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电容为什么是线性元件

Click: Time:2025-02-17 15:38:19

电容的线性表现

分析如下:

这里所指的不是针对直流电路而言,而是指交流电路

下图:


1.先来计算图1各电阻的分压,看看有什么特点

由于50/(6+9+17)=1.5625其实就是电流。如果我们把电压增加,电流也增加,而且电流增加的比例与电压增加的比例相同,也即du/di=常数。

因为结果是常数,所以我们说,这就是线性电路。


2.用相量法来计算图2

注意:这里的相量不是向量,是一种专门用于交流正弦参量的计算方法。此时,图2中的参量是阻抗,其本质是复数,用Z来表示。

注意:电阻的电压与电流相位相同,故电角度为零;电感的电压超前电流90度,而电容的电压落后电流90度,故前者为<90,后者为<-90

同理,我们可以计算出电感和电容上的电压,分别是:


我们把这三个电压加在一起,结果等于多少呢?答案是:就是电源电压

如果我们计算出电流相量,然后用电压相量去除以电流相量,我们会发现它们的比值是复常数,也即总阻抗。同时,我们也会发现:dU/dI=常数。

这说明,当我们把电阻、电容和电感看成阻抗时,计算方法与直流电路中一模一样,都是线性的。


3.结论

对于直流电路,我们有:欧姆定律、叠加原理、戴维南定理诺顿定理等等;对于交流电路,我们同样有:欧姆定律、叠加原理、戴维南定理、诺顿定理等等。

不过,这里的计算用的是相量,并且参量是阻抗。

因此,电容及其容抗在交流电路中,被视为线性元件。


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