電容器介紹/內(nèi)部構(gòu)造/工作原理

什么是電容器：

電容器是電子學(xué)中的無源元件之一（不能自行產(chǎn)生能量）。該電容器能夠在其中存儲(chǔ)電荷，這導(dǎo)致在其端子上產(chǎn)生電壓或換句話說的勢(shì)能。簡(jiǎn)單地說，它就像一個(gè)電池，但它只能暫時(shí)儲(chǔ)存電量。為了使事情變得有趣，與交流（交流電）相比，它對(duì)DC（直流電）的反應(yīng)不同。我們將在“電容器的工作”部分進(jìn)一步解釋這一點(diǎn)，現(xiàn)在讓我們看看電容器是如何構(gòu)造的。

電容器內(nèi)部：

電容器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。它由兩個(gè)導(dǎo)電板組成，如上圖所示（板1和板2），其中這兩個(gè)板相隔一小段距離，中間有絕緣體，也稱為電介質(zhì)。這很像一個(gè)三明治，我們有兩個(gè)導(dǎo)電板和絕緣材料或電介質(zhì)夾在它們之間。

每個(gè)電容都有特定的電容。我們已經(jīng)知道電容器能夠在其極板中存儲(chǔ)電荷。該電容決定了它可以存儲(chǔ)的最大電荷量。板越大，分離距離越小，電容值就越高。該電容由公式給出

C = Q / V

其中Q是電荷量，V是施加在其上的電壓。

法拉德斯：

因此，每個(gè)電容器都有一定的電容值。電容的測(cè)量單位以法拉為單位。當(dāng)我們將電容值指定為 1

法拉時(shí)，這意味著當(dāng)一個(gè)電壓施加在其端子上時(shí)，電容器在其導(dǎo)電板上保持 1 庫(kù)侖的電荷。

電容器工作原理：

現(xiàn)在是時(shí)候更深入地了解電容器的工作原理了。如上所述，電容器的作用與交流和直流不同。

直流電容器：

讓我們先考慮 DC，看看它對(duì) DC

的反應(yīng)。最初，電容器將處于放電狀態(tài)，這意味著其板上的電荷為零。當(dāng)在其端子上施加直流電壓時(shí)，電流會(huì)流動(dòng)并為其充電。通過電容器的充電電流的初始流量將非常高。這導(dǎo)致正電荷積聚在一塊板上，負(fù)電荷積聚在另一塊板上。隨著電容器板上的電荷增加，由于電荷在其板上積聚，充電電流逐漸減小，并且它抵抗電流的流動(dòng)。此外，在板上積聚的電荷在板上產(chǎn)生電壓的電位差。

充電電流使電容器不斷充電，直到產(chǎn)生的電壓等于施加在其兩端的電壓。此時(shí)，由于電容器兩端產(chǎn)生的電壓，充電電流停止流動(dòng)。在這種情況下，電容器在一個(gè)極板中充滿正電荷，而在另一個(gè)極板中存在等效的負(fù)電荷。電容器兩端產(chǎn)生的電壓通常用Vc表示，電容器將保持該電壓Vc，直到其兩端的電壓存在。一旦提供的電壓停止，來自電容器的放電電流就開始流動(dòng)。此時(shí)，電壓Vc開始下降，其板上積累的電荷減少。

放電電流在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)后減慢，此時(shí)電壓降的速度也減慢。一段時(shí)間后，電容器電壓Vc將達(dá)到零，其板上累積的電荷將為零。這種狀態(tài)被稱為電容器的放電狀態(tài)。現(xiàn)在您可以看到我們將電容器與電池進(jìn)行比較的原因。

帶交流電的電容器：

如前所述，電容器在提供交流電壓時(shí)的反應(yīng)不同。當(dāng)施加直流電壓時(shí)，電容器僅在一個(gè)方向上充電。但是，當(dāng)施加交流電時(shí)，電容器根據(jù)其頻率交替充電和放電。因此，使用交流電壓電容器將繼續(xù)允許電流無限期地流過它，這與直流電容器在一段時(shí)間后阻止電流不同。

有趣的是，當(dāng)受到交流電壓時(shí)，通過電容器的充電電流和放電電流取決于施加在其板上的電壓的變化。施加交流電時(shí)流入電容器的電流往往會(huì)將電壓引出

90°。請(qǐng)看下圖。

考慮在電容器上施加交流電壓，初始電壓將是最小的，在此瞬間充電電流將是最大的，如上圖所示。當(dāng)電壓達(dá)到其峰值時(shí)，充電電流將為零。達(dá)到峰值后，電壓將開始降低，放電電流也開始從電容器流出。當(dāng)交流電壓達(dá)到零電壓完成信號(hào)的正半周期時(shí)，放電電流將達(dá)到最大。一旦信號(hào)以負(fù)循環(huán)開始，放電電流逐漸開始減小，一旦電壓達(dá)到負(fù)半周期的最大值，電流就會(huì)達(dá)到零。因此，我們可以得出結(jié)論，在交流電路中，電流領(lǐng)先電壓

90‘ 或電壓滯后電流 90°。這通常被描述為電壓和電流異相。

電容電抗：

關(guān)于交流電路中的電容器，另一個(gè)需要了解的關(guān)鍵是它們?yōu)榻涣麟娐分械碾娏魈峁┳枇?。這被稱為電抗，更具體地說是容抗。該電抗由公式給出

Xc = 1 / 2 π FC或 1 / ωC （ ω = 2πF ）

從上式我們可以推斷出，容抗隨著交流信號(hào)頻率和電容電容的增加而降低。當(dāng)信號(hào)頻率高或接近無窮大時(shí)，電抗將接近于零。在這里，電容器就像一個(gè)完美的導(dǎo)體。此外，當(dāng)交流信號(hào)的頻率變小或接近零時(shí)，電抗將非常高，它就像對(duì)輸入信號(hào)的非常大的電阻或開路。