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                    電容阻抗

                    時間:2020-11-12 14:26來源:海獵人

                     

                    電容

                    電容的最基本形式是一個由中間有小間隙的兩片平行極板構成的無源元件,如圖A-21所示。電容的基本工作原理是存儲和釋放電荷。電容不允許直流電通過,而允許交流電通過。

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                     A-21 一個基本的空氣間隙電容

                    我們在第8章中討論過,大多數電容器都使用電介質材料(一種可以被電荷極化的絕緣體),而不是空氣間隙,這樣能使電容器外觀很緊致,而且電介質的特性也可以根據特定需求進行調整?諝怆m然也能作為電介質,但是它不能因特定應用而改變。

                    電容的基本單位是法拉,簡稱F。1 F的電容在帶有1 C電荷時,極板間的電勢差為1 V。根據A.2.2節所述,1 C相當于6.2415093×1018 個電子攜帶的電荷量,由大小為1 A的電流在1 s內產生。

                    在實際應用中,法拉這個單位過大,不實用,因此一般加上表A-7中的前綴規定更小的單位來使用。

                    雖然法拉在大多數情況下不是實用的電容單位,但也有特殊類型的電容容量以法拉為單位,它們通常用作存儲器保持的短時供電電池。

                    當電壓加到電容兩端時,一塊極板帶電荷,顯一種極性,而另一塊極板則顯另一種極性,如圖A-22所示。這是由于同種帶電粒子的靜電互斥(參考第1章),結果是電容兩極板上會積累相反的電荷。注意,圖A-22畫出的是傳統的電流,而非電子流。

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                     A-22 電容在直流電路中充電/放電

                    A-7 電容使用的標準值前綴

                    前綴

                    符號

                    倍乘

                    等價物

                    m

                    1×10-3

                    1 mF1000 μF

                    μ

                    1×10-6

                    1 μF、1000 nF1 000 000 pF

                    n

                    1×10-9

                    1 nF1000 pF

                    p

                    1×10-12

                    1 pF

                    當圖A-22中的開關S1閉合,S2斷開,電荷會在電荷的極板上積累。電荷積累的速度是電容的大小 C R 1 阻值大小的函數(本節的第4小節中會加以討論)。當S1斷開,S2閉合,電容會將積累的電荷通過R 2 釋放。放電速率是R 2 和 C 的值的函數。

                    另一個需要注意的地方是,在充電時,電容相對于電源相當于瞬時短路,這就是電源濾波電路為何同時具有電阻和大電容的原因。通常不建議將大電容直接與電源相連,因為雖然短路狀態持續的時間很短,但可能會導致電路中其他部分出現故障。對于低容值電容,雖然短路效應仍存在,但它對于其他元件的影響小到可以忽略。

                    在交流電路中,電容在每個周期進行一次充放電,這樣它看起來就像通過了交流電。圖A-23展示了這個過程,其中有一個交流電源、一個電阻和一個電容。注意,此圖是將真實情況簡化后的效果。

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                    圖 A-23 電容在交流電路中的充電/放電

                    電容能夠通過開路交流電的能力啟示19世紀的物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋發明了電位移場的概念。這個概念不僅幫助麥克斯韋把電容充放電現象形象化了,而且還衍生出了電磁波方程,這個方程把電、磁和光統一了起來。

                    雖然在電子學計算中常常假定元件的性能是理想的,但是實際上并沒有理想的元件。普通電容的等效電路如圖A-24所示。

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                     A-24 普通電容的等效電路

                    電容的電阻部分雖然無法完全消除,但是可以減小。然而,多數情況下,R Series 的阻值非常小,R Leakage 的阻值又很大,所以它們一般都可以忽略。

                    除了電容值和容差,電容也有額定的工作電壓,超過額定電壓會導致電容發生災難性故障——也就是說,可能爆炸。當你使用串聯或并聯電容網絡工作時,這一點應該特別注意。接下來的第1小節中有詳細的論述。另外,有些電容是有極性 的,即它們有確定的正負極連接柱。電解質電容通常都經過了極化,而陶瓷電容則不經極化。極化電容如果連接不正確,基本上就一定會損壞,有時故障情況與電壓過大時類似。

                    一般而言,陶瓷電容的工作電壓為幾百伏,而普通的電解質電容工作電壓約為10 V~100 V。根據經驗,電容的值越小,其工作電壓可能就越高。

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