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图解电容原理,电容的工作原理_电容的作用是什么_电容的用途有哪几种

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2018-12-06

  电容(Capacitance)亦称作“电容量”,是指在给定电位差下的电荷储藏量,记为C,国际单位是法拉(F)。一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,造成电荷的累积储存,储存的电荷量则称为电容。电容是指容纳电场的能力。

  任何静电场都是由许多个电容组成,有静电场就有电容,电容是用静电场描述的。一般认为:孤立导体与无穷远处构成电容,导体接地等效于接到无穷远处,并与大地连接成整体。

  电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质,可能电荷会永久存在,这是它的特征,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

  电容的工作原理

  电路能导电是因为导体中的电子在电源的作用下定向移动,形成电流而“导电”。在这里,电源相当于一个“抽水机”,将正极附近的电子抽到负极。正极的电子少了,离正极更远处的电子就流过来,负极多了,就流向离负极更远的地方。这样一直循环,电子就相当于从负极出发,绕电路一圈,回到正极,经过电源,再从负极出发,形成了定向移动,也就形成了持续电流。若断路了,这个电流就不能持续下去了,也就是我们通常所说的没有电流。

  好,来看给电容充电的电路。电源还是像抽水机一样在工作,电子就从负极一直跑(这里我不知道为什么电子会往负极板跑。),跑到电容器下面那个极板,断了没路了,就聚集在那里。这多电子那里来?从正极。正极的呢?从正极附近。附近的呢?从更远处……最远就是电容器的上面的极板。电子跑了,只剩带正电的粒子,那上级板就带正电,下级板有太多电子了,就带负电。

  由于电容的两个极板带有同量的异种电荷所以会产生同电源相反的电压,不断的抵消电源送来的电压。直到电容的电压等于电源的电压,则充电停止,电路相当于断开。

  关于为什么电子会往负极跑的原因

  电容的工作原理_电容的作用是什么_电容的用途有哪几种

  如果电源是正弦交流的话,输出如下的波形。这里Z=R+1/jwc,得出的,以前去我一直想不明白,认为“开始时,电源电压不断在增大,电容充电,直到Uc=Um后,电源电压开始减小,使得Uc》U电源电压然后电容开始放电,方向和电源电压相反。”波形如图二,其实电源电压和电流时有相位差的,所以在电源电压下降的半周,电流I可以是付的,和滤波电路没冲突的地方。

  电容的工作原理_电容的作用是什么_电容的用途有哪几种

  电容的工作原理_电容的作用是什么_电容的用途有哪几种

  (加了二极管相当于滤波电路)如果通的是正弦交流电的话,(假设电容的容量足够大,放点时间长),开始的时候电源给电容充电,U达到最大Um,然后下降,于是U开始小于Uc,然后开始电容给负载供电

  电容的作用是什么

  电容的作用——滤波

  滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都会用到。从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1uF的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高频阻低频。电容越大低频越容易通过,电容越小高频越容易通过。具体用在滤波中,大容量电容滤低频,小容量电容滤去高频。

  亦有网友将滤波电容 比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,形象的说电容像个水塘,因为水塘里的水不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。 它把电压的变化转作为电流的变化,从而缓冲了输出电压。滤波就是充电,放电的过程。起到稳定输出电压的作用。

  电容的作用——储能

  说到储能第一个想到的就是电池了,但电容收集的是电荷属于物理反应,电池属于分解化学反应,常见的电容储能有充磁机,电容电焊机等通过高电压大电流的场合,在使用电容储能时一般用大电容或者若干的小电容并联组成的电容组。具体容量和耐压由应根据需求选择。

  电容的作用——耦合

  电容的耦合又称“电场耦合” 耦合是指信号由第一级向第二级传递的过程,一般不加注明时往往是指交流耦合。

  从电路来说,总是可以区分为驱动电源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合。

  电容的作用——谐振

  利用电容和其他无源元件所产生的电压与电流之间的变化,实际是利用了电容充放电的特性。一般有电容的并联谐振和串联谐振,亦可以通过谐振电容的串并联组合成陷波器等工程应用的滤波器。

  电容器的作用——时间常数

  时间常数是指:表示过渡反应的时间过程的常数。指该物理量从最大值衰减到最大值的1/e所需要的时间。在电容中的时间常数常见的是RC电路中,当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:

  i = (V/R)e-(t/CR)

  电容的用途有哪几种

  电容的用途非常多,主要有如下几种:

  1、隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。

  2、旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

  电容的工作原理_电容的作用是什么_电容的用途有哪几种

  3、耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路。

  4、滤波:在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容.由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容,以滤除高频及脉冲干扰。

  5、温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响而进行补偿,改善电路的稳定性。

  6、计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。

  7、调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。

  8、整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

  9、储能:储存电能,用于必要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。(如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准,一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天)

Tags:电容原理,电容,工作原理,Capacitance  
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