電子技術:電容的原理與特性

2020-12-15 小波學電子

前文我們一起學習了電容的認知與參數,應該已經對電容有了一個大概的了解了。後續我們來學習電容的作用,但是想要透徹的理解電容的作用,還是得先理解電容的特性,這篇文章我們一起學習一下電容的原理與特性。

電容的特性:通交流、隔直流;通高頻,阻低頻。

至於電容為什麼有這樣的特性,下面我們一起來分析。

大家應該也已經知道了電容的基本結構:由靠得很近的兩個平行且相互絕緣的導電極板構成,兩個極板引出導線構成電容的兩隻引腳。在給電容的兩個引腳通電之後,兩個極板上便會聚集兩種相反的電荷,也就是儲存了電荷。

電容的基本結構與原理

如上圖所示,在電容兩極上一個直流電壓;在電壓穩定後,與電壓正極相連的一端將呈現一定量的正電荷,而與電壓負極相連的一端將呈現相等量的負電荷;這樣,兩個電極之間就會形成一個靜電場,所以電容是以電場能的形式儲存電能量,儲存的電荷量為Q。

電容兩級的電荷狀態變化(GIF)

看到這裡有同學可能會疑惑了,理想電容內部是絕緣介質,沒有自由電荷,不可能產生電荷移動也就是電流,那麼理想電容是如何通交流隔直流的呢?

電容雖然內部絕緣,但是因為能夠充放電,所以會有充放電電流。下圖是直流給電容充電的過程,在電容未充滿時是存在充電電流的,但是充滿後電流自然就停了,也就是相當於隔直流,對於直流電壓來說電容已經完全不導通了。(e表示帶負電荷的自由電子,從電源負極出發,這也是微觀下電流實際的方向,與日常認知不同)

直流充電過程(GIF)

而交流電的電壓方向是不斷變化的,以家用的220V為例,我國的家用交流供電是220V~/50Hz,50Hz表示交流電一秒鐘內有50個周期,也就是電壓方向變換了50次。

交流充電

那麼給電容接上交流電的情況下,電容就會不斷的充電放電。也就有了持續的充放電電流,既然電流中有了持續的電流,所以可以理解為通交流。

至於通高頻阻低頻,則需要了解另一個電容的參數,那就是容抗Xc。雖然交流能通過電容,但是不斷地充電放電仍有一定的阻力,這個交流信號通過電容時所受到的阻力就叫容抗,單位為歐姆Ω,與電阻相同。

容抗公式

上圖就是容抗公式,可以看出容抗是跟通過電容的信號頻率及電容容值大小相關的,並且在容值固定的情況下,信號頻率越高,容抗越小;信號頻率越低,容抗越大。所以電容能夠通高頻阻低頻。

至於直流電不存在頻率,在頻率為零的情況下,那麼容抗為無窮大,所以電容隔直流。並且要注意,「隔」和「阻」是有區別的。隔是完全隔斷,阻只是起阻礙作用。

所以從公式可以得出:電容通交流隔直流,通高頻阻低頻。

了解電容的特性是非常重要的,了解了特性才能更好地理解電容在電路中的作用。這篇文章通俗地講解了一下電容的特性,有不足的地方歡迎指出;下一篇文章我們一起來學習電容的電路應用,想繼續學習的可以關注作者哦。

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