電容(Capacitance)亦稱作“電容量”,是指在給定電位差下的電荷儲(chǔ)藏量,記為C,國(guó)際單位是法拉(F)。一般來說,電荷在電場(chǎng)中會(huì)受力而移動(dòng),當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì),則阻礙了電荷移動(dòng)而使得電荷累積在導(dǎo)體上,造成電荷的累積儲(chǔ)存,儲(chǔ)存的電荷量則稱為電容。電容是指容納電場(chǎng)的能力。
任何靜電場(chǎng)都是由許多個(gè)電容組成,有靜電場(chǎng)就有電容,電容是用靜電場(chǎng)描述的。一般認(rèn)為:孤立導(dǎo)體與無窮遠(yuǎn)處構(gòu)成電容,導(dǎo)體接地等效于接到無窮遠(yuǎn)處,并與大地連接成整體。
電容(或稱電容量)是表現(xiàn)電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量。電容從物理學(xué)上講,它是一種靜態(tài)電荷存儲(chǔ)介質(zhì),可能電荷會(huì)永久存在,這是它的特征,它的用途較廣,它是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件。主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、濾波、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔直流等電路中。
電容的工作原理
電路能導(dǎo)電是因?yàn)閷?dǎo)體中的電子在電源的作用下定向移動(dòng),形成電流而“導(dǎo)電”。在這里,電源相當(dāng)于一個(gè)“抽水機(jī)”,將正極附近的電子抽到負(fù)極。正極的電子少了,離正極更遠(yuǎn)處的電子就流過來,負(fù)極多了,就流向離負(fù)極更遠(yuǎn)的地方。這樣一直循環(huán),電子就相當(dāng)于從負(fù)極出發(fā),繞電路一圈,回到正極,經(jīng)過電源,再?gòu)呢?fù)極出發(fā),形成了定向移動(dòng),也就形成了持續(xù)電流。若斷路了,這個(gè)電流就不能持續(xù)下去了,也就是我們通常所說的沒有電流。
好,來看給電容充電的電路。電源還是像抽水機(jī)一樣在工作,電子就從負(fù)極一直跑(這里我不知道為什么電子會(huì)往負(fù)極板跑。),跑到電容器下面那個(gè)極板,斷了沒路了,就聚集在那里。這多電子那里來?從正極。正極的呢?從正極附近。附近的呢?從更遠(yuǎn)處……最遠(yuǎn)就是電容器的上面的極板。電子跑了,只剩帶正電的粒子,那上級(jí)板就帶正電,下級(jí)板有太多電子了,就帶負(fù)電。
由于電容的兩個(gè)極板帶有同量的異種電荷所以會(huì)產(chǎn)生同電源相反的電壓,不斷的抵消電源送來的電壓。直到電容的電壓等于電源的電壓,則充電停止,電路相當(dāng)于斷開。
關(guān)于為什么電子會(huì)往負(fù)極跑的原因“http://bbs.21ic.com/viewthread.php?tid=219918&page=1#pid1532576
如果電源是正弦交流的話,輸出如下的波形。這里Z=R+1/jwc,得出的,以前去我一直想不明白,認(rèn)為“開始時(shí),電源電壓不斷在增大,電容充電,直到Uc=Um后,電源電壓開始減小,使得Uc》U電源電壓然后電容開始放電,方向和電源電壓相反?!辈ㄐ稳鐖D二,其實(shí)電源電壓和電流時(shí)有相位差的,所以在電源電壓下降的半周,電流I可以是付的,和濾波電路沒沖突的地方。
?。恿?a target="_blank">二極管相當(dāng)于濾波電路)如果通的是正弦交流電的話,(假設(shè)電容的容量足夠大,放點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)),開始的時(shí)候電源給電容充電,U達(dá)到最大Um,然后下降,于是U開始小于Uc,然后開始電容給負(fù)載供電
電容的作用是什么
電容的作用——濾波
濾波是電容的作用中很重要的一部分。幾乎所有的電源電路中都會(huì)用到。從理論上(即假設(shè)電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實(shí)際上超過1uF的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會(huì)增大。有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容,這時(shí)大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過,電容越小高頻越容易通過。具體用在濾波中,大容量電容濾低頻,小容量電容濾去高頻。
亦有網(wǎng)友將濾波電容 比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會(huì)突變,形象的說電容像個(gè)水塘,因?yàn)樗晾锏乃粫?huì)因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。 它把電壓的變化轉(zhuǎn)作為電流的變化,從而緩沖了輸出電壓。濾波就是充電,放電的過程。起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。
電容的作用——儲(chǔ)能
說到儲(chǔ)能第一個(gè)想到的就是電池了,但電容收集的是電荷屬于物理反應(yīng),電池屬于分解化學(xué)反應(yīng),常見的電容儲(chǔ)能有充磁機(jī),電容電焊機(jī)等通過高電壓大電流的場(chǎng)合,在使用電容儲(chǔ)能時(shí)一般用大電容或者若干的小電容并聯(lián)組成的電容組。具體容量和耐壓由應(yīng)根據(jù)需求選擇。
