從表面上看,電壓是一個簡單的話題,但實(shí)際上非常復(fù)雜,涉及到我們周圍無形的電子流動的成千上萬種情況。以下是關(guān)于電壓的七個事實(shí),你應(yīng)該了解。
1、電壓不是單一的量,而是兩個不同值之間的差異
問“電路中某一點(diǎn)的電壓是多少?”聽起來很簡單。確實(shí),如果有人問這樣的問題,你可以假設(shè)他們是指相對于主接地或電池或電源的負(fù)極的電壓。但這個概念本身非常重要:我們無法在電路的某一點(diǎn)上簡單地說有電壓。
故障總是源于電路某處的電流不正確。也許是斷線導(dǎo)致電流為零,或者過熱問題導(dǎo)致電流過大。如果我們希望找出問題所在,就必須能夠區(qū)分“電路中某一點(diǎn)的電壓”(再次強(qiáng)調(diào),假設(shè)有接地/中性參考)和“電路中某個設(shè)備兩端的電壓”這兩個術(shù)語。
關(guān)鍵是要確保萬用表的黑色COM引線應(yīng)放置的位置。
2、電壓在所有地方始終存在
當(dāng)你走進(jìn)家里的時候,你可能并不會時常想到每個物體周圍都有電壓,但這確實(shí)是事實(shí)。有很多行業(yè)專門致力于解決靜電問題,這種電能在隨機(jī)物體上產(chǎn)生高電壓,隨時等待接觸以產(chǎn)生快速放電。
這通常是無害的,但有三個地方可能會造成問題:孩子滑塑料滑梯、周圍有可燃蒸汽的加油站,以及敏感且未受保護(hù)的計算機(jī)電路?;菔亲畛R姷母杏X,但加油站和電路可能更危險且代價更高。請記住,你總是會有電壓??諝庵杏须妷海總€物體都有電壓。在必要時,了解如何正確接觸一個物體,使你回到與周圍環(huán)境相同的電壓(或接地),以免在錯誤的地方意外產(chǎn)生火花。
3、電壓與電流相關(guān)聯(lián),但不依賴于電流
歐姆定律將電壓、電流和電阻以線性關(guān)系聯(lián)系在一起。當(dāng)負(fù)載的電阻保持不變時,電壓和電流是直接相關(guān)的;電壓翻倍,電流也會翻倍。然而,你可以在電路中存在電壓而沒有任何電流,當(dāng)這種情況發(fā)生時,歐姆定律似乎失效。這一點(diǎn)在開路電路中最為明顯,幾乎無限的電阻與零電流相乘,電壓也應(yīng)該為零。然而,我們測量開路電路的電壓時,會看到一個有限的值。
在開路的情況下,我們實(shí)際上是在測量“潛在”電壓,而不是負(fù)載中耗散的電壓。
4、電壓表并不能隨時顯示準(zhǔn)確的電壓
數(shù)字電壓表受限于刷新率,因此每一個微小的電壓尖峰或下降都無法被測量或顯示。雖然模擬表沒有刷新率,但它們對變化的響應(yīng)需要時間,因此無法顯示電壓的快速變化??梢园阉鼈兛醋魇窃谡故具^去一秒左右的“平均”電壓。
大多數(shù)時候,這種滾動平均是完全可以接受的。但如果你真的需要測量高速信號,選擇的儀器應(yīng)該是示波器,可以以每秒數(shù)十億次的時間精度顯示波形。
5、無法測量組件上實(shí)際的電壓降
在測量電壓時,一小部分電流會從+V流經(jīng)電壓表到COM。當(dāng)你嘗試測量一個端子或負(fù)載的電壓時,電表中會有額外的電流流過,這在電路看來意味著負(fù)載電阻下降了少許。雖然這并不多,但足以改變電路。
大多數(shù)情況下,這種小變化對電工而言并不成問題,甚至不值得討論。但是否存在電路中這可能會顯著影響的情況?是的。在高阻抗電路中,例如半導(dǎo)體,設(shè)備的電阻可能與電壓表的電阻相近(例如mosfet的關(guān)斷狀態(tài)電阻)。如果突然引入電壓表的相等電阻,負(fù)載的電阻會降至一半,電路中的電流會翻倍!雖然在幾百萬歐姆的電阻下,電流仍然不大,但儀表的顯示結(jié)果肯定不會反映出真實(shí)情況!
6、低電壓電池也能產(chǎn)生電弧
我很少被測量工具電擊。但第一次發(fā)生這種情況(并非偶然)是在我真正理解絕緣電壓表(兆歐表)如何工作前的幾分鐘!
當(dāng)電池產(chǎn)生的直流電壓通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電時,它可以像其他交流信號一樣送入變壓器。這很可能是一個升壓變壓器,將AA電池微弱的6-9伏特轉(zhuǎn)換為500甚至1000伏特。這絕對足以產(chǎn)生可見的電弧電壓,并足以喚醒一個好奇的年輕工程師。
幸運(yùn)的是,幾節(jié)AA電池產(chǎn)生的火花總功率非常小,因此不太可能造成危險。然而,這教會你要尊重電的規(guī)律,并對如何用手握住電壓表引線保持謹(jǐn)慎。
7、電壓可以維持多年
你應(yīng)該知道這一點(diǎn);你從商店購買的電池可能有幾年甚至十年的保質(zhì)期。然而,有些設(shè)備可以儲存大量電能。如果它們設(shè)計優(yōu)良,電壓可能需要幾十年才能通過電路、空氣或設(shè)備材料的電阻最終消散。
一個臭名昭著的罪魁禍?zhǔn)资请娙萜?。如果用于電動機(jī)驅(qū)動器和舊顯像管電視機(jī)的大電容器存放在干燥、適度的環(huán)境中,并且沒有某種慢耗散電阻,它們可以長時間儲存能量。
如果你遇到一個大電容器,測量引線上的電壓只需片刻。如果它保持充電狀態(tài),你可以在引線之間連接一個高值電阻(如100k到1M),觀察它慢慢排放,直到電壓消失。
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