓的微分”,我覺得不能這樣循環(huán)利用的。不然誰也解釋不清楚的。

29樓: >>參與討論
computer00
暈…………
⑴. 輸入信號:電流源。
    要檢查的結(jié)果:①電容兩端的電壓;②流過電容的電流。
    對于①的討論:
                 如果輸入電流為恒定的,假設(shè)它為I,那么輸出電壓就是:
                 U=I*t/C=(1/C)*I*t
                 所以輸出電壓是輸入電流對時間的積分。

                 假設(shè)輸入電流為I*cos(t),那么輸出電壓就是:
                 U=(1/C)*I*sin(t)
                 即輸出電壓是輸入電流對時間的積分。

   對于問題②:由于輸入信號為電流源,所以流過電容的電流,跟信號源的一樣。


⑵.輸入信號:電壓源。
   要檢查的結(jié)果:①電容兩端的電壓;②流過電容的電流。

   對于問題①,由于輸入信號為電壓源,所以電容上的電壓,就是電壓源的電壓。

    對于問題②,如果輸入電壓為恒定的,假設(shè)其為U,則電流為:
                
                              I=0
              即輸出電流,是輸入電壓對時間的微分。

         如果輸入電壓不是恒定的,例如為U*sin(t),
           那么輸出電流為:
                            I=C*U*cos(t)
            即輸出電流,是輸入電壓對時間的微分。




超前和滯后并不是因為有什么好處,我們才去發(fā)明它的。它只是一個性質(zhì),一個自然規(guī)律,是沒辦法改變的事實。
就像普通玻璃,用力敲一下它就會碎一樣,它本身沒有什么好處和壞處可言。但是我們可以利用它。

例如用來移相,可以用RC電路來移相,制作振蕩電路,或者產(chǎn)生兩路相位不一樣的信號。

30樓: >>參與討論
iC921
這回足夠清楚了
  不過,就是沒有電流的積分,至于對電壓進行微分得出電流,那是另一回事了。

[總結(jié)一下]
  電流的波形,應(yīng)該是這樣確定的:與信號源的類型有關(guān),如果是電流源,不作變化,如果是其它電壓波形,微分之。
  如一個保持波形不變的電壓源,電流為0,----在觀察點前,它經(jīng)歷了足夠長的時間?
  又如它是一個正弦交流電壓源,微分后得到相位差提前90度的電流波形。
  電壓波形分析類似。它是這樣確定的:同樣與信號源的類型有關(guān),如果是電流源,積分之;如果是其它電壓波形,保持與輸入不變。如它是一個正弦交流電流源,積分后得到相位差落后90度的電壓波形。

[結(jié)論]
  純電容的信號響應(yīng)波形,由信號源的類型決定。電流或是因微分得來(電壓源輸入)或是被不變(電流源輸入),而電壓或是因積分得來(電流源輸入)或是不變(電壓源輸入),因此,在純電容面前,電壓總是落后于電流,除非....有沒有除非?!

[物理意義]
  .....我先pass了,另有活,忙一忙先。

* - 本貼最后修改時間:2006-3-14 0:27:07 修改者:iC921

31樓: >>參與討論
computer00
不管信號源如何,
電容兩端的電壓都是流過電容的電流對時間的積分;而流過電容的電流則是電壓對時間的微分。(以上均指穩(wěn)態(tài))。

32樓: >>參與討論
t-z-sh
根本的理解要靠中學(xué)物理
電感——法拉第電磁感應(yīng)定律
電容——弄清電容的物理意義,兩端電壓與電荷累積的關(guān)系




討論本質(zhì)問題朋友們別忘了我,t-z-sh@sohu.com

33樓: >>參與討論
cjr82123
謝謝各位~
現(xiàn)在大概明白,剩下的時間小弟要去復(fù)習(xí)一下高等數(shù)學(xué)!我想這個問題用微積分解釋會更好點,最后感謝各位~

34樓: >>參與討論
iC921
還是要改改

還是要改改:不分清是什么信號源,就成了概念循環(huán)那種了。
-------------
computer00 發(fā)表于 2006-3-14 00:33 模擬技術(shù) ←返回版面    

不管信號源如何,

電容兩端的電壓都是流過電容的電流對時間的積分;而流過電容的電流則是電壓對時間的微分。(以上均指穩(wěn)態(tài))。


-----------------
t-z-sh 請繼續(xù)。

35樓: >>參與討論
computer00
暈……
位移是速度對時間的積分;而速度是位移對時間的微分。而加速度是位移對時間的二階微分。

這需要分清什么源的嗎?這是它們之間的一種相互關(guān)系而已。微分跟積分是互為逆運算的,
就像加減法一樣,a是b跟c的和,那么b就是c跟a的差。

36樓: >>參與討論
iC921
嘿嘿,總得有個標(biāo)準(zhǔn)吧?
也就是觀察角度,問題是:憑什么說這里總是說電壓落后而不是說電流超前呢?

