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硬件电路电容的本质

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szt1993|  楼主 | 2024-7-22 13:56 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式


电容就是装载电荷的容器,从微观角度看,当电荷流入容器时,随着时间的变化极间电场逐渐增大。

以图1为例:

充电开始时Uc=0V,压差△U=Ur=Ui,此刻容器内无电荷,也就无电场排斥流入的电荷;所以电流Ic最大,表现为容抗最小,近似短路;

当Uc上升,压差△U开始减小,该过程形成电场,容器开始排斥流入的电荷;电流Ic逐渐减小,表现为容抗逐渐增大;

当Uc=Ui,压差△U=Ur=0V,此刻容器内电场最强,以最大排斥力阻止流入的电荷;电流Ic=0,表现为容抗最大,近似开路。




图1 电容容器充电模型

当电荷流出容器时,随着时间的变化极间电场逐渐减小;该放电过程的电容可看成是一个内阻为0的电压源,以图2为例(移除电源并接地):

放电开始时Uc=Ui,此刻容器内充满电荷,因此电场最强,而电阻不变,则放电电流Ic最大(方向与充电相反),电阻两端的电压Ur=Uc,则Ur=Ui;

当Uc下降,该过程电场减弱,放电电流Ic逐渐减小,Ur=Uc也逐渐减小;

放电耗尽Uc=0V,此刻容器内无电荷,因此无电场,Ur=0V。




图2 电容容器放电模型

电容就好比水桶一样,流入的水流无论是大还是小,水位的变化一定是从最低位开始连续上升的;而电容内的电荷也是逐渐从0开始积累起来的,积累过程与自然常数e有关系,这里就不深入讨论了。

图3就是电容充放电的电压-电流曲线。



图3 电容充放电,电压-电流曲线

联系前面的分析,可总结为:

电容电压不能突变,电流可突变(教材的定义是电容的电流与电压的变化率成正比);

充电过程中的电容可等效成一个可变电阻,放电过程中的电容可等效成一个电压源;

电容电流反映的是单位时间内流动的电荷量,电容电压(或电场)反映的是电荷量的多少。通俗的理解就是流动的电荷才会导致电荷量多少的变化(与①相吻合);用数学语言描述则是电容的电流超前电压相位90°;

电容充放电速度与电容和电阻大小有关。


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沙发
jf101| | 2024-7-22 14:40 | 只看该作者
电容其实就是相当于水桶,储存电荷

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板凳
中国龙芯CDX| | 2024-7-26 23:23 | 只看该作者
电容充放电速度与电容和电阻大小有关

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地板
szt1993|  楼主 | 2024-7-27 12:32 | 只看该作者
jf101 发表于 2024-7-22 14:40
电容其实就是相当于水桶,储存电荷

其实就是这样一个原理,电荷桶

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5
gra22ce| | 2024-8-10 12:01 | 只看该作者
电容的本质是一种能够储存电荷的电子元件。它由两个导体(通常是金属板)组成,这两个导体被绝缘材料(称为电介质)隔开

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6
twinkhahale| | 2024-8-10 13:08 | 只看该作者
当电容连接到电源时,电荷会在两个导体之间积累,一个导体积累正电荷,另一个导体积累负电荷。这种电荷的分离形成了电场,而电场中储存的能量就是电容储存的能量

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7
hhdhy| | 2024-8-10 14:10 | 只看该作者
电容能够储存电荷,其储存的电荷量与电容的电压成正比,比例常数就是电容的电容量(单位是法拉,F)。

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8
wamed| | 2024-8-10 15:13 | 只看该作者
电容两端的电压不能突变,因为电压的变化需要时间来移动电荷

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9
一切D都好| | 2024-8-10 16:21 | 只看该作者
一般来说,电容对不同频率的交流电信号有不同的阻抗,对高频信号阻抗小,对低频信号阻抗大

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10
nqty| | 2024-8-10 18:15 | 只看该作者
电容能够储存能量,其储存的能量与电容的电容量和电压的平方成正比

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11
canfeil| | 2024-8-11 08:25 | 只看该作者
电容的电容量 ( C ) 与电荷 ( Q ) 和电压 ( V ) 之间的关系可以用以下公式表示:[ Q = C \cdot V ]其中,( Q ) 是电荷量(单位是库仑,C),( C ) 是电容量(单位是法拉,F),( V ) 是电压(单位是伏特,V)

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12
hight1light| | 2024-8-11 10:06 | 只看该作者
电容储存的能量 ( E ) 可以用以下公式表示:[ E = \frac{1}{2} C V^2 ]其中,( E ) 是能量(单位是焦耳,J),( C ) 是电容量(单位是法拉,F),( V ) 是电压(单位是伏特,V)

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13
清芯芯清| | 2024-8-11 12:30 | 只看该作者
电容在电子电路中有广泛的应用,包括滤波:在电源电路中,电容用于滤除交流成分,保持直流电压的稳定

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14
teaccch| | 2024-8-11 13:51 | 只看该作者
在信号传输中,电容用于耦合交流信号,同时阻断直流成分。在集成电路中,电容用于去耦,减少电源线上的噪声。在定时电路中,电容与电阻结合使用,形成RC时间常数,用于产生延时或生成特定频率的波形。在某些应用中,如相机闪光灯,电容用于储存能量并在需要时快速释放

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15
LOVEEVER| | 2024-8-12 14:54 | 只看该作者
电容连接到电源时,电荷会在两个导体之间积累,一个导体积累正电荷,另一个导体积累负电荷。

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16
szt1993|  楼主 | 2024-8-14 21:40 | 只看该作者
teaccch 发表于 2024-8-11 13:51
在信号传输中,电容用于耦合交流信号,同时阻断直流成分。在集成电路中,电容用于去耦,减少电源线上的噪声 ...

其实阻容组合在电路中非常实用的

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