串联电容的问题

mogyz

串联电容的问题 [复制链接]

最近遇到个这个的电路，看起来很简单，但是不好理解：



上面左图是线路，右图是波形，蓝色（通道B）是2点的波形，红色（通道A）是3点的波形，两个波形的参考电平是相同的，只是分开显示方便比较。我本来以为3点的波形应该是：V2为10V时，3点也为10V，V2为0V时，3点为5V；但实际上是V2为10V时，3点为5V，V2为0V时，3点也为0V。

再看下图：



蓝色（通道B）是6点的波形，红色（通道A）是4点的波形，两个波形的参考电平是相同的，而且没有上下移动。当MOS管关闭时，6点为10V，4点为0V，当MOS管打开时，6点为0V时，4点为-5V。

以上情况如何理解，谁能详细解释一下发生的原理？（第二个线路图，不只是仿真，实际组成线路用示波器测量的情况是一样的！）

而且有没有MOS管，得到的结果居然差别那么大？

maychang

仿真没有错误，而且与有无MOS没有关系。
两支电容串联，每支电容又没有单独的放电通路，理想电容两端电压应该保持不变(注意：每一端对地电压可以变化，而且同时变化)。
如果想不通，可以这样设定个具体数值例子：假定两支电容均充电到两端电压为100V，然后两支电容“头对头”联接在一起(即两个充电到正的端接在一起)，然后再接入无MOS管电路。
那么下边电容下端对地为零时，其上端为105V，而上边电容上端10V，下端为·105V。两支电容串联的两端(上边电容的上端和下边电容的下端)之间电压为10V，恰为电阻R1两端电压。

elvike

建议把电容放大，电阻减小，把充放电过程变长之后，来看过程，然后再分析。试试看，勿拍

maychang

elvike 发表于 2015-5-24 13:56
建议把电容放大，电阻减小，把充放电过程变长之后，来看过程，然后再分析。试试看，勿拍

前一图，两侧都是电压源，那支电阻R1对充放电时间没有任何影响。

后一图倒是MOS管关断状态下R1对时间有影响。但要将充放电时间变长，应该是增加电阻值而不是减小。

最后说一句：改变RC时间常数，并不会改变两支电容中任一电容初始状态。

mogyz

maychang 发表于 2015-5-24 00:17
仿真没有错误，而且与有无MOS没有关系。
两支电容串联，每支电容又没有单独的放电通路，理想电容两端电压应该保持不变(注意：每一端对地电压可以变化，而且同时变化)。
如果想不通，可以这样设定个具体数值例子：假定两支电容均充电到两端电压为100V，然后两支电容“头对头”联接在一起(即两个充电到正的端接在一起)，然后再接入无MOS管电路。
那么下边电容下端对地为零时，其上端为105V，而上边电容上端10V，下端为·105V。两支电容串联的两端(上边电容的上端和下边电容的下端)之间电压为10V，恰为电阻R1两端电压。

你假设的例子有个问题，因为两个电容一开始就是串接在一起的，而且当没有加上电源时，电容上应该是没有充电的，连接的中间点电荷为零，当接上电源时，如果按照你的例子，两个电容中间位置充电进去了，两个电容中间连接处的电荷量从无变为有，电荷不守恒了？
还有，请认真看看仿真的结果：下边电容下端对地为零时，其上端也为零。

maychang

mogyz 发表于 2015-5-29 22:26
你假设的例子有个问题，因为两个电容一开始就是串接在一起的，而且当没有加上电源时，电容上应该是没有充电的，连接的中间点电荷为零，当接上电源时，如果按照你的例子，两个电容中间位置充电进去了，两个电容中间连接处的电荷量从无变为有，电荷不守恒了？
还有，请认真看看仿真的结果：下边电容下端对地为零时，其上端也为零。

“当没有加上电源时，电容上应该是没有充电的，连接的中间点电荷为零”
这可不一定。
时刻为零时，电容两端的电压(或者说电容所带电荷)叫初始条件(实际上就是定积分的初始条件)，不一定为零。

“电荷不守恒了？”
我所说的全部过程，完全是基于电荷守恒。

“还有，请认真看看仿真的结果”
仿真就是计算，让计算机替我们计算。
计算引用的规则(各种定律等等)如果引用错了，那么计算的结果可能是错的，但这些规则自身没有错。

mogyz

我明白你说的例子，就是当电容有初始电荷时，把电荷束缚在两个电容的连接中点，而且没有释放路径，这样中点的对地电位就不为零，而且会随着参考点电位的改变而改变对吧。
但我要说明的是，时刻为零时，电容两端的电压一定为0，因为我实际接了线路，没通电时我也没给电容充电。
如果电荷守恒，初始也没给电容充电，两个电容的连接点总电荷就是零吧？那么就算后面对电容充电，两个电容连接的两个极板也只能出现电荷相反而电量相等的情况，不会出现同种电荷吧？（出现同种电荷就不知道电荷是怎么进去的，电荷又怎么守恒？）
真的请再看一下，你解释的结果与仿真结果对不上。所以我按着你的思路没想通。

maychang

mogyz 发表于 2015-5-31 21:32
我明白你说的例子，就是当电容有初始电荷时，把电荷束缚在两个电容的连接中点，而且没有释放路径，这样中点的对地电位就不为零，而且会随着参考点电位的改变而改变对吧。
但我要说明的是，时刻为零时，电容两端的电压一定为0，因为我实际接了线路，没通电时我也没给电容充电。
如果电荷守恒，初始也没给电容充电，两个电容的连接点总电荷就是零吧？那么就算后面对电容充电，两个电容连接的两个极板也只能出现电荷相反而电量相等的情况，不会出现同种电荷吧？（出现同种电荷就不知道电荷是怎么进去的，电荷又怎么守恒？）
真的请再看一下，你解释的结果与仿真结果对不上。所以我按着你的思路没想通。

“但我要说明的是，时刻为零时，电容两端的电压一定为0，因为我实际接了线路，没通电时我也没给电容充电。”
问题就在于：不是那么回事。
这个问题，不是一个回帖中三句五句话能够说清楚的。
老弟稍等，待我把这个问题完全写清楚，尤其是初始条件，再贴出来。
可能需要两天之后才能够完成。

maychang

mogyz 发表于 2015-5-31 21:32
我明白你说的例子，就是当电容有初始电荷时，把电荷束缚在两个电容的连接中点，而且没有释放路径，这样中点的对地电位就不为零，而且会随着参考点电位的改变而改变对吧。
但我要说明的是，时刻为零时，电容两端的电压一定为0，因为我实际接了线路，没通电时我也没给电容充电。
如果电荷守恒，初始也没给电容充电，两个电容的连接点总电荷就是零吧？那么就算后面对电容充电，两个电容连接的两个极板也只能出现电荷相反而电量相等的情况，不会出现同种电荷吧？（出现同种电荷就不知道电荷是怎么进去的，电荷又怎么守恒？）
真的请再看一下，你解释的结果与仿真结果对不上。所以我按着你的思路没想通。



所以说，两次仿真都没有错。

maychang

不知怎么回事，图片的顺序错误，而且不能编辑改正。各位将就着看吧。

soso

maychang 发表于 2015-6-2 09:46
不知怎么回事，图片的顺序错误，而且不能编辑改正。各位将就着看吧。

您好  图片应该是根据您的上传顺序排列的。
上传后，可以在图片上传框点击对应图片，就可以插入到文档中，插入文档的顺序是可以自行调节的。

mogyz

maychang 发表于 2015-6-2 09:39

非常感谢，分析得很详细，终于明白了。