Стремитесь к лидерам отрасли по производству конденсаторов с передовыми технологиями и ценами.

Как понять фазовые различия, вызванные конденсаторами и индукторами？

2025-07-16

Как понять фазовые различия, вызванные конденсаторами и индукторами
Для синусоидальных сигналов фаза тока, протекающего через компонент, и фаза напряжения на двух его концах не обязательно одинакова.

Как возникают такие фазовые различия? Эти знания очень важны, потому что фаза должна рассматриваться не только для сигналов обратной связи усилителей и самооспособности, но и при строительстве схемы, поскольку нам необходимо полностью понять, использовать или избежать таких фазовых различий. Давайте обсудим этот вопрос ниже.

Во -первых, нам нужно понять, как строятся некоторые компоненты; Во -вторых, понять основные принципы работы компонентов схемы; В -третьих, узнайте причины генерации фазовых различий на основе этого; В -четвертых, постройте некоторые основные цепи, используя характеристики разности фаз компонентов.

I. Процесс рождения резисторов, индукторов и конденсаторов

После долгосрочных наблюдений и экспериментов ученые выяснили некоторые принципы, и часто бывают неожиданные случайные открытия, такие как открытие Рентгена рентгеновских лучей и открытие мадам Кюри радияного излучения. Эти случайные открытия даже стали большими научными достижениями. То же самое верно в области электроники.
Когда ученые прошли ток через провода, они случайно обнаружили проволочную нагрев и электромагнитную индукцию, а затем изобрели резисторы и индукторы. Ученые также получили вдохновение в явлении электрификации трения и изобретенных конденсаторов. Создание диодов из -за обнаружения исправления также является случайным.

II. Основные принципы работы компонентов

Резистор - электрическая энергия → тепловая энергия
Индуктор - электрическая энергия → энергия магнитного поля, & Энергия магнитного поля → Электрическая энергия
Конденсатор - энергия электрического потенциала → Энергия электрического поля, & Энергия электрического поля → ток
Можно видеть, что резисторы, индукторы и конденсаторы являются компонентами преобразования энергии. Резисторы и индукторы осознают преобразование между различными типами энергии, в то время как конденсаторы реализуют преобразование между энергией электрического потенциала и энергией электрического поля.

Резистор
Принцип резистора: электрическая потенциальная энергия → ток → тепловая энергия.

Существует электрическая потенциальная энергия (положительная и отрицательная заряда), хранящаяся на положительных и отрицательных концах источника питания. Когда электрический потенциал применяется через резистор, заряды протекают под действием разности потенциалов - образуя ток. Их скорость потока намного быстрее, чем неупорядоченное свободное движение без разности потенциалов, поэтому тепло, генерируемое столкновениями в резисторе или проводнике, также больше.

Положительные заряды входят в резистор с конца с высоким потенциалом, а отрицательные заряды входят в резистор с конца с низким потенциалом. Два нейтрализуют внутри резистора. Нейтрализация делает количество положительных зарядов в резисторе показывает распределение градиента от высокого потенциального конца до низкопотенциального конца, а количество отрицательных зарядов в резисторе показывает градиентное распределение от низкого потенциала к концу высокого потенциала, что генерирует разницу потенциалов по резистору, который является снижением напряжения резистора. При том же токе, чем больше сопротивление резистора к нейтрализации, тем больше падение напряжения на нем.

Следовательно, r = V/i используется для измерения сопротивления линейного резистора (падение напряжения пропорциональна току, проходящего через него).
Для сигналов переменного тока он выражается как r = v (t)/i (t).

Обратите внимание, что существует также концепция нелинейных резисторов, чья нелинейность включает тип под влияния напряжения, тип под влияния тока и т. Д.

Индуктор
Принцип индуктора: индуктор - электрическая потенциальная энергия → ток → энергия магнитного поля, & Энергия магнитного поля → Электрическая потенциальная энергия (если есть нагрузка, то → ток).

Когда потенциал источника питания применяется через катушку индуктора, заряды протекают под действием разности потенциалов - образуя ток, а ток преобразуется в магнитное поле, которое называется процессом «намагничивания». Если разность потенциалов источника питания на нагрузке на намагниченную индуктивную катушку удаляется и индукторная катушка подключена к внешней нагрузке, энергия магнитного поля преобразуется в электрическую энергию во время процесса затухания (если нагрузка является конденсатором, это энергия электрического поля; если нагрузка является резистором, он текущий), который называется процессом «демагнизации».

Блок для измерения намагниченности индукторной катушки представляет собой связь с потоком - ψ. Чем больше тока, тем больше потока связи, индукторная катушка намагничена, то есть связь потока пропорциональна току, то есть, ψ = l*i. Для указанной катушки индуктора L является постоянной.

