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電容器在電路中的作用


 在直流電路中,電容器是相當于斷路的。 電容器是一種能夠儲藏電荷的元件,也是常用的電子元件之一。
  這得從電容器的結構上說起。簡單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(包括空氣)[1]構成的。通電后,極板帶電,形成電壓(電勢差),但是由于中間的絕緣物質,所以整個電容器是不導電的。不過,這樣的情況是在沒有過電容器的臨界電壓(擊穿電壓)的前提條件下的。我們知道,物質都是相對絕緣的,當物質兩端的電壓加大到程度后,物質是都可以導電的,我們稱這個電壓叫擊穿電壓。電容也不例外,電容被擊穿后,就不是絕緣體了。不過在中學階段,這樣的電壓在電路中是見不到的,所以都是在擊穿電壓以下工作的,可以被當做絕緣體看。
但是,在交流電路中,因為電流的方向是隨時間成的函數關系變化的。而電容器充放電的過程是有時間的,這個時候,在極板間形成變化的電場,而這個電場也是隨時間變化的函數。實際上,電流是通過場的形式在電容器間通過的。
  在中學階段,有句話,就叫通交流,阻直流,說的就是電容的這個性質。
  電容的作用:
  1)旁路
  旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩壓器的輸出均勻化,降低負載需求。 就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負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致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
  2)去耦
  去耦,又稱解耦。 從電路來說, 總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大, 驅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(是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作,這就是所謂的“耦合”。
  去耦電容就是起到一個“電池”的作用,滿驅動電路電流的變化,避相互間的耦合干擾。
  將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去耦合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是10μF 或者大,依據電路中分布參數、以及驅動電流的變化大小來定。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,防干擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。
  3)濾波
  從理論上(即假設電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上過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。具體用在濾波中,大電容(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。曾有網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而引起水量的變化。它把電壓的變動轉化為電流的變化,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。根據不同的電源要求,器件有時會采用串聯、并聯或其組合的形式,對于功率過10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

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