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電容器的作用

2022年10月25日 09:16 汽車電子工程知識體系 作者:汽車電子工程知識 用戶評論(0

電容器由于其內部是絕緣的,因而不會有直流電流流過,但伴隨著所施加電壓的變動,通過進行充電和放電,看似好像有電流在電容器中流動。電壓隨時間變化率越大,流經電容器的電流就越會增大,如下式所示。

Ic =C?dVc/dt

Ic:電容器電流 (A)

C:靜電電容 (F)

dVc/dt:V-t曲線上的斜率

(例1) 充放電波形時

這里就通過電阻從直流電源向尚未被充電的電容器充電后,讓其放電時的電容器電壓和電流進行說明。

電路圖上,若在充電側將開關置于ON,V0/R1的峰值電流就會流向電容器,而后電流會隨著電容器的電壓Vc升高而降低,當Vc = V0時,充電完成,電流成為零。

然后,若在放電側將開關置于ON,V0/R2的峰值電流就會流向電容器,而后電流會隨著電容器的電壓Vc降低而降低,當Vc = 0時,放電完成,電流成為零。

這里需要理解的是,電容器的電流Ic的大小依賴于電容器電壓Vc變化的大小。

此外,開關ON時,V0/R的電流就會流過,而在這里如果R=0,則理論上會有無限大的電流流過瞬間完成充放電。

然而,實際上因受到電容器本身具有的電阻成分(ESR)或配線電阻及電抗成分的影響而不會成為無限大,但電阻成分遠比電池小,因而可以說是能夠在瞬時進行充放電的零部件。

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(例2) 交流波形時

這里就向電容器施加交流電壓時的電容器電壓和電流進行說明。

例1中敘述了流向電容器的電流大小依賴于電容器電壓變化的大小,這在交流波形時也是一樣的。

① 首先,當電壓從0V上升時,會有大量的電流流過電容器,而電流則會隨著電壓的上升速度放慢而下降,并在電壓成為最大的時點(電壓變化為零)電流成為零。

② 當電壓從最大值開始下降時,負電流開始流過電容器,在電壓成為零這一點(電壓變化為最大)電流成為最大。

對于③ 、④的區域,與上述原理一致。

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在對此電壓和電流的波形進行觀察時,如果電壓波形為正弦波,則電流波形也為正弦波,此外還可弄清電流波形在電壓波形之前偏移1/4周期(電流的相位先行90°)的情況。

此外,電壓的變化大就會有較大的電流流過這種情況表明,越是電壓變化大,高頻流過的電流就會越大。

此時流過的電流(有效值)如下式所示。

Ic=2πf?C?Vc

Ic:電容器電流 (Arms)

π:圓周率 (3.14)

f:頻率 (Hz)

C:靜電電容 (F)

Vc:電源電壓 (Vrms)

電容器的基本使用方法

如前所述,電容器具有以下特性,即①能夠在瞬時進行充電和放電;②直流不會通過,但交流則會通過;③頻率越高交流就越容易通過,電路中采用借助于這些特性的使用方法。

這里列出典型的使用方法的電路。

【放電電路】

放電電路是通過釋放蓄積在電容器中的電荷來使得被連接的負荷發生動作的電路。由于放電電路可在瞬時將大電流釋放出去,因而可將其作為相機的閃光燈或緊急時的后備電源來使用。電路例中,若將開關連接到電源側,電容器就會被充電;而當電荷蓄積至電源電壓時,充電就會停止。若將開關連接到負荷(燈泡)側,電容器就會開始放電,燈泡點亮。

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【平滑電路】

平滑電路是使得對交流進行整流后的脈動電流變得平滑并將其轉換為直流的電路。電源電路就是其典型的例子。通過電容器來使得利用二極管橋對交流的輸入電壓進行整流(電路例中為全波整流)而得的電壓波(脈動、脈動電流)變得平坦。

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【去耦電路】

去耦電路如其名稱所示,是為了分離信號耦合而利用電容器的電路。此例中,如圖所示,通過對基本直流中含有頻率高的交流成分(噪聲)的信號路徑加入電容器,只有頻率高的噪聲成分通過電容器后被分離,之后令噪聲不會被傳遞。去除開關電源中的開關噪聲的用途就屬于此種目的。

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【耦合電路】

耦合電路是不讓直流成分通過而只讓交流成分通過的電路。希望在音頻信號的放大電路等中排除直流成分造成的影響(也稱之為DC截除等)時使用耦合電路。

除此之外,還有例如諧振電路、濾波器電路、備用電路、時間常數電路和功率因數改善等各種使用方法。

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  審核編輯:湯梓紅
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( 發表人:湯梓紅 )

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