Следовательно, L = ψ/I используется для выражения способности электромагнитного преобразования индукторной катушки, а L называется индуктивностью. Дифференциальная экспрессия индуктивности: l = dψ (t)/di (t).

В соответствии с принципом электромагнитной индукции изменение привязки потока генерирует индуцированное напряжение, и чем больше изменение сцепления потока, тем выше индуцированное напряжение, то есть v (t) = dψ (t)/dt.

Комбинируя две вышеупомянутые формулы, мы получаем: v (t) = l*di (t)/dt, то есть индуцированное напряжение индуктора пропорционально скорости изменения тока (производная по времени). Чем быстрее изменяется ток, тем выше индуцированное напряжение.

Конденсатор
Принцип конденсатора: энергия электрического потенциала → ток → Энергия электрического поля, энергия электрического поля → ток.

Когда потенциал источника питания применяется к двум металлическим пластинам конденсатора, положительные и отрицательные заряды собираются на две пластины конденсатора соответственно при действии разности потенциалов с образованием электрического поля, которое называется процессом «зарядки». Если разность потенциалов источника питания на заряженном конденсаторе удаляется, и конденсатор подключен к внешней нагрузке, заряды через конденсатор вытекают в рамках его разности потенциалов, который называется процессом «разрядки». Поток зарядов во время процесса сбора к конденсатору и вытекает из двух пластин конденсатора образует ток.

Следует особо отметить, что ток на конденсаторе не означает, что заряды действительно протекают через изолирующую среду между двумя пластинами конденсатора, но только поток, образованный сбором зарядов извне к двум пластинам конденсатора во время зарядки и потока, образованного потоком зарядов от двух пластин к конденсатору к внешней стороне во время зарядки. То есть ток конденсатора на самом деле является внешним током, а не внутренним током, который отличается от резисторов и индукторов.

Подразделение для измерения суммы зарядки конденсатора - это количество сборов - Q. Чем больше разность потенциалов между плитами конденсатора, тем больше зарядов заряжаются плиты конденсаторов, то есть количество зарядов пропорционально разности потенциалов (напряжение), то есть, Q = C*V. Для указанного конденсатора C является постоянной.

Следовательно, c = q/v используется для выражения емкости хранения заряда на конденсационных пластинах, а C называется емкостью.

Дифференциальная экспрессия емкости: c = dq (t)/dv (t).

Поскольку ток равен количеству смены заряда за единицу времени, то есть i (t) = dq (t)/dt, объединяя две вышеупомянутые формулы, мы получаем: i (t) = c DV (T)/DT, то есть ток конденсатора пропорционален скорости изменения его напряжения (производная по времени). Чем быстрее изменяется напряжение, тем больше тока.
Резюме: v (t) = l di (t)/dt
Он показывает, что изменение тока образует индуцированное напряжение индуктора (индуцированное напряжение не образуется, если ток является постоянным).
i (t) = C*DV (T)/DT показывает, что изменение напряжения образует внешний ток конденсатора (фактически изменение суммы заряда. Ни один внешний ток конденсатора не образуется, если напряжение постоянно).

III. Изменение компонентов на фазу сигнала

Прежде всего, следует напомнить, что концепция фазы предназначена для синусоидальных сигналов, и нет концепции фазы для сигналов DC, непериодических сигналов изменения и т. Д.

Напряжение и ток на резисторе находятся в одной и той же этапе
Потому что напряжение на резисторе v (t) = r i (t), если i (t) = sin (ωt + θ), то v (t) = r грех (ωt + θ). Следовательно, напряжение и ток на резисторе находятся в той же фазе.
Ток на индукторе отстает от напряжения на 90 ° в фазе
Потому что индуцированное напряжение на индукторе v (t) = l di (t)/dt, если i (t) = sin (ωt + θ), то v (t) = l cos (ωt + θ). Следовательно, ток на индукторе отстает за индуцированным напряжением на 90 ° в фазе, или индуцированное напряжение приводит к току на 90 ° в фазе.

Интуитивное понимание: представьте себе индуктор последовательно с резистором для намагниченности. С точки зрения процесса намагничения изменение тока намагничивания вызывает изменение связи потока, а изменение сцепления потока генерирует индуцированную электродвижущую силу и индуцированный ток. Согласно закону Ленца, направление индуцированного тока противоположно направлению тока намагничивания, что задерживает изменение тока намагничивания, что делает фазу намагничивающего тока задержкой за индуцированным напряжением.

Ток на конденсаторе приводит к напряжению на 90 ° в фазе
Потому что ток на конденсаторе I (t) = c dv (t)/dt, если v (t) = sin (ωt + θ), то i (t) = c cos (ωt + θ).
Следовательно, ток на конденсаторе приводит к напряжению на 90 ° в фазе, или напряжение отстает от тока на 90 ° в фазе.