至于我說源的問題,不過是考慮到如果是恒流源,觀察電壓就積分它,觀察電流用不著去微分:一是正如你說的,它是固定不變,直接看就是了,二是它本來就是主體,需要客從電壓嗎(當(dāng)然,如果電流太小,觀察不了,測量上存在這樣的方法:可以利用這種方法來實現(xiàn)電流時間平均值的觀測);如果是電壓源,觀察電流的話微分去就是了。

雖然在數(shù)學(xué)上是互逆的,但物理上不是。數(shù)學(xué)的高明之處在于概括,因而你能看到互逆,物理的得當(dāng)之處在于符合事實,加上時間本身是不可逆的,失去就是失去了,不可能挽回,因此你就是你能看到許多現(xiàn)象重復(fù)也不可能看到互逆。這是性質(zhì)上的不同。

總之,這個問題的“不和”在于觀察立足點的問題,不在于原理特別是數(shù)學(xué)原理上的問題了。

37樓: >>參與討論
cjr82123
想不到一個問題牽涉這么多的問題...
兩位高手的囬貼內(nèi)容真的是讓小弟大開眼界,強就一個字...

38樓: >>參與討論
iC921
嘿嘿,有的話不這樣自己也不明白
當(dāng)然,還包括題外的

39樓: >>參與討論
computer00
這就像歐姆定律,
流過導(dǎo)體的電流,等于導(dǎo)體兩端的電壓除以導(dǎo)體的電阻。
導(dǎo)體兩端的電壓,等于流過導(dǎo)體的電流乘以導(dǎo)體的電阻。


那你能說,“流過導(dǎo)體的電流,等于導(dǎo)體兩端的電壓除以導(dǎo)體的電阻”這樣有什么好處嗎?

40樓: >>參與討論
人海尋夢
精彩!
 
41樓: >>參與討論
蘿卜秧子
學(xué)習(xí)了
學(xué)習(xí)了。說得很不錯

42樓: >>參與討論
likee
電路基礎(chǔ)上很清楚,看來我得找來看看
 
43樓: >>參與討論
藝林

這個在電路書籍里不是講的很清楚嗎,這么簡單的問題還是自己找書去看吧.
不要鉆牛角尖嗎!!!!!!!!!!!!

44樓: >>參與討論
t-z-sh
根本在于物理定律
電感——楞次定律;
電容——電荷的累積(積分)與兩端電壓的關(guān)系

45樓: >>參與討論
t-z-sh
粗淺解釋
楞次定律說了一個“阻礙”,即電感感應(yīng)電動勢v的產(chǎn)生是為了阻礙磁通的變化(楞次定律只能意會了),它是與磁通變化率dFi成正比的,而Fi=Li(看電感的定義,悟吧),所以v=k×d(L*i)=k*L*di-----看到電流變化率了吧!
電容電壓是由內(nèi)電力線產(chǎn)生的(U=E*d),而電場強度正比于單位面積的電荷--正比于總電荷C,C就是電流在時間上的累積啊(電流本質(zhì)是什么?是單位時間內(nèi)通過的電荷),這一“累積”不就積分了嘛

46樓: >>參與討論
t-z-sh
楞次定律當(dāng)時讓我思考了好久,產(chǎn)生一種宇宙觀
關(guān)于楞次定律我是這樣認為:我相信宇宙是發(fā)展運動的,我也相信任何事物都是由矛盾構(gòu)成的,所以你有運動——改變的一面那必然存在另外一個方面,它阻礙你的變化。運動是普遍存在的,“慣性”也是普遍存在的。

很多根本的東西沒法講為什么,只能自己“想”明白

說起這些我不禁要胡亂寫些感受以求高人指點。自然太偉大,我常常感覺自己的渺小,我本是徹底的唯物主義但是我已經(jīng)開始動搖了

47樓: >>參與討論
computer00
呵呵,有點明白為什么牛頓、愛因斯坦等晚年都去研究神學(xué)了吧?
 
48樓: >>參與討論
t-z-sh
確實啊!我認為他們發(fā)現(xiàn)了人的有限呵呵
 
49樓: >>參與討論

能不能告訴我為什么會超前,超前有什么影響?

謝謝

參與討論
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