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电路小常识——电容的工作原理及其作用

发布日期:2016/4/22 14:21:51  (阅次)
  所属频道:   核电     关键词:  电路小常识  电容的工作原理  电容作用

 

      所谓电容,就是容纳和释放电荷的电子元器件。相信这个词对于很多人来说都是比较陌生的一个词语,而至于它的工作原理和作用更是一团糊涂。今天由武汉鼎升电力自动化有限责任公司的电力工程师周工给我们讲讲电路的小常识。电容的基本工作原理就是充电放电,当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单,主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成。  
作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种: 

      1、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用 

      1)旁路  

      旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。 

      2)去藕

      去藕,又称解藕。从电路来说,总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作。这就是耦合。去藕电容就是起到一个电池的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10uF或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。 
总的来说旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。 

      3)滤波

      从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1uF的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越大低频越容易通过,电容越小高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000uF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容.由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为0.0010.lpF的电容,以滤除高频及脉冲干扰。

      4)储能

      储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150000uF之间的铝电解电容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。 

      2、应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:

      1)去耦

      举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合,这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容,由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。


      2)振荡/同步

      包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

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