Интуитивное понимание: представьте себе конденсатор последовательно с резистором для зарядки. С точки зрения процесса зарядки, накопление плавных зарядов (то есть ток) всегда происходит до изменения напряжения на конденсаторе, то есть ток всегда приводит к напряжению, или напряжение всегда отстает от тока.

Следующее интегральное уравнение может отражать эту интуицию:
v (t) = (1/c)*∫i (t)*dt = (1/c)*∫dq (t), то есть накопление изменения заряда образует напряжение, поэтому dq (t) ведет v (t) в фазе; и процесс накопления заряда - это процесс синхронного изменения тока, то есть I (t) находится в фазе с DQ (T). Следовательно, i (t) ведет V (t) в фазе.

IV. Применение разности фаз компонентов

- Понимание RC Wien Bridge и LC Resonance Process
Как резонанс, так и параллельный резонанс RC Wien Bridge и LC серии и параллельный резонанс вызваны разностью фаз между напряжением и током конденсаторов и/или индукторов, как и ритм механического резонанса.

Когда две синусоидальные волны с одинаковой частотой и фазой наложены, амплитуда наложенной волны достигает максимума, которая называется резонансом в цепи.

Когда две синусоидальные волны с одинаковой частотой, но противоположные фазы наложены, амплитуда наложенной волны будет уменьшена до минимального, даже нуля. Это принцип уменьшения или поглощения вибрации, такой как оборудование для восстановления шума.

Когда в системе смешаны несколько частотных сигналов, если резонируют два сигнала с одной и той же частотой, энергия других частот вибрации в системе будет поглощена этими двумя сигналами с одинаковой частотой и фазой, тем самым фильтрации других частот. Это принцип резонансной фильтрации в цепи.

Резонанс должен соответствовать двум условиям: та же частота и та же фаза. Метод того, как схема выбирает частоту с помощью амплитудной характеристики, уже обсуждался на мосту RC Wien. Идея серии LC и параллель такая же, как у RC, поэтому она не повторяется здесь.

Давайте примем приблизительную оценку компенсации фазы в резонансе схемы (необходимо рассчитать более точный сдвиг фазы)

Резонанс RC Wien Bridge
Если нет C2, ток синусоидального сигнала UO течет из C1 → R1 → R2, а UF выходного напряжения образуется через падение напряжения на R2. Поскольку ток ветвления изменяется на 90 ° опережая UO с помощью конденсатора C1, этот ток с ведущими фазовыми потоками через R2 (резистор не производит фазовый сдвиг!), Что делает выходное напряжение UF Head UO на 90 ° в фазе.

Когда C2 подключен параллельно с R2, C2 получает напряжение от R2. Из -за отставающего эффекта конденсатора на напряжение напряжение на R2 также вынуждено отставать. (Но это не может быть 90 °, потому что существует также влияние тока C1 → R1 → C2 на напряжение на C2, то есть, UF, но на характеристической частоте RC выходная фаза UF такая же, как у UO после соединения C2 параллельно.)
Резюме: подключение конденсатора параллельно делает фазу задержки сигнала напряжения, которая называется параллельной компенсацией фазы напряжения.

LC Параллельный резонанс
Если нет конденсатора C, синусоидальный сигнал U индуцируется вторичной стороной через L до вывода UF, а напряжение UF приводит U на 90 °; Когда конденсатор C подключен параллельно с основной стороной L из -за отстающего эффекта конденсатора на напряжение, напряжение на L также вынуждено отставать на 90 °. Следовательно, выходная фаза UF такая же, как у U после подключения C параллельно.
LC Series Resonance
Для входного синусоидального сигнала u конденсатор C производит ток на нагрузке R в серийной схеме Head U на 90 ° в фазе, а индуктор L производит ток в той же последовательности схемы на 90 ° в фазе. Два фаза сдвига точно отменяют друг друга. Следовательно, выход UF находится в фазе с входом u.

Краткое содержание:

(Обратите внимание, что фазовое влияние не обязательно составляет 90 °, что связано с другими частями, и специфическое необходимо рассчитать)
Серийный конденсатор производит токурную фазу лидерства серии ветвей, что влияет на фазу выходного напряжения.
Параллельный конденсатор делает фазу напряжения параллельной задержки ветви, что влияет на фазу выходного напряжения.
Серия индуктора делает ток -фазу задержки серии ветвей, что влияет на фазу выходного напряжения.
Параллельный индуктор делает фазу напряжения параллельной ветвей, что влияет на фазу выходного напряжения.

Более краткая память:
Конденсаторы делают текущий фазовый свинец, а индукторы делают свинцовой фазы напряжения. (Оба относятся к току или напряжению на компоненте)
Конденсатор - ток, проводится, индуктор - даты напряжения.