電容的作用——耦合
電容的耦合又稱“電場(chǎng)耦合” 耦合是指信號(hào)由第一級(jí)向第二級(jí)傳遞的過程,一般不加注明時(shí)往往是指交流耦合。
從電路來說,總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)電源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大,驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號(hào)的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì)產(chǎn)生反彈),這種電流相對(duì)于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。
電容的作用——諧振
利用電容和其他無源元件所產(chǎn)生的電壓與電流之間的變化,實(shí)際是利用了電容充放電的特性。一般有電容的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振,亦可以通過諧振電容的串并聯(lián)組合成陷波器等工程應(yīng)用的濾波器。
電容器的作用——時(shí)間常數(shù)
時(shí)間常數(shù)是指:表示過渡反應(yīng)的時(shí)間過程的常數(shù)。指該物理量從最大值衰減到最大值的1/e所需要的時(shí)間。在電容中的時(shí)間常數(shù)常見的是RC電路中,當(dāng)輸入信號(hào)電壓加在輸入端時(shí),電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻(R)、電容(C)的特性通過下面的公式描述:
i = (V/R)e-(t/CR)
電容的用途有哪幾種
電容的用途非常多,主要有如下幾種:
1、隔直流:作用是阻止直流通過而讓交流通過。
2、旁路(去耦):為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路。在電子電路中,去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用,電容所處的位置不同,稱呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來說,旁路(bypass)電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象,把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除,而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容,是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。我們經(jīng)??梢钥吹?,在電源和地之間連接著去耦電容,它有三個(gè)方面的作用:一是作為本集成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲,切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路;三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。
3、耦合:作為兩個(gè)電路之間的連接,允許交流信號(hào)通過并傳輸?shù)较乱患?jí)電路。
4、濾波:在電源電路中,整流電路將交流變成脈動(dòng)的直流,而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容,利用其充放電特性,使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中,為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化,所以在電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容.由于大容量的電解電容一般具有一定的電感,對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除,故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001--0.lpF的電容,以濾除高頻及脈沖干擾。
5、溫度補(bǔ)償:針對(duì)其它元件對(duì)溫度的適應(yīng)性不夠帶來的影響而進(jìn)行補(bǔ)償,改善電路的穩(wěn)定性。
6、計(jì)時(shí):電容器與電阻器配合使用,確定電路的時(shí)間常數(shù)。
7、調(diào)諧:對(duì)與頻率相關(guān)的電路進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)諧,比如手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)。
8、整流:在預(yù)定的時(shí)間開或者關(guān)半閉導(dǎo)體開關(guān)元件。
9、儲(chǔ)能:儲(chǔ)存電能,用于必要的時(shí)候釋放。例如相機(jī)閃光燈,加熱設(shè)備等等。(如今某些電容的儲(chǔ)能水平已經(jīng)接近鋰電池的水準(zhǔn),一個(gè)電容儲(chǔ)存的電能可以供一個(gè)手機(jī)使用一天)