Tricky Circuit

有泄漏的采样保持

冻结读数,观察它衰减

采样保持捕获电压供之后使用。电容保存样本,理想缓冲器不取输入电流而跟随电压。保持下垂是保存电压随时间变化;这里到地的泄漏电阻使其衰减。 R 表示电阻,C 表示电容;RC 是两者的乘积,代表称为时间常数的时间尺度。

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实验台

改变电路设置,预测读数,再检查挑战结果。这些是教学模型,每课都会说明模型的假设。

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工作原理

选择初始样本和已过去的保持时间,没有捕获按钮或实时历史。C = 1 µF、泄漏路径 100–1000 kΩ。被动 RC 模型忽略真实开关、缓冲器和电容的其他泄漏机制。

Vsample 是初始样本,Rleak 是泄漏电阻。时间常数 τ = Rleak × C。Vhold = Vsample × exp(−t/τ);exp(x) 是 e 的 x 次方。

难度
  1. 搭建 · 观察

    通电:样本 3 V、时间 0 ms、电阻 100 kΩ。得到 3 V。

    需要提示?

    Vsample=3 V; t=0 ms; Rleak=100 kΩ → 3 V

  2. 探索 · 探索

    保持 3 V 和 100 kΩ,选 100 ms。得到约 1.1036 V。

    需要提示?

    Vsample=3 V; t=100 ms; Rleak=100 kΩ → 1.1036 V

  3. 独立解题 · 解决

    保持 3 V 和 100 ms,提高至 1000 kΩ。得到约 2.7145 V。

    需要提示?

    Vsample=3 V; t=100 ms; Rleak=1000 kΩ → 2.7145 V

延伸阅读与电路配方

有泄漏的采样保持

处理测量需要稳定快照,但泄漏会慢慢改变这种临时模拟记忆。

τ = Rleak × C; Vhold = Vsample × exp(−t/τ)

100 kΩ 与 1 µF 得到 100 ms。1000 kΩ 时,同样 100 ms 只是 τ 的十分之一。

实用关联

经过一个时间常数后,约保留初始电压的 36.8%。

模型之外

电阻增大使此模型衰减变慢;真实下垂可能有其他原因。

值得避开的误区

更改初始样本不会暗中捕获实时信号。

只把电阻增大十倍。时间常数…

  1. 增大十倍
  2. 减半
  3. 不变
延伸阅读

C 固定时,τ 与电阻成正比。

新的快照

样本 3 V、0 ms、100 kΩ。

仍为 3 V。

保持更久

样本 3 V、100 ms、1000 kΩ。

剩余约 2.7145 V。

试试其他变化

3 V、100 kΩ 时比较 0、100、200 ms:3、约 1.104、0.406 V。

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