在電子產品中，分壓器是無源線性電路，用于提供作為其輸入電壓一部分的輸出電壓。這里，分壓是在分壓器組件之間分配輸入電壓的結果。在分壓器電路中，兩個電阻串聯，輸入電壓通過兩個電阻給出，輸出取自兩個電阻之間的連接。

根據應用特性的區別，有不同類型的分壓器電路可用，例如電阻式、電感式、低通RC濾波器和電容式分壓器。本文簡要介紹了其中一種分壓器，即電容分壓器。

電容分壓器的概念

電容分壓器是一種以電容為分壓元件的分壓電路。與電阻器類似，電容器也可用于形成分壓器電路，以便根據電容器值將電壓分成電路的各個部分。與使用電阻的分壓器電路類似，電容器串聯起來形成帶有電壓源的分壓器網絡。

電容分壓器工作原理

電容分壓器的工作原理是利用電容分壓器與電抗器產生諧振后會產生高壓來實現分壓，可對高壓設備進行高壓交流耐壓試驗。

與電阻網絡相比，電容網絡分壓器更復雜，因為電容器是電抗器件，所以電路中電容提供的電阻主要取決于輸入信號的頻率。電容電阻可以用Xc表示，以歐姆為單位，電容器響應與電容器的電容值成正比，即：

XC ∝ 1/C

如果源電流的頻率較低，則電容器的充電時間會增加。同樣，如果電流源的頻率很高，那么電容器的充電時間就會減少。最后，可以確定頻率“F”，容抗為“Xc”，電容值為“C”，則方程為;

XC ∝ 1/C

XC ∝ 1/f

容抗公式Xc = 1/2πfc

其中，“Xc”是歐姆 (Ω) 內的電容器電抗，“f”是以赫茲 (Hz) 為單位的頻率，“C”是電容器的電容，以法拉 (F) 為單位，'π' 是數字常數 (3.1416)。

電容分壓器電路

電容分壓電路如下圖所示，用于計算電容的分壓規則。在下面的分壓器電路中，兩個電容器與“Vs”等電壓源串聯。之后，電壓源可以分為兩個，一個電源通過C1電容器，另一個電壓通過C2電容器。此外，電路中的VC1表示整個C1電容器的電壓，而VC2是整個C2電容器的電壓。

因此，組合電容可以給出：

1/Ceq = 1/C1 + 1/C2

Ceq = C1C2/C1 + 1/C2

通過源提供的電荷量Q =Ceq Vs，基本上是：

Q = (C1C2/C1 + 1/C2) VS

由于“C1”電容器的電壓為Vc1，即有：

VC1 = Q1/ C1

VC1 = (C1C2/C1 + C2) x Vs/C1

VC1 = Vs/(C1 + C2) x C2

“C2”電容器的電壓為Vc2，即有：

VC2 = Q2/C2

VC2 = (C1C2/C1 + C2) x Vs/C2

VC2 = Vs/(C1 + C2) x C1

因此，整個電容器的單個電壓是相反電容的一小部分，乘以整個電容和電壓。

實例演示

眾所周知，電容分壓器僅適用于交流和直流，但交流和直流的公式幾乎相同。因此，下面將解釋交流和直流電容分壓器電路的示例問題。

1、電容式交流分壓器電路示例

示例電容式交流分壓器電路圖如下所示，電壓源為120V;頻率為1500赫茲。電路中的兩個電容簡單串聯，其中第一個電容值VC1 3uF與電容Xc為30ohms。第二個電容值VC2為1uF，電容Xc為60ohms。

3uF電容的電抗為：

XC1 = 1/2πfC1 => 1/(2*3.142*1500*3*10^-6) => 10^6/28278 => 35歐姆

1uF電容的電抗為：

XC2 => 1/2πfC2 => 1/(2*3.142*1500*1*10^-6) = 10^6/ 9426 => 106歐姆

該電路的完全容抗為：XC= XC1+ XC2= 35Ω + 106Ω = 141Ω

電路中的電流為：I = V/XC = 120V/141Ω = 0.85mA

每個電容器上的電壓降為：

VC1 = I*XC1 = 0.85mA*35Ω = 29.75V

VC2 = I*XC2 = 0.85mA*106Ω = 90.01V

2、電容式直流分壓器電路示例

電容式直流分壓器的電路圖如下所示，電壓源為9V，兩個電容串聯，VC1為3uF，VC2為1uF。在這里，直流分壓器根據V=Q/C等公式分離電壓。如果電路的頻率為12000Hz或12kHz，則評估DC的輸出電壓。

3uF電容的電抗：XC1 = 1/2πfC1 = 1/(2*3.142*12000*3*10^-6) = 10^6/226224 = 4.420Ω

1uF電容電抗：XC2 = 1/2πfC2 = 1/(2*3.142*12000*1*10^-6) = 10^6/75408 = 13.26Ω

可以使用XC= XC1+ XC2 = 4.420Ω + 13.26Ω = 17.68 Ohms來計算電路的完整容抗。

I = V / XC = 9V / 17.68Ω = 0.50mA

每個電容器上的電壓降為：

VC1 = I*XC1 = 0.50mA*4.420Ω = 2.21V

VC2 = I*XC2 = 0.50mA*13.26Ω = 6.63V

注：CT = (C1*C2) /(C1+C2) 也可以使用其他電容分壓器公式，這時候，XCT = 1/2πfCT。

電容分壓器優缺點

電容分壓器的優點包括以下幾個方面：

價格便宜

熱量損失較少

可以在交流電或直流電上工作

安裝成本低

頻率依賴性

具有帶寬寬、響應速度快、穩定性好、分壓比大等優點，具有快速脈沖信號測量等優點

電容分壓器的缺點包括以下幾點方面：

笨重

工作效率會因過熱而降低

一些分壓器僅適用于交流電

電容分壓器的應用

電容分壓器的應用主要包括以下幾個方面的內容：

用于降低電壓以測量高電平電壓

是快速上升的電壓和脈沖測量的理想選擇

在微控制器中，它用于測量傳感器的電阻

可用作連接各種工作電壓的邏輯電平轉換器電路

用于不同的電子應用，從Colpitts振蕩器電路到電容式觸摸屏。

廣泛用于電子束加速器中，以評估ns(納秒)范圍內的高壓o/p信號。

簡單的電容分壓器用于測量納秒到微秒范圍內的高壓信號

總結

在進行高壓交流耐壓試驗時會用到串聯諧振，那么串聯諧振中就會用到電容分壓器，它與電抗器產生諧振后會產生高壓，可對高壓設備進行高壓交流耐壓試驗。