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8張經(jīng)典動(dòng)態(tài)圖解析電壓電流的超前與滯后問題-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-03-18 

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電壓,電流,超前與滯后

電壓概述

電壓是電路中自由電荷定向移動(dòng)形成電流的原因。


電勢差(電壓差)的定義:

電荷q 在電場中從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),電場力所做的功WAB與電荷量q 的比值,叫做AB兩點(diǎn)間的電勢差(AB兩點(diǎn)間的電勢之差,也稱為電位差),用UAB表示,則有公式:


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其中,WAB為電場力所做的功,q為電荷量。


同時(shí)也可以利用電勢這樣定義


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如果電壓的大小及方向都不隨時(shí)間變化,則稱之為穩(wěn)恒電壓或恒定電壓,簡稱為直流電壓,用大寫字母U表示。如果電壓的大小及方向隨時(shí)間變化,則稱為變動(dòng)電壓。對電路分析來說,一種最為重要的變動(dòng)電壓是正弦交流電壓(簡稱交流電壓),其大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化。交流電壓的瞬時(shí)值要用小寫字母u或u(t)表示。在電路中提供電壓的裝置是電源。


單位:

電壓在國際單位制中的主單位是伏特(V),簡稱伏,用符號V表示。

1伏特等于對每1庫侖的電荷做了1焦耳的功,即1 V = 1 J/C。強(qiáng)電壓常用千伏(kV)為單位,弱小電壓的單位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。


它們之間的換算關(guān)系是:


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電流概述

電流是導(dǎo)體中的自由電荷在電場力的作用下做有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)就形成了-電流。


電源的電動(dòng)勢形成了電壓,繼而產(chǎn)生了電場力,在電場力的作用下,處于電微安(μA)1A=1 000mA=1 000 000μA,電學(xué)上規(guī)定:正電荷定向流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。金屬?dǎo)體中電流微觀表達(dá)式I=nesv,n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù),e為電子的電荷量,s為導(dǎo)體橫截面積,v為電荷速度。


大自然有很多種承載電荷的載子,例如,導(dǎo)電體內(nèi)可移動(dòng)的電子、電解液內(nèi)的離子、等離子體內(nèi)的電子和離子、強(qiáng)子內(nèi)的夸克。這些載子的移動(dòng),形成了電流。


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國際單位制中電流的基本單位是安培。 1安培定義為:在真空中相距為1米的兩根無限長平行直導(dǎo)線,通以相等的恒定電流,當(dāng)每米導(dǎo)線上所受作用力為2×10-7 N時(shí),各導(dǎo)線上的電流為1安培。


電壓電流的超前與滯后詳解

電壓電流的超前與滯后解析,由于Sin[ωt]在求導(dǎo)或積分后會出現(xiàn)Sin[ωt±90°],所以對于接上了正弦波的電感、電容,橫坐標(biāo)為ωt時(shí)可以觀察到波形超前滯后的現(xiàn)象,直接從靜態(tài)的函數(shù)圖上看不太容易理解,所以下面的動(dòng)圖會比較直觀的理解。


下圖是電感的,用紅色表示電壓,藍(lán)色表示電流。如果接上理想的直流電壓表、直流電流表,可以觀察到電壓的變化超前于電流,電流的變化滯后于電壓。時(shí)間增加時(shí),縱坐標(biāo)軸及時(shí)間原點(diǎn)會隨著波形一起往左移動(dòng)。


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如果把波形畫在矢量圖右方,就是下面這種動(dòng)畫,但橫坐標(biāo)右方是過去存在的波形,指向過去,是-ωt。雖然波形反過來了,但電壓的變化仍然超前于電流,電流的變化仍然滯后于電壓。時(shí)間原點(diǎn)一直隨著波形往右方移動(dòng),函數(shù)圖中的縱坐標(biāo)軸并未與橫坐標(biāo)交于原點(diǎn),交點(diǎn)所代表的時(shí)間一直在增加。如果不注意,超前滯后的判斷很容易出錯(cuò)。


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理解超前滯后這一概念用相量圖是最好的,從測量數(shù)據(jù)來觀察或者從靜態(tài)波形上觀察都不太直觀而且容易出錯(cuò)。下圖是電容的。電壓的變化滯后于電流,電流的變化超前于電壓。坐標(biāo)系右方是未來,左方是過去。


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橫坐標(biāo)是-ωt時(shí),電容的電壓的變化仍然滯后于電流,電流的變化仍然超前于電壓。因?yàn)榇俗鴺?biāo)系左方是未來,而右方是過去。


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下圖是電阻的。電壓函數(shù)電流函數(shù)同相。


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下圖是三者串聯(lián)的情況,沒畫相量圖和波形圖。但從指針的變化可以判斷:電流相同時(shí),電感和電容的電壓函數(shù)反相。


沒畫總電壓,因?yàn)榭傠妷河锌赡艹坝诳傠娏?,也有可能滯后于總電流,也有可能兩者同相,同相時(shí)為諧振狀態(tài)。


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以前還做過這種,元件右邊標(biāo)的是電壓電流的參考方向。用不同的顏色描述電壓的大小,藍(lán)色>黃色>紅色;用不同的粗細(xì)和箭頭描述電流的大小和方向,而且把電感、電容充能的效果也做進(jìn)去了,電流最大時(shí)電感磁場能最大,電容電場能最小。

但是,就解釋超前滯后這一概念的話,指針表的動(dòng)畫更直觀。


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電流與電壓的作用

電壓是產(chǎn)生電流的原因,所以說電壓的作用是產(chǎn)生電流。


電流的作用是將電能轉(zhuǎn)化為其它能量。如電燈可將電能轉(zhuǎn)化為光能、熱能;電機(jī)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能等。


電壓高了產(chǎn)生的電流也會增大,電流大了電能轉(zhuǎn)化為其它能量就會增多。電源的電動(dòng)勢形成了電壓,繼而產(chǎn)生了電場力,在電場力的作用下,處于電場內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng),形成了電流。每秒通過1庫侖的電量稱為1「安培」(A)。安培是國際單位制中所有電性的基本單位。


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