本帖最后由 世界心 于 2016-4-29 15:34 编辑
从氧化还原和电子迁移角度看电路 电源中的氧化还原反应示意： 电路图如下所示，在此电路图中，电池为简化模型。假设电池的上端材料具有强氧化性，下端材料具有强还原性，则通过外部导线将两部分材料连接之后，氧化性强的物质（电池上部材料）就会抢夺掉还原性强物质（电池下部材料）的电子，由于这种氧化能力和还原能力材料对电子的约束能力不同，从而可以在外部产生电势差（即电压），引起导线中出现电子迁移。电子的迁移产生方向相反的电流，因此表现在电阻两端就表现出了电压。 实际中一般定义电池得电子的一端为正极，失电子的一端为负极。因此，电路中，提供正电压的一端得到电子，提供负电压的一端失去电子，因此在后面的分析中电子均流入电源的正极。
电容传递电势的原理 如下图所示，电源正极接到电容的左极板上，由于电容两级均为金属材料，所以在电源正极的氧化作用下，左极板金属失去电子，左极板聚集大量的正电荷，最终的结果是左极板的电势和电池的正极电势相同。由最基础的静电感应现象我们知道，由于静电场E的作用，电容会在右极板感生出同左极板同样多的负电荷。加入右极板引脚悬空，不能产生电子的迁移，则右极板在被感生出负电荷的同时产生同样的正电荷，其正电荷的分布如红色部分所示，正电荷的数量与左极板所带正电荷的数量相同。由此可以推出Uo=VEE。 看了上面的讨论，不禁会产生一个疑问。为什么直流电压也可以通过电容呢？ 在实际情况中，电容是不可能一端悬空使用的，假设电容后极输入电阻为Ri，当在零时刻开关K合上的瞬间，电荷的分布如下（因为电场是以光速传播的，感生电势的建立时间非常短），所以在零时刻Uo=VEE。由于电场的作用，右极板感生出的正电荷有很强的氧化性（因为在电场的作用下原子内层电子被剥夺了），这种氧化性会抢夺后极负载电阻Ri中的电子，因此就会在负载电阻Ri和地之间形成电子的迁移，从而产生电流I。随着时间的推移，流入右极板的电子越来越多，被中和的正电荷越来越多，氧化能力原来越弱，电流逐渐减小，因此Uo逐渐减小。当右极板正电荷被完全中和时，不再出现电子迁移，Uo=0。因此，在上电初期，电容短路，直流电压能通过，一段时间之后，电容对直流完全隔绝。最终会达到下图右边所示的稳定状态。
现在又有一个问题，那为什么交流电压有可以一直通过呢？ 当把上面图中的直流电换成交流电之后（如下图所示），假设开关合上的瞬间，其电荷分布如图所示。变化的交流电压Us导致电容器左极板电荷量不断发生变化，由此引发电场E和右极板负电荷发生等量的变化，同样，红色部分所示的正电荷也发生等量的变化。电荷量的变化引发了氧化能力的变化，由此造成电子迁移的速度不同，即流过Ri的电流大小不一样，在负载电阻Ri上产生了不同的压降，即交流电压从电容左边传递到了右极板相连的负载电阻上。
因为右极板的氧化能力和左极板输入电压的变化率有关系，即与输入电压Us导数成正比，也间接地说明了为什么电压通过电容后会超前90°。 RC为什么可以滤波？ RC滤波电路如下图所示，假设电源Us为正电压，因此电源提供很强的氧化能力（相反， 为负电压的话电源提供的是强还原能力）。由于电容下极板接地，因此在电源氧化能力的作用下，电子从电容的上极板通过电阻R、电源内部和地回路迁移到电容的下极板，此过程就是就是电容的充电过程。R的作用是阻碍电子的迁移，限制电子迁移的速度，因而可以起到限流的作用。假设此时电压Us为一恒定的直流量，电容上极板由于不断失去电子，氧化能力逐渐变强，当其氧化能力和电源氧化能力相同时，便不再有电子迁移。此时电容上极板所具有的氧化能力对外表现出与电源电压相同的电压特性。当电压Us为交流量的时候，其氧化能力不断发生变化，由于限流电阻R作用的存在，电容上极板很难在非常短时间内失去或得到电子达到与电源相同的氧化能力，因此在电源Us一个周期的变化期间，电容上极板的电子迁移量非常少，由此噪声的氧化能力变化量非常小，对外表现出很小的电压变化。因此，输入的直流信号被保留，而交流信号被极大地衰减了。而且由于电阻的作用下，迁移一定量的电子需要时间，因此电容C上输出的电压总是存在滞后。在电容C容量不变的情况下，电阻R越大，交流信号被衰减越严重。 电感电路中LC震荡现象地出现 如下图所示，开关之前闭合且电路已达到稳定状态，在零时刻断开开关。由于电感L能存储磁场能量，因此在零时刻时，L中存储了一定量的磁场能量。当开关断开时，由于L中磁场能量的作用，维持L中的电子以相同的速率和方向运动。R断路，因此迁移到电感左端的电子只能流入到电路杂散电容C1的上极板，由于大地为参考0点，因此C1的上极板呈现出负电压，且随着电子的迁移，电压越来越低。而电感L右边的电路，由于后级电路输入阻抗Ri的存在，限制了电子的迁移，因此L中大部分电子来自与杂散电容C2，因此C2的上极板表现出对地的正电压，且越来越大。由于杂散电容本身的容值很小，因此少量的电子迁移就会造成电压的很大变化。当电感电压UL变为负的最大值时，L中的电流将反向，电子反向迁移，两杂散电容的电压将朝相反的方向变化，因此出现LC震荡现象。由于后级电路输入电阻Ri的存在，每次均可分掉或补充部分电子，因此该震荡是衰减的，即振铃现象。 三极管的电流放大能力来源 当未给三极管施加任何电压的时候，内部由于N型半导体是强还原剂，而P型半导体为强氧化剂，因此，N失电子、P得电子，在内部形成红色部分所示的内电场，阻止N型半导体的电子扩散到P区进行复合。此时半导体内部，N型半导体的自由电子不能跨越到P区。当对三极管基极施加电压Vb时，P区失去电子，P区的氧化能力提高，特性由开始的阻止电子从Ne区扩散到P区逐渐变为P区抢夺Ne区的电子，因此会有大量的电子从Ne区流入到P区。同时，由于集电极上施加的电压Vee更大，所以集电极有更强的氧化能力，因此与电压Vb相比更抢夺到更多的电子，所以大部分的电流是流过集电极的。而Vb控制着从Ne区抢夺电子的速率，直接影响集电极电流的大小，所以，基极电流能控制集电极的电流，从而实现了三极管的可控放大。 由于时间问题，今天就先跟新这么多，以上纯属各人愚见，如有问题，还请各位坛友批评指正！非常感谢！
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