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西安汽车音响改装告诉你什么是电容?电容有什么作用?
发布日期:2013-07-25

什么是电容?电容有什么作用?

    电容是一种以电场形式储存能量的无源器件。在有需要的时候,电容能够把储存的能量释出至电路。电容由两块导电的平行板构成,在板 之间填充上绝缘物质或介电物质。图1是电容的基本结构和符号。

图1: 电容的基本结构



什么是电容充电和放电?

    电池负极放出电子到一块极板,电池正极将另一块极板上的电子吸了过去。此时电路是通路,电容的充放电过程,这个电路对电容充放电的时间周期。如果高于交流电的周期,那么电容电还没放完,电流方向就改变,开始反向充电,这样电容电压始终不能回零。 如果小于交流电周期,电流还没有回落到零,电容已放电完毕。 总之,只有两周期相同时,电容电压才和电路电压变化一致。

    将电容器的两端接上电源。(注意电容及电池连接的极性,电解电容器的负极应与电池的负极相接)电容器就会充电,有电荷的积累。两端电压不断升高,当电容器两端电压Uc同电池电压E相等时,充电完毕。此时Uc(电容器两端电压)=Q(电容器充电的电量)/C(电容器的电容量),当电容器两端去掉电源改加电阻等负载时,电容器进行放电。放电电流I=Uc/R(注意Q是逐渐减少的,Uc也是逐渐减少的,所以I也是逐渐减少的)。

    当电容连接到一电源是直流电 (DC) 的电路时,在特定的情况下,有两个过程会发生,分别是电容的 “充电” 和 “放电”。

    若电容与直流电源相接,见图2,电路中有电流流通。两块板会分别获得数量相等的相反电荷,此时电容正在充电,其两端的电位差vc逐 渐增大。一旦电容两端电压vc增大至与电源电压V相等时,vc = V,电容充电完毕,电路中再没有电流流动,而电容的充电过程完成。

图2: 电容正在充电



    由于电容充电过程完成后,就没有电流流过电容器,所以在直流电路中,电容可等效为开路或R = ∞,电容上的电压vc不 能突变。

    当切断电容和电源的连接后,电容通过电阻RD进行放电,两块板之间的电压将会逐渐下降为零,vc = 0,见图3。

图3: 电容正在放电



    在图3和图4中,RC和RD的电阻值分别影响电容的充电和放电速度。

    电阻值R和电容值C的乘积被称为时间常数τ,这个常数描述电容的充电和放电速度,见图4。

图4: 在充电及放电过程中的电压vc 和电流iC



    电容值或电阻值愈小,时间常数也愈小,电容的充电和放电速度就愈快,反之亦然。

    电容几乎存在于所有电子电路中,它可以作为“快速电池”使用。如在照相机的闪光灯中,电容作为储能元件,在闪光的瞬间快速释放能量。


电容放电和充电的计算方式

设,V0 为电容上的初始电压值;V1 为电容最终可充到或放到的电压值;Vt 为t时刻电容上的电压值。

  则,Vt="V0"+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)]或,t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]

  例如,电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电

    V0=0,V1=E,故充到t时刻电容上的电压为:Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]

  再如,初始电压为E的电容C通过R放电

  V0=E,V1=0,故放到t时刻电容上的电压为:Vt="E"*exp(-t/RC)

  又如,初值为1/3Vcc的电容C通过R充电,充电终值为Vcc,问充到2/3Vcc需要的时间是多少?

  V0=Vcc/3,V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3,故t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2=0.693RC

  注:以上exp()表示以e为底的指数函数;Ln()是e为底的对数函

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