电容是一种电子元件,它的作用是存储电荷能量。电容器由两个导体板之间用电介质隔开形成,导体板上分别带有相反的电荷,在电场的作用下,一边负一边正,形成电容。电容的大小由电容器的尺寸、电介质介电常数和导体板间距等因素决定,单位为法拉(F)。电容器在电子电路中广泛应用,但电容的作用多而繁杂的特点,也导致设计人员在分析和设计电路的时候容易弄混,这篇文章是作者根据自己的实践和诸多资料整理而成的概述性文章,希望能对大家弄清电容在电路中的作用有所帮助。

图1 电解电容

电容的种类:

1.  电解电容:以铝箔或钽金属为正极,以涂有氧化物的铝板或粉末为负极,中间的电介质是电解质。电解电容有极性,必须注意正负极性。应用于大容量、大电压、低频和直流工作。实物如上图

2.  陶瓷电容:以陶瓷为电介质,以银或铜为电极,制造成小体积、大容量、高频率的电容器。

3.  薄膜电容:利用金属薄膜在电介质表面上形成电极,电介质材料选择广泛,可以制造高精度、高稳定性、高频率的电容器。

4.  变容器:由可旋转的定子和摆动的转子组成,通过转子的位置变化,使定子上的电极与转子上的电极相接触或离开而产生不同的容量。

5.  双层电容:利用电荷在电介质表面附着或离开的现象,存储电荷能量,其特点是能快速充放电,但容量较小。

6.  金属化聚酯薄膜电容:以金属化聚酯薄膜为介质,制成的具有较高的频率特性和稳定性的电容器。

7.  有机电容:以导电有机材料制成电容器,具有小体积、大容量、高频率特性的优点。

电容的作用

电容的作用就是隔直通交,直流电阻断,交流电能顺利通过。一般在应用中有旁路,去耦,滤波,储能这四个。

去耦

电容在电路中的去耦(bypass)作用是消除直流信号的干扰,使交流信号能够顺畅地通过电路。直流信号会引起许多问题,如使电路失去工作点(偏置点),引起不稳定性,降低放大倍数等。电容通过在电路中放置一个电容器,将直流信号从电路中抽离,只让交流信号通过,从而去除或减小直流信号对电路的影响。这样可以提高电路的稳定性、增大放大倍数和避免噪声的影响。在放大器输出端设置去耦电容,可以避免输出直流偏差,改善音质和频率响应。在电源滤波电路中,也可以使用电容来去耦,减小电源中的纹波。

图2 去耦电容在电路中的应用

旁路

在电路中,电容可以具有旁路作用。旁路是指在电路中设置一个分支路线,从而使一部分电流分流通行。当电容与电源或负载并联时,它会提供一个低阻抗通路,允许高频电流绕过负载,这就是电容的旁路作用。这种作用通常用于滤波器和隔离器中,以帮助滤除不需要的信号或噪声。电容的旁路作用也可以降低电路中的噪声水平,并提高信号的质量和可靠性。

去耦与旁路,其实是差不多的作用,区别就是位置上有些不同,旁路是去除输入信号的高频,把外界的谐波去除。去耦是把输出端的高频谐波信号去除,使输出信号干净。

图3 旁路电容在电路中的应用

 

储能

当电容器通过电源充电时,电荷会聚集在两个导体板之间并产生电场,从而在电容器内部存储电能。在电容器被放电时,它会释放这些储存的电荷,并将电能返回到电路中。因此,电容在电路中具有储能的作用。在一些应用中,如计算器、闪光灯、条形码扫描器等电子设备中,电容器经常被用来储存和释放电能。

图4 电容在电路中的储能作用

 

滤波

电容的滤波作用是指利用电容器在电路中储存和释放电能的特性,来改变电路中不同频率下的信号传输和响应。因为电容器可以通过其储能和释能过程来对电流进行平滑化处理,从而有效地去除运载噪声以及高频干扰。具体地说,当直流电压通过带有电容的电路时,电容会阻止直流电流通过,同时允许交流电流通过,从而过滤掉了直流分量。反之,当交流电压经过带有足够大的电容的电路时,电容器阻碍了交流电流通过,从而过滤掉了高频分量。这就是电容的滤波作用。在实际电路中,电容的滤波作用广泛应用于各种信号滤波、电源滤波、音频信号处理等方面。

图5 电容在电路中的滤波作用 

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