說起電容,想必大家都不陌生,大到衛(wèi)星航母,小到智能手環(huán),電路里處處離不開電容,電路中的電容形態(tài)各異,發(fā)揮的作用也各不相同。最常用的功能可能要數(shù)儲能,濾波和耦合了。記得最早接觸電容還是高中那會,物理老師給我們講電容和電容器,電容的特性就是隔直通交。當(dāng)時我和小伙伴那叫一個一臉懵逼,兩個極板中間明明是絕緣的真空,電流到底是怎么流過絕緣的真空的?今天我們就來看看電流到底是怎么流過絕緣介質(zhì)的。
看到這屏幕前的小伙伴想必也懵逼了,難道我點錯了,這里不是要講隔直通交嗎?親,你沒有迷路,這里就是隔直通交會場,請稍安勿躁,待我翻開筆記慢慢道來。
電容顧名思義就是能存儲電荷,那怎樣才能存儲電荷呢?首先得有兩塊金屬導(dǎo)體,中間是絕緣電介質(zhì),介質(zhì)可以是空氣、可以是真空、也可以是FR4等等。看到這,熟悉PCB的各位小伙伴是不是想起了啥?沒錯,PCB中的導(dǎo)體間同樣會構(gòu)成電容,典型的就是相鄰的電源平面和GND平面,相鄰的信號線等。
當(dāng)然構(gòu)成電容的兩導(dǎo)體間的距離不能太遠,都說距離產(chǎn)生美,合適的距離可以讓人只會關(guān)注她的美麗,但是如果遠到看不見,哪里還看得到美,電容也是這樣。
在兩個導(dǎo)體上面加上電壓時,兩導(dǎo)體上就會存儲電荷,在電容沒有被施加電壓的時候,兩端的自由電子數(shù)量沒有變化,兩端導(dǎo)體是呈中性的,如果給電容施加電壓,電容一端會聚集比平時更多的自由電子,此端導(dǎo)體呈負電極,另一端導(dǎo)體失去大部分自由電子,此端導(dǎo)體呈正電極。
就這樣一個導(dǎo)體上增加電荷,并從另一個導(dǎo)體取出電荷,看起來就像把電荷加到一個導(dǎo)體上,而這些電荷又從另一個導(dǎo)體上流出。所以當(dāng)電壓變化時,就有等效電流流經(jīng)電容器。
舉個栗子:
電容器相當(dāng)于一個中間有橡膠隔膜的管子,橡膠隔膜相當(dāng)于電容器內(nèi)部的介質(zhì),分開的兩部分相當(dāng)于電容器的兩極板,如果管子兩端不受壓力時(相當(dāng)于不加電壓),被分開的兩部分含有相同的水量(相當(dāng)于自由電子),一旦管子受到了壓力(一端加電壓),上面腔體中的壓力就會增加,橡膠隔膜向下膨脹,使水從下面腔體流出 ,盡管水流沒有經(jīng)過橡膠隔膜,但是橡膠隔膜迫使水從下面腔體流出,就像電流從電容器流出一樣,這就是電容的等效電流。
說到這,相信大家應(yīng)該明白等效電流到底是怎么來的了。可問題又來了,我知道了等效電流怎么產(chǎn)生的,但是怎么知道等效電流有多大呢?大家瞄一眼下面的公式就明白了。
等效電流的計算公式:
ΔQ 電容器上電荷的變化量
Δt 電荷變化經(jīng)歷的時間
C 電容量
dV 導(dǎo)體間電壓變化
dt 電壓變化經(jīng)歷的時間
通過公式,我們可以看到影響等效電流大小的因素有兩個。
第一個因素是dV/ dt:即電壓變化率,單位時間內(nèi)電壓變化越大,等效電流也越大。
第二個因素是C:即電容量,電容量越大,等效電流越大。
電容通交流阻直流奧秘就是能否生成等效電流。(劃重點)因為有電壓變化的交流信號才能產(chǎn)生等效電流流經(jīng)電容,所以電容對交流信號相當(dāng)于一個短路器件。而直流信號因為沒有電壓的變化,不會產(chǎn)生等效電流,所以電容器對直流信號相當(dāng)于一個開路。
在實際的應(yīng)用中如電源的濾波電容,就是利用電容隔直通交屬性,對直流電源開路,對高頻噪聲短路,將高頻噪聲短路進GND, 在不影響直流電源的情況下去除了噪聲,使電源更干凈。
耦合電容更是將隔直通交屬性表現(xiàn)的淋漓盡致,阻斷前后級的直流分量,只允許交流信號通過。更多應(yīng)用就不在這里一一列舉了,高速先生也寫過很多電容應(yīng)用方面的文章,有興趣的小伙伴可以查閱。
前面我們講了影響等效電流大小的因素之一是電容量的大小,那么問題來了。
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哪些因素會影響電容量的大小呢?我在評論留言區(qū)期待你們的回答,還有疑惑的小伙伴也請留言哦!
陳亮 | 文
審核編輯 黃昊宇
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