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电容在交流电路中是怎样工作的?

2021-03-31 Andrew Carter 阅读:
向电容施加交流电会发生什么?电容的行为与电阻不同⸺在电阻中,电子的流动与电压降成正比;在电容中,在将它充电或放电至新的电压水平时,它会通过吸收或释放电流来抵抗电压的变化。

向电容施加交流电会发生什么?电容的行为与电阻不同——在电阻中,电子的流动与电压降成正比;在电容中,在将它充电或放电至新的电压水平时,它会通过吸收或释放电流来抵抗电压的变化。在对电容提供直流电(DC)时,只要电源电压存在,它就会像个临时储能器一样被充电至所加电压的值,然后无限期地保持或维持这一电荷。若电压上有任何的变化,电容中就会有充电电流流入抵抗这个变化,其速率与电容极板上电荷的变化率相等。z2zednc

图1所示,下面来研究下仅存在电容和交流电源的电路。事实证明,电流和电压之间存在90°的相位差,电流到达峰值比电压到达峰值超前90°(1/4周期)。交流电源会产生振荡电压。电容值越大,为了在极板上建立特定的电压,就必须流动越多的电荷,因此电流也就越大。电压频率越高,改变电压可用的时间就越短,因此电流也就必须更大。因此,电流会随着电容和频率的增加而增加。z2zednc

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图1:仅含电容和交流电源的电路及其工作原理。z2zednc

电容性交流电路

纯电容性交流电路是只包含交流电源和电容的电路,如图2所示。电容直接跨接在交流电源电压的两端。随着电源电压的增加和减少,电容会进行充电和放电。电流将首先以一个方向流过电路,然后再以另一个方向流过。但是,电容实际上没有电流流过。电子在一个极板上积聚,然后从另一个极板迅速连续地排出,给人的感觉就是,电流流过了分隔极板的绝缘体。z2zednc

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图2:纯电容性交流电路。z2zednc

电容性电抗

电容中流过的电流与电容两端电压的变化率成正比。纯电容电路中的容抗对交流电路中的电流起阻碍作用。由于与电阻一样,电抗的计量单位也是欧姆,因此,为了将它与纯电阻值进行区分,电抗用符号X表示。由于容抗取决于电容的值(以法拉为单位)以及交流波形的频率,因此可以用下列公式对其进行表示。z2zednc

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该公式表明,如果将频率或电容值增大,则总的容抗就会减小。与理想导体类似,当频率接近于无穷大时,电容的容抗将减小到零。z2zednc

(本文授权编译自EDN姊妹网站EEWeb,原文参考链接:How Capacitors Behave in AC Circuits,由赵明灿编译)z2zednc

本文为《电子技术设计》2021年4月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里z2zednc

(责编:赵明灿)z2zednc

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