?電容?是描述器件儲(chǔ)存電荷能力的物理量,定義為器件的電荷量與電勢(shì)差之比,常用符號(hào)C表示。電容的國(guó)際單位是法拉(F)。電容描述的是器件儲(chǔ)存電荷的能力。電容的定義是器件的電荷量與電勢(shì)之比,常用C表示。電容的量綱是L-2M-1T4I2,國(guó)際單位制下單位是F(法拉)。
電容的定義式為C=Q/U,其中C表示電容,Q表示電荷量,U表示電勢(shì)差。電容是電子設(shè)備中常用的電子元件之一,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。
物理意義和作用
電容是描述電容器儲(chǔ)存電荷本領(lǐng)大小的物理量,其大小由電容器本身的構(gòu)造因素決定,與帶電量Q和電勢(shì)差U無(wú)關(guān)。電容的單位是法拉(F),符號(hào)為F。平行板電容器的電容公式為C=εS/4πkd,其中ε為介電常數(shù),S為極板面積,d為極板距離。
應(yīng)用領(lǐng)域
電容器在電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔離直流電路中都有應(yīng)用。此外,電容器還具有“通交流、隔直流”的特性,廣泛應(yīng)用于各種高、低頻電路和電源電路中,起退耦、耦合、濾波、旁路、諧振等作用。
電容的種類(lèi)可以從原理上分為:無(wú)極性可變電容、無(wú)極性固定電容、有極性電容等,從材料上可以分為:CBB電容(聚乙烯),滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等。
概述
幾乎所有的電路上都有一個(gè)電容,還有電阻和電感,它們是我們?cè)陔娮赢a(chǎn)品中使用的基本的無(wú)源元件。
電容是什么?
電容是一種能以電荷的形式儲(chǔ)存能量的裝置。與同樣大小的電池相比,電容能儲(chǔ)存的能量要小得多,大約比電池1萬(wàn)倍,但對(duì)于許多電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)卻足夠有用。
電容的構(gòu)造
電容是由兩塊金屬板構(gòu)成的,兩塊金屬板由一種叫做電介質(zhì)的絕緣材料隔開(kāi)。極板是導(dǎo)電的,通常由鋁、鉭或其他金屬制成,而電介質(zhì)可以由任何一種絕緣材料制成,如紙張、玻璃、陶瓷或任何阻礙電流流動(dòng)的材料。
電容的電容量(以法拉為單位)與兩個(gè)極板的表面積以及電介質(zhì)的介電常數(shù)ε成正比,而極板之間的距離越小,電容越大。話雖如此,現(xiàn)在讓我們來(lái)看看電容是如何工作的。
電容是如何工作的
首先,我們可以注意到,金屬通常具有等量的正電荷和負(fù)電荷粒子,這意味著它是中性的。
如果我們把電源或電池連接到電容的金屬極板上,就會(huì)有電流流動(dòng),或者連接到電池正極的極板上的電子開(kāi)始移動(dòng)到連接到電池負(fù)極的極板上。然而,由于極板之間的介電介質(zhì),電子將無(wú)法通過(guò)電容,因此它們將開(kāi)始在極板上積累。
當(dāng)一定數(shù)量的電子積聚在極板上后,電池將沒(méi)有足夠的能量推動(dòng)任何新的電子元件進(jìn)入極板,因?yàn)槟切┮呀?jīng)存在的電子的排斥作用。
此時(shí),電容實(shí)際上已充滿電。第一極板產(chǎn)生了凈負(fù)電荷,第二極板產(chǎn)生了相等的凈正電荷,在它們之間產(chǎn)生了一個(gè)具有吸引力的電場(chǎng),該電場(chǎng)保持電容的電荷。
電容介質(zhì)工作原理
讓我們看看介質(zhì)是如何增加電容的電容量的。電介質(zhì)中含有極性分子,這意味著它們可以根據(jù)兩塊板上的電荷改變方向。所以分子以這樣一種方式使更多的電子被吸引到負(fù)極板上,同時(shí)排斥更多的電子離開(kāi)正極板。
所以,一旦它充滿電,如果我們?nèi)〕鲭姵?,它將保持電荷很長(zhǎng)一段時(shí)間,作為能量?jī)?chǔ)存。
現(xiàn)在,如果我們通過(guò)一個(gè)負(fù)載來(lái)縮短電容的兩端,電流就會(huì)開(kāi)始流過(guò)負(fù)載。從第一個(gè)極板積累的電子將開(kāi)始向第二個(gè)極板移動(dòng),直到兩個(gè)極板又恢復(fù)電中性。
這就是電容的基本工作原理,下面我們來(lái)看一些應(yīng)用實(shí)例。
電容的應(yīng)用
解耦旁路電容
解耦電容或旁路電容就是一個(gè)典型的例子,它們通常與集成電路一起使用,被放置在集成電路的電源和接地之間。
它們的工作是過(guò)濾電源中的任何噪聲,比如當(dāng)電源在很短的一段時(shí)間內(nèi)降低電壓或當(dāng)電路的一部分被切換導(dǎo)致電源波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電壓波紋。在壓降發(fā)生的瞬間,電容暫時(shí)充當(dāng)電源,旁路主電源。
AC-DC轉(zhuǎn)換
另一個(gè)典型的應(yīng)用例子是用于DC直流適配器的電容。為了將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓,通常使用二極管整流器,但如果沒(méi)有電容的幫助,它將無(wú)法完成這項(xiàng)工作。
整流器的輸出是一個(gè)波形。因此,當(dāng)整流器的輸出上升時(shí),電容充電,當(dāng)整流器的輸出下降時(shí),電容放電,以這種方式平滑直流輸出。
信號(hào)濾波
信號(hào)濾波是電容的另一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。由于其特定的響應(yīng)時(shí)間,它們能夠阻止低頻信號(hào),而允許更高的頻率通過(guò)。
它用于無(wú)線電接收器,用來(lái)去除不需要的頻率,也用于揚(yáng)聲器內(nèi)部的交叉電路,用于分離低音揚(yáng)聲器的低頻和高音揚(yáng)聲器的高頻。
電容作為能源存儲(chǔ)
電容的另一個(gè)相當(dāng)明顯的用途是用于能量?jī)?chǔ)存和供應(yīng)。雖然與同樣大小的電池相比,它們可以儲(chǔ)存相當(dāng)?shù)偷哪芰?,但它們的壽命要長(zhǎng)得多,而且能夠更快地傳遞能量,這使得它們更適合需要高爆發(fā)功率的應(yīng)用。