1. 分压原理
现在有一个输入Vi,当我们需要一个自定义的输出Vo时,就要用到分压原理。图1中的电阻Ri和Rg就构成了一个分压器,Rg是接地端的电阻,Ri是靠近输入端Vi的电阻。
例如,当Rg=Ri,那么按图2的公式,将有50%的电压出现在输出上。如果你只需要10%的输入电压,就可以用Rg为1kΩ,Ri为9kΩ,结果就是得到了一个分压器,它以电阻发热为代价,将90%的电压消耗在电阻上,留下10%电压给了输出Vo。
2. 电容阻碍电压的变化
接下来我们考虑一下,如果把前面图1的分压电阻Rg替换成电容,结果会变成怎么样,还是一个分压电路么?你可能会问:“电容不过是一个阻值随频率而变化的电阻,这会不会产生一个依赖频率的分压器呢?”是的,确实如此,我们通常把这样的电路叫做RC电路。下面详细介绍下RC电路,如图3和图4所示。对于阶跃输入,输出电压曲线总是如图6一样,只是用的时间不同。形状总是相同的,所用的时间则取决于时间常数τ的大小。所以我们可以用τ的整数倍的刻度(即以τ为单位),来替代时间(s为单位)。
当1τ时,输出电压上升到63.2%;在2τ时达到86.6%;在3τ时达到95%;在4τ时达到98%;当时间达到5τ时,输出电压已经很接近100%了。
然后我们可以来分析RC电路电阻和电容的具体情况。在0τ时,输出的电压Vo为0,因此全部的电压加在电阻R上,流过的电流最大。实际上,这个时间点上,电容相当于电路到地。在1τ时,输出Vo是输入Vi的63.2%,因此电阻R的电压Vr=36.8%。照这样依次计算,我们可以得到一个跟电压变化曲线的变化方向相反的曲线,如图7所示。
事物都有其正反面,电容也不例外,下面介绍的电感,就是电容的反面。