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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(nèi)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(jìn)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(jīng)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(jìn)行說明。

電路圖上,若在充電側(cè)將開關(guān)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(dāng)Vc = V0時,充電完成,電流成為零。

然后,若在放電側(cè)將開關(guān)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(dāng)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(guān)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(yuǎn)比電池小,因而可以說是能夠在瞬時進(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dāng)電壓從最大值開始下降時,負(fù)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(qū)域,與上述原理一致。

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在對此電壓和電流的波形進(jìn)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(jìn)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(fù)荷發(fā)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(jī)的閃光燈或緊急時的后備電源來使用。電路例中,若將開關(guān)連接到電源側(cè),電容器就會被充電;而當(dāng)電荷蓄積至電源電壓時,充電就會停止。若將開關(guān)連接到負(fù)荷(燈泡)側(cè),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(jìn)行整流后的脈動電流變得平滑并將其轉(zhuǎn)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?qū)涣鞯妮斎腚妷哼M(jìn)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(guān)電源中的開關(guān)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(shù)電路和功率因數(shù)改善等各種使用方法。

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  審核編輯:湯梓紅
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