電容電抗的計算公式及實例分析

電容電抗是電容器的復阻抗，其值隨應(yīng)用頻率而變化。

在 RC網(wǎng)絡(luò) 教程中，我們看到當直流電壓施加到電容器時，電容器本身從電源吸取充電電流并充電至等于所施加電壓的值。

同樣，當電源電壓降低時，存儲在電容器中的電荷也會減少并且電容器放電。但是在交流電路中，所施加的電壓信號以由電源頻率確定的速率連續(xù)地從正極變?yōu)樨摌O，例如正弦波電壓的情況，電容器正在或以供應(yīng)頻率確定的速率連續(xù)充電或放電。

當電容器充電或放電時，電流流過電容器，電流受到電容器內(nèi)部阻抗的限制。這種內(nèi)部阻抗通常稱為電容電抗，并以歐姆符號 XC 表示。

與具有固定值的電阻不同，例如，100Ω，1kΩ，10kΩ 等(這是因為電阻符合歐姆定律)，電容電抗隨施加的頻率而變化，因此電源頻率的任何變化都會對電容的容抗值產(chǎn)生很大影響。

隨著施加到電容器的頻率增加，其效果是降低其電抗(以歐姆為單位測量)。同樣，當電容器兩端的頻率降低時，其電抗值也會增加。這種變化稱為電容器的復阻抗。

存在復阻抗是因為電容器板上的電荷形式的電子看起來相對于變化的頻率更快地從一個板傳遞到另一個板。

隨著頻率的增加，電容器在給定時間內(nèi)在板上傳遞更多電荷，導致更大的電流流過電容器，就像電容器的內(nèi)部阻抗減小一樣。因此，連接到在給定頻率范圍內(nèi)變化的電路的電容器可以說是頻率相關(guān)的。

電容式電抗具有電氣符號 XC，其單位為歐姆，與電阻(R)相同。它使用以下公式計算：

電容電抗

其中，

Xc = 以歐姆表示的電容電抗(Ω)

π = 3.142

? =以赫茲為單位的頻率(Hz)

C = 以法拉為單位的電容(F)

電容電抗實例 1

計算頻率為1kHz的220nF電容的容性電抗值，并再次計算頻率為20kHz的容抗值。

其中：? = 頻率，C = 電容值

因此，從上面可以看出，當施加在 220nF 電容上的頻率從 1kHz 增加到 20kHz 時，其電抗值 XC 從大約723Ω減小到僅36Ω，這總是正確的，因為容抗，XC 是與頻率成反比，對于給定電壓下，電容通過的電流與頻率成比例。

對于任何給定的電容值，電容器的電抗，以歐姆表示的 XC 可以相對于頻率繪制，如下所示。

電容電抗VS頻率

通過重新安排上述電抗公式，我們還可以找出電容器具有特定容性電抗 XC 值的頻率 。

電容電抗實例 2

2.2uF 電容在哪個頻率下的電抗值為 200Ω?

或者我們可以通過了解該頻率下的應(yīng)用頻率及其電抗值來找到電容的值。

電容電抗實例 3

當電容電抗為 200Ω 且連接到 50Hz 電源時，電容的平均值是多少。

從上面的例子我們可以看出，當連接到可變頻率電源時，電容器有點像頻率控制可變電阻器，因為它的電抗(X)與頻率成正比。在非常低的頻率，例如1Hz，我們的220nF電容器具有大約723.3KΩ的高容抗電抗值(產(chǎn)生開路效應(yīng))。

在諸如 1MHz 的非常高的頻率下，電容器具有僅有 0.72Ω 的低容抗電阻值(產(chǎn)生短路效應(yīng))。因此，在零頻率或穩(wěn)態(tài) DC 時，我們的220nF電容器具有無限電抗，看起來更像是板之間的開路，能阻擋任何通過它的電流。

分壓網(wǎng)絡(luò)

我們現(xiàn)在知道電容器的電抗 XC(其復阻抗)值相對于所施加的頻率而變化。如果我們現(xiàn)在將電阻器 R2 變?yōu)殡娙萜?，則兩個元件上的電壓降會隨著頻率的變化而變化，因為電容器的電抗會影響其阻抗。

電阻器 R1 的阻抗不隨頻率變化。電阻器具有固定值，不受頻率變化的影響。然后，電阻器R1兩端的電壓和輸出電壓由電容器在給定頻率下的容抗決定。然后，這導致頻率相關(guān)的RC分壓器電路?？紤]到這一點，可以通過用合適的電容替換其中一個分壓電阻來構(gòu)建無源低通濾波器和高通濾波器，如圖所示。

低通濾波器

高通濾波器

電容電抗的特性使電容器非常適用于交流濾波器電路或直流電源平滑電路，以減少任何不需要的紋波電壓的影響，因為電容器在輸出端子上施加短路信號路徑到任何不需要的頻率信號。

電容電抗總結(jié)

因此，我們可以將變頻電路中電容器的行為概括為一種頻率控制電阻器，該電阻器在極低頻率下具有高容抗電阻值(開路條件)，在非常高的頻率下具有低容性電抗值(短路條件)，如上圖所示。

重要的是要記住這兩個條件，在后面的分享中，我們將研究使用電容電抗來阻止任何不需要的高頻信號，同時只允許低頻信號通過。

原文標題：分享一篇關(guān)于電容電抗非常好的文章

文章出處：【微信公眾號：硬件攻城獅】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