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圖解電容器的作用及原理

作者:佚名    文章來源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時間:2018/11/20

在電子線路中,電容用來通過交流而阻隔直流,也用來存儲和釋放電荷以充當(dāng)濾波器,平滑輸出脈動信號。

小容量的電容,通常在高頻電路中使用,如收音機(jī)、發(fā)射機(jī)和振蕩 器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點(diǎn),一般1μF以上的電容均為電解電容,而1μF以下的電容多為瓷片電容,當(dāng)然也有其他的, 比如獨(dú)石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個鋁殼,里面充滿了電解質(zhì),并引出兩個電極,作為正(+)、負(fù)(-)極,與其它電容器不同,它們在電路中的極性不能接錯,而其他電容則沒有極性。

把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負(fù)極上,過一會兒即使把電源斷開,兩個引腳間仍然 會有殘留電壓,可以用萬用表觀察,我們說電容器儲存了電荷。電容器極板間建立起電壓,積蓄起電能,這個過程稱為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲存的電荷向電路釋放的過程,稱為電容器的放電。

電容器工作原理

電容器工作原理是通過在電極上儲存電荷儲存電能,通常與電感器共同使用形成LC振蕩電路。電容器工作原理是電荷在電場中會受力而移動,當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì),則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導(dǎo)體上,造成電荷的累積儲存。

電容器是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一,所以廣泛應(yīng)用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等方面。

電容器的結(jié)構(gòu)原理圖 

工作原理:

電容器與電池類似,也具有兩個電極。在電容器內(nèi)部,這兩個電極分別連接到被電介質(zhì)隔開的兩塊金屬板上。電介質(zhì)可以是空氣、紙張、塑料或其他任何不導(dǎo)電并能防止這兩個金屬極相互接觸的物質(zhì)。電容器上與電池負(fù)極相連的金屬板將吸收電池產(chǎn)生的電子。

電容器上與電池正極相連的金屬板將向電池釋放電子。 充電完成后,電容器與電池具有相同的電壓(如果電池電壓是1.5伏特,則電容器電壓也是1.5伏特)。

電容的作用

作為無源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種:

1、應(yīng)用于電源電路,實(shí)現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲能的作用。下面分類詳述之:

1)旁路

旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,降低負(fù)載需求。 就像小型可充電電池樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。 為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地 管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

2)去藕

去藕,又稱解藕。 從電路來說, 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大, 驅(qū)動電路要把電容充電、放電, 才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候, 電流比較大, 這樣驅(qū)動的電流就會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,會產(chǎn)生反彈),這種電流相對于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作,這就是所謂的“耦合”。

去藕電容就是起到一個“電池”的作用,滿足驅(qū)動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實(shí)際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關(guān)噪聲高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、 0.01μF 等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是10μF 或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。

旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。

電解電容實(shí)物圖 

3)濾波

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1μF 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增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電 容,這時大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過,電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,放電的過程。

4)儲能

儲能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。 電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150 000μF 之間的鋁電解電容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求,器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式, 對于功率級超過10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

各種電容器實(shí)物圖 

電容器主要用途:

1.電容器用于存儲電量以便高速釋放。閃光燈用到的就是這一功能。大型激光器也使用此技術(shù)來獲得非常明亮的瞬時閃光效果。

2.電容器還可以消除脈動。如果傳導(dǎo)直流電壓的線路含有脈動或尖峰,大容量電容器可以通過吸收波峰和填充波谷來使電壓變得平穩(wěn)。

3.電容器可以阻隔直流。如果將一個較小的電容器連接到電池上,則在電容器充電完成后(電容器容量較小時,瞬間即可完成充電過程),電池的兩極之間將不再有電流通過。然而,任何交流電流(AC)信號都可以暢通無阻地流過電容器。其原因是隨著交流電流的波動,電容器不斷地充放電,就好像交流電流在流動一樣。

4. 電容器與電感器一起使用,可構(gòu)成振蕩器。

 

舉一個現(xiàn)實(shí)生活中的例子,我們看到市售的整流電源在拔下 插頭后,上面的發(fā)光二極管還會繼續(xù)亮一會兒,然后逐漸熄滅,就是因?yàn)槔锩娴碾娙菔孪却鎯α穗娔埽缓筢尫拧.?dāng)然這個電容原本是用作濾波的。至于電容濾波, 不知你有沒有用整流電源聽隨身聽的經(jīng)歷,一般低質(zhì)的電源由于廠家出于節(jié)約成本考慮使用了較小容量的濾波電容,造成耳機(jī)中有嗡嗡聲。這時可以在電源兩端并接 上一個較大容量的電解電容(1000μF,注意正極接正極),一般可以改善效果。發(fā)燒友制作HiFi音響,都要用至少1萬微法以上的電容器來濾波,濾波電容越大,輸出的電壓波形越接近直流,而且大電容的儲能作用,使得突發(fā)的大信號到來時,電路有足夠的能量轉(zhuǎn)換為強(qiáng)勁有力的音頻輸出。這時,大電容的作用有點(diǎn)像水庫,使得原來洶涌的水流平滑地輸出,并可以保證下游大量用水時的供應(yīng)。

電子電路中,只有在電容器充電過程中,才有電流流過,充電過程結(jié)束后,電容器是不能通過直流電的,在電路中起著“隔直流”的作用。電路中,電容器常被用作耦 合、旁路、濾波等,都是利用它“通交流,隔直流”的特性。那么交流電為什么能夠通過電容器呢?我們先來看看交流電的特點(diǎn)。交流電不僅方向往復(fù)交變,它的大小也在按規(guī)律變化。電容器接在交流電源上,電容器連續(xù)地充電、放電,電路中就會流過與交流電變化規(guī)律一致的充電電流和放電電流。

電容器的選用涉及到很多問題。首先是耐壓的問題。加在一個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓,電容器就會被擊穿損壞。一般電解電容的耐壓分檔為6.3V,10V,16V,25V,50V等。

Tags:電容器,電容,作用  
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