面包芯语

交流等效电路，电源相当于是接地？

面包板社区 2022-04-10 20:00
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做硬件的应该都学过模电，我也不例外，大学还是作为第一本专业书来学习的，当然这是好多年前的事儿。
 
模电中分析三极管电路的时候，一般会分析2种情况，直流通路和交流通路。
以下截图就是模拟电路教材的交流通路的分析：
其中有两句话值得看一看：
1、容量大的电容视为短路
2、无内阻的直流电源视为短路
 
关于这一点，有疑问的人应该不在少数，电容视为短路还好理解一点，电源也视为短路，有点懵。。。
我网上查了一下，比如有下面这样解释：
电源由于其电压恒定不变，即电压变化量等于零，故在交流作用下相当于短路
电源Vcc的内阻很小，相对于交流信号来说，电源Vcc与地GND之间相当于短路
 
不知道大家觉得这个解释如何，我是看不出来有啥因果关系的。。。。
那如何能通俗理解呢？
关于这一点，我其实想了不少，也查了不少的，最终自己有个想法吧，供参考。
 
什么是短路？
这还不简单，两点之间用一根导线连接起来，他们之间的阻抗为0，短路最直接的特征就是阻抗为0。
也可以说，如果两个点之间阻抗是0，那么我们也就说它们是短路的。
短路之后最直接的现象就是，短路的两点信号波形一模一样。
感觉像是在说废话。。。。
 
对于交流信号来说，电容为什么相当于是短路？
交流信号就是指有变化的信号，也就是说有频率，即使看起来杂乱无章的无周期的音频信号，经过傅里叶变换展开，也就是各种频率的正弦波，只是有很多频率分量而已。
 
电容的阻抗是1/jwC-----（w为角频率=2pi*f，C为电容量）
 
直流信号的频率可以看成为0Hz，它在分母上，所以电容对直流的阻抗就是无穷大，也就是说电容对直流信号来说相当于开路（开路的特点就是之间阻抗无穷大）。
而对某一频率的交流信号，电容容量越大，阻抗越小。当阻抗小到可以忽略不计的程度，可以看成是0Ω，那也就是相当于短路。
 
举个例子：
信号的频率是1Khz，电容100uF，那么容抗就是1/jwC=1.6Ω，相对于电路中其它的1K，2K的电阻，这个1.6Ω确实很小。
因此，为了方便分析电路，我们即使把它当作0Ω来看待，也可以得到基本正确的结果（当然，这里对交流信号来说的，直流肯定不行），那么就是说，这个100uF此时是相当于是短路的。
 
当然了，如果电容容量减小1000倍，是100nF，那么阻抗就是1.6K，显然不能忽略了，也就不能相当于短路了。
这也是为什么教材里面说容量大的电容才能相当于是短路的。
 
我们可以分别对100uF和100nF的情况做一个简单的仿真，看是不是这样。
可以看到，在100uF的时候，B点的波形和A点一模一样（不管直流分量）。而在100nF的时候，B点的波形与A点差很多，幅度和相位都不一样。
 
所以说，只有电容足够大，电容才能看成短路，那具体是多大叫足够大呢？
这个就要看具体电路。我们不能说100uF一定可以看成短路，也不能说100nF一定不可以看成短路。
如果我们考虑的交流信号是1Mhz的，那么100nF电容的阻抗就是1.6Ω，100nF在此时可以看成是短路的。
如果频率是1Khz不变，而上面电路中的电阻都是1MΩ的，那么尽管此时100nF电容的阻抗还是1.6K，但是比起1MΩ电阻来说，还是够小的，我们把它看成短路，也是可以的。
总的来说，电容多大叫够大，要看信号的频率，所处位置其它器件的总的等效阻抗是多大。电容的阻抗如果远小于所处位置的其它器件总的等效阻抗，那么就可以看成是短路的，反之就不可以。
 
对于交流信号来说，电源为什么相当于是短路？
上面这个电路，如果我们将电容换成直流电源，那么会发生什么呢？
A点输入交流信号，B点一定会获得一个一模一样的交流信号。
这个很容易理解，假如A点的电压增大△U，因为A和B直接是恒压源电源，两端电压恒定，就是VCC，那么B点的电压一定也增大△U。
这么看，不就是相当于A和B直接接到了一起吗？阻抗为0。
因为它们俩的波形总是一模一样的，没有任何差别。如果阻抗不是0，那么放入到电路中，它们之间的阻抗一定会同电路中其它的器件构成分压，导致波形不一样。
 
我们也可以看下仿真波形
图中加了一个3V的电源，替代之前的电容，可以看到，两点之间的波形也是一模一样的，只是直流电压有个3V的压差。
 
所以，对于交流信号来说，电源就相当于是短路的，即电源正负极相当于是用一根导线接到一起了，之间交流阻抗为0。
当然严格来说，实际中电源都有内阻r，只是比较小，能忽略掉的话才是相当于是短路的。
另外，标题说“电源相当于接地”，其实不是很准确，只是一般一个电路，电源负极就是地，所以，对于交流信号来说，也就是电源正极VCC相当于接地了。
 
除此之外，我们应该可以想到，在分析交流信号时，电源相对于电容，是更可以看成短路的。毕竟，电容对信号频率，所处位置的阻抗有要求，而电源基本没啥要求，只要是交流信号，内阻足够小的电源都可以看成是短路的。

END

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