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【元器件2】电容的作用和用途

admin 电路基础 2020-02-12 浏览
电子电路基础之电容篇(一):fG6源享君
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1.电容的基本定义,单位fG6源享君
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2.电容的单位与计算公式fG6源享君
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3.电容在电路中的作用

1.什么是电容器?fG6源享君
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一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,造成电荷的累积储存,储存的电荷量则称为电容。fG6源享君
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电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量
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两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质,就构成了电容器。fG6源享君
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2.电容的单位和计算公式:
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1.电容器的电容量的基本单位是法拉(F)。在电路图中通常用字母C表示电容元件,换算单位如下:fG6源享君

1、1法拉(F)=1000毫法(mF)。fG6源享君

2、1毫法(mF)=1000微法(μF)。fG6源享君

3、1微法(μF)=1000纳法(nF)。fG6源享君

4、1纳法(nF)=1000皮法(pF)。fG6源享君
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2.电容器是储存电量和电能(电势能)的元件。计算公式如下:fG6源享君
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1,C=Q/U 。Q(带电量),U(电压)fG6源享君
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2.电容的决定式为:C=εrS/4πkd 。其中,εr是相对介电常数,S为电容极板的正对面积,d为电容极板的距离,k则是静电力常量。fG6源享君

电容器的电势能计算公式:E=C*(U^2)/2=QU/2=(Q^2)/2CfG6源享君
多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+CnfG6源享君
多电容器串联计算公式:1/C=1/C1+1/C2+…+1/CnfG6源享君
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3.电容的容抗的计算公式:Xc = 1/(ω×C)= 1/(2×π×f×C);fG6源享君
Xc--------电容容抗值;欧姆fG6源享君
ω---------角频率fG6源享君
π---------3.14;fG6源享君
f---------频率,对工频是50HZ;fG6源享君
C---------电容值 法拉fG6源享君
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3.电容器在电路中的一些作用fG6源享君
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1.通交流阻直流:
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当电容器接入直流回路时,会有一个短暂的充电过程,当正负极板都充满电荷(电容器两端电压等于电源电压时)以后,就没有电流再流动,所以说电容是隔离直流电流的。fG6源享君
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但是,交流电的电压是不断变化的,积累在两极板上的电荷发生变化,引起两极板间的电压变化,fG6源享君
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当电容器接入交流回路时,同样有一个充电过程,在电容电压等于电源电压时充电停止,随后电源电压下降,电容器开始放电。fG6源享君
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当电源电压反向升高时,电容器反向充电,随后,再反向放电。如此充放电就和交流电流真正流通一样,所以电容可以通过交流电流的。fG6源享君
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但这里有个问题,就是如果电容很快充完电了,但交流电还没有变化(从正半周变化到负半周),那此时就类似直流电的情况,即电路没电流了,相当于断路。fG6源享君
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直到等到交流电负半周到来,电容放电,电路才重新产生电流
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这意味着,如果交流电频率较低(变化速度慢),接上电容时会中途断电流,即电路不是完全导通。如果频率超级低,无限接近于0,那电路就会看起来不通。fG6源享君

所以不是所有交流电都能通过电容,而是高频率导通,低频率阻断fG6源享君

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2.滤波:(一般分析电路时可以把滤波电容先去掉)fG6源享君
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1.整流电路完成后进行滤波fG6源享君
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2.单片机的供电电源进行滤波fG6源享君
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3.cpu后面的电容并联滤波,增加其容量,从而减少其阻抗。
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滤波作用:理想电容,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。fG6源享君
电解电容一般都是超过 1F ,其中的电感成份很大,因此频率高后反而阻抗会大。fG6源享君
我们经常看见有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,其实大的电容通低频(把高频杂波直接滤除掉了)fG6源享君
小电容通高频(这里的高频是一些相对于开始电压较小的高频),这样才能充分滤除高低频。fG6源享君
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电容还具有旁路,去耦,作用,其实也是滤波,就是把不用的高频信号通过旁路电容滤除到地。fG6源享君
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如下图的C1:fG6源享君

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去藕电容:去耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象,去耦电容相当于电池,利用其充放电,使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。fG6源享君
它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定,去藕电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。fG6源享君

旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。fG6源享君
高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取 0.1F、0.01F 等;fG6源享君
而去耦合电容的容量一般较大,可能是 10F 或者更大,依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。如图C3为去耦电容fG6源享君

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图C3fG6源享君

它们的区别:旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源fG6源享君

3、耦合:fG6源享君
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在电子学和电信领域,耦合是指能量从一个介质(例如一个金属线、光导纤维)传播到另一种介质的过程。fG6源享君
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在电子学中,耦合指从一个电路部分到另一个电路部分的能量传递。fG6源享君
例如,通过电导性耦合,能量从一个电压源传播到负载上。fG6源享君
利用电容器允许通过交流成分、阻挡直流成分的性质,可以将电路的交流部分和直流部分耦合起来。fG6源享君
变压器也可以充当耦合介质,通过在两端配置适当的阻抗,可以达到适当的阻抗匹配fG6源享君
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作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路 。fG6源享君

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用电容做耦合的元件,是为了将前级信号传递到后一级,并且隔断前一级的直流对后一级的影响,使电路调试简单,性能稳定。fG6源享君

如果不加电容交流信号放大不会改变,只是各级工作点需重新设计,由于前后级影响,调试工作点非常困难,在多级时几乎无法实现。fG6源享君

电容的滤波作用跟这个原理相同,但滤波是把交流电当成无用的成分给直接短路接入地线消灭掉,而电容耦合是当成有用的传输到下一级。fG6源享君
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举个例子,你听音乐,要把音频信号放大,才能驱动喇叭振动发出足够大的声音,需要两级电路配合,一个是前级电路,输出音频信号,一个是放大电路,接收音频后放大它。fG6源享君
音频信号是一股交流电,放大就是放大这个交流电的电压和电流强度。fG6源享君
但是前级电路的音频信号中可能还有直流成分,所以在两级之间并联一个电容,可以起到让交流电(音频信号)通过,而阻挡直流电的功能,这样音频信号就从前级输送到放大电路里fG6源享君

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一起来走进电容的世界:fG6源享君
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