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二、漫画篇
图片提取自 TDK株式会社
三、文字篇
1、电容器与电容
电容器(英文:capacitor,又称为condenser)是将电能储存在电场中的被动电子元件。电容器的储能特性可以用电容表示。在电路中邻近的导体之间即存在电容,而电容器是为了增加电路中的电容量而加入的电子元件
电容器包括二个电极,二个电极储存的电荷大小相等,符号相反。电极本身是导体,二个电极之间由称为介电质的绝缘体隔开。电极的金属片通常用的是铝片或是铝箔,若用氧化铝来做介质的就是电解电容器。电荷会储存在电极表面,靠近介电质的部分。由于二个电极储存的电荷大小相等,符号相反,因此电容器中始终保持为电中性
2、原理
电容器的电容(C)是测量当电容器两端的电势差或电压(V)为单位值时,储存在电容器电极的电荷量(Q):
上式的意义是,在一个具有 C法拉的电容两端跨接 V伏的电压时,该电容的一个极板上就有 Q库仑的电荷存储,而另一个极板上也有 -Q库仑的电荷存储;其电荷量的单位为 – 库仑(C),则此电容器的电容量单位为 – 法拉(F)
3、电容的定义式
由于电容器的总电场,在电容器两端会出现电压。电压V和电容器一端的绝对电荷量Q成正比,而Q是流过电容器的电流对时间的积分。其数学式如下:
其中:
I 是流过电容器的电流,单位为安培。
dV /dt 是电压对时间的微分,单位是伏特/秒。
C 是电容器件的电容值,单位是法拉。
4、电容单位和转换
电容的单位是法拉,简称 “法”,单位符号为 “F”,是国际单位制导出单位。一般来说,1法拉算是很大的电容有什么电容,大多数用于电子电路的电容器,其电容会小于法拉几个数量级
常用的单位有:微法拉(microfarad,μF)、纳法拉(nanofarad,nF)、皮法拉(picofarad有什么电容,pF)
单位转换:
5、电容种类
一般地,陶瓷与聚酯薄膜类用于大多数不太重要的电路中;钽电容用于需要较大电容量的场合,而电解质电容则用于电源滤波的场合
6、电容的串联与并联
一般而言,电容并联的目的是增加储存的总能量。电容储存的能量如下:
7、电容的代换注意
8、电容选型主要参数
9、容性负载电压电流的超前滞后
首先要提醒,相位的概念是针对正弦信号而言的,直流信号、非周期变化信号等都没有相位的概念
由于 Sin[ωt]在求导或积分后会出现 Sin[ωt ± 90°],所以对于接上了正弦波的容性负载,通过接上理想的直流电压表、直流电流表,可以观察到波形超前滞后的现象
如果还表现的还不够生动,可以用动态图演示,其用红色表示电压,蓝色表示电流:
电压的变化滞后于电流,电流的变化超前于电压,所以若电容器通入交流的信号,相角为 90度,亦即电流领先电压 90度。电压的大小和电流成正比,和频率和电容量 C的乘积成反比
用不同的颜色描述电压的大小,蓝色>黄色>红色;用不同的粗细和箭头描述电流的大小和方向,电流最大时电容电场能最小
10、容抗
容抗的概念反映了交流电可以通过电容器这一特性,交流电频率越高,容抗越小,即电容的阻碍作用越小。容抗同样会引起电流与电容两端电压的相位差;当频率等于零,容抗无限大,即直流电不能流过电容器。
容抗可由下面公式计算而来:
在交流电的复数分析中,容抗表示为:
其中
11、电容和频率的关系
所以,通常我们说:电容 “通高阻低”,不能一概而论,要根据实际应用,和电容相关手册
12、电容的 “通交阻直”分析
根据电容的电抗特性,电容可近似地看成一个依赖频率的电阻元件,因此,所谓的 “通交阻直” 其实更多的是反应频率的效果
13、电容的特性总结
14、电容器的主要用途
15、RC无源滤波器
容许低频信号通过,但减弱(或减少)频率高于截止频率信号通过的滤波器。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同
容许高频信号通过、但减弱(或减少)频率低于截止频率信号通过的滤波器。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同
高通、低通滤波器利用电容在频率响应上的特点,将一个电容或电感与一个电阻相配合,产生一个分压器,以将不需要的分量衰减掉,而容许所需的分量通过
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