从表面上看,电压是一个简单的话题,但实际上非常复杂,涉及到我们周围无形的电子流动的成千上万种情况。以下是关于电压的七个事实,你应该了解。
1、电压不是单一的量,而是两个不同值之间的差异
问“电路中某一点的电压是多少?”听起来很简单。确实,如果有人问这样的问题,你可以假设他们是指相对于主接地或电池或电源的负极的电压。但这个概念本身非常重要:我们无法在电路的某一点上简单地说有电压。
故障总是源于电路某处的电流不正确。也许是断线导致电流为零,或者过热问题导致电流过大。如果我们希望找出问题所在,就必须能够区分“电路中某一点的电压”(再次强调,假设有接地/中性参考)和“电路中某个设备两端的电压”这两个术语。
关键是要确保万用表的黑色COM引线应放置的位置。
2、电压在所有地方始终存在
当你走进家里的时候,你可能并不会时常想到每个物体周围都有电压,但这确实是事实。有很多行业专门致力于解决静电问题,这种电能在随机物体上产生高电压,随时等待接触以产生快速放电。
这通常是无害的,但有三个地方可能会造成问题:孩子滑塑料滑梯、周围有可燃蒸汽的加油站,以及敏感且未受保护的计算机电路。滑梯是最常见的感觉,但加油站和电路可能更危险且代价更高。请记住,你总是会有电压。空气中有电压,每个物体都有电压。在必要时,了解如何正确接触一个物体,使你回到与周围环境相同的电压(或接地),以免在错误的地方意外产生火花。
3、电压与电流相关联,但不依赖于电流
欧姆定律将电压、电流和电阻以线性关系联系在一起。当负载的电阻保持不变时,电压和电流是直接相关的;电压翻倍,电流也会翻倍。然而,你可以在电路中存在电压而没有任何电流,当这种情况发生时,欧姆定律似乎失效。这一点在开路电路中最为明显,几乎无限的电阻与零电流相乘,电压也应该为零。然而,我们测量开路电路的电压时,会看到一个有限的值。
在开路的情况下,我们实际上是在测量“潜在”电压,而不是负载中耗散的电压。
4、电压表并不能随时显示准确的电压
数字电压表受限于刷新率,因此每一个微小的电压尖峰或下降都无法被测量或显示。虽然模拟表没有刷新率,但它们对变化的响应需要时间,因此无法显示电压的快速变化。可以把它们看作是在展示过去一秒左右的“平均”电压。
大多数时候,这种滚动平均是完全可以接受的。但如果你真的需要测量高速信号,选择的仪器应该是示波器,可以以每秒数十亿次的时间精度显示波形。
5、无法测量组件上实际的电压降
在测量电压时,一小部分电流会从+V流经电压表到COM。当你尝试测量一个端子或负载的电压时,电表中会有额外的电流流过,这在电路看来意味着负载电阻下降了少许。虽然这并不多,但足以改变电路。
大多数情况下,这种小变化对电工而言并不成问题,甚至不值得讨论。但是否存在电路中这可能会显著影响的情况?是的。在高阻抗电路中,例如半导体,设备的电阻可能与电压表的电阻相近(例如mosfet的关断状态电阻)。如果突然引入电压表的相等电阻,负载的电阻会降至一半,电路中的电流会翻倍!虽然在几百万欧姆的电阻下,电流仍然不大,但仪表的显示结果肯定不会反映出真实情况!
6、低电压电池也能产生电弧
我很少被测量工具电击。但第一次发生这种情况(并非偶然)是在我真正理解绝缘电压表(兆欧表)如何工作前的几分钟!
当电池产生的直流电压通过逆变器转换为交流电时,它可以像其他交流信号一样送入变压器。这很可能是一个升压变压器,将AA电池微弱的6-9伏特转换为500甚至1000伏特。这绝对足以产生可见的电弧电压,并足以唤醒一个好奇的年轻工程师。
幸运的是,几节AA电池产生的火花总功率非常小,因此不太可能造成危险。然而,这教会你要尊重电的规律,并对如何用手握住电压表引线保持谨慎。
7、电压可以维持多年
你应该知道这一点;你从商店购买的电池可能有几年甚至十年的保质期。然而,有些设备可以储存大量电能。如果它们设计优良,电压可能需要几十年才能通过电路、空气或设备材料的电阻最终消散。
一个臭名昭著的罪魁祸首是电容器。如果用于电动机驱动器和旧显像管电视机的大电容器存放在干燥、适度的环境中,并且没有某种慢耗散电阻,它们可以长时间储存能量。
如果你遇到一个大电容器,测量引线上的电压只需片刻。如果它保持充电状态,你可以在引线之间连接一个高值电阻(如100k到1M),观察它慢慢排放,直到电压消失。
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