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電容是起什么作用的?電容器有何功能?

冬至子 ? 來源:李皆寧 ? 作者:李皆寧老師 ? 2023-09-05 17:27 ? 次閱讀

要想了解電容器的功能用法,首先要理解它的結構原理。

電容器模型和規格

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這是一個“實際”的電容器模型,在一個真實的電容器中,它不僅僅只有兩片金屬導體,還包含了等效串聯電阻(ESR)、等效串聯電感(ESL)以及絕緣電阻(Rp),它與我們理想中的電容器有著很大的差別。

首先我們認為理想電容器兩端是“絕緣”的,而實際上呢?由于Rp的存在,電容器會漏電,漏電流的大小取決于絕緣電阻的大小,另外兩個寄生參數ESR和ESL,決定了它的適用場合。

RC延時電路

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電容器C1在這里的作用就是存儲和釋放電能(充電放電),而電阻器R1則起到了調節電容器充電電流的大小;電阻器R2負責調節電容器放電電流的大小(開關閉合,電容器充電;開關打開,電容器放電)。

從圖中的充電曲線可以看出,電容器從0開始直到充滿電需要一定的時間,這個時間差就是所謂的延時。利用這種延時,可以將開關閉合與打開時產生的抖動去除,或者是將一些頻率較高的干擾信號過濾掉。

這是電容器典型的濾波作用,本質上也就是電容器充能現象的延伸罷了。延時的計算公式在我另一篇文章里有寫到,這里就不再詳細列出了。

隔直通交

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這個概念比較好理解,電容器兩端的金屬導體是互相絕緣的,因此在電路中可以看成是“開路”狀態,電流是無法通過電容器的。

但如果電流是交流的,也就是方向會動態變化,我們來看上面的電路圖,假設正電荷對電容器的正極充電,根據電場“異性相吸”原理,負電荷(電子)會在電場的作用下匯聚到電容的負極,形成“負電流”。

反過來,如果紅色箭頭代表的是負電荷,則藍色箭頭就會變成“正電流”,因此整個回路的電流方向就會與之前相反。

從單個電容器的角度來看,電流并沒有直接通過它的內部,而是分成了“正電流”與“負電流”兩部分;但是從整個電路來看,電流已經在閉合環路中走了一圈,這樣就等效于電容器被“直通”了。

儲存電能

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電源電路里面通常都能見到體積較大的電容器,這些儲能電容器相當于一個大水庫,系統正常工作的時候負責儲存電能,一旦有大電流的請求,儲能電容C702與C703會同時參與放電,滿足系統的供電需求。

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