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电容在电路中的作用(详细)

来源:网络 作者: 时间:2020-01-08

电容是电路设计中最为普通常用的器件,也常常在高速电路中扮演重要角色。电容器在电子电路中几乎是不可缺少的储能元件,它具有隔断直流、连通交流、阻止低频的特性。广泛应用在耦合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量转换和自动控制等电路中。电容器在电子线路中的作用一般概括为:通交流、阻直流。电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用。

电容的用途非常多,主要有如下几种:

1 、隔直流:作用是阻止直流而让交流通过。

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2 、旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

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3 、耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路。

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用电容做耦合的元件,是为了将前级信号传递到后一级,并且隔断前一级的直流对后一级的影响,使电路调试简单,性能稳定。

如果不加电容交流信号放大不会改变,只是各级工作点需重新设计,由于前后级影响,调试工作点非常困难,在多级时几乎无法实现。

4 、平滑或滤波: 将整流以后的脉状波变为接近直流的平滑波,或将纹波及干扰波虑除。

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即频率f越大,电容的阻抗Z越小。当低频时,电容C由于阻抗Z比较大,有用信号可以顺利通过;当高频时,电容C由于阻抗Z已经很小了,相当于把高频噪声短路到GND上去了。

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5 、温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的温度稳定性。

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由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率,所以要求定时电容的容量非常稳定,不随环境湿度变化而变化,这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。因此采用正、负温度系数的电容释联,进行温度互补。

当工作温度升高时,Cl的容量在增大,而C2的容量在减小,两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和,由于一个容量在增大而另一个在减小,所以总容量基本不变。

同理,在温度降低时,一个电容的容量在减小而另一个在增大,总的容量基本不变,稳定了振荡频率,实现温度补偿目的。

6 、计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。输入信号由低向高跳变时,经过缓冲1后输入RC电路。电容充电的特性使B点的信号并不会跟随输入信号立即跳变,而是有一个逐渐变大的过程。当变大到一定程度时,缓冲2翻转,在输出端得到了一个延迟的由低向高的跳变。

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7 、调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。

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因为lc调谐的振荡电路的谐振频率是lc的函数,我们发现振荡电路的最大与最小谐振频率之比随着电容比的平方根变化。此处电容比是指反偏电压最小时的电容与反偏电压最大时的电容之比。因而,电路的调谐特征曲线(偏压一谐振频率)基本上是一条抛物线。

8 、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 —— 150 000μF 之间的铝电解电容器为较常见的规格。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。

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9、浪涌电压保护:开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压,从而对半导体器件起到了保护作用,使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员。

半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的 dv/dt 值,因此,对于这种应用而言,薄膜电容器是恰当之选。不能仅根据电容值 / 电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时,还应考虑所需的 dv/dt 值。

10 、 EMI/RFI 抑制: 这些电容器连接在电源的输入端,以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于直接与主输入线相连,这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。采用塑膜技术的 X- 级和 Y- 级电容器提供了最为廉价的抑制方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小,允许高频电流通过电容器。 X 电容器在线路之间对此电流提供“短路”, Y 电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。

11 、控制和逻辑电路 :各类电容器均可能被应用于电源控制电路中。除非是在恶劣环境条件的要求,否则这些电容器的选择一般都是低电压低损耗的通用型元件。

整流电路的输出电压不是纯粹的直流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波形中含有较大的脉动成分,称为纹波。为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。

常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。

脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量

半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S≈O.67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后,其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。(T为整流输出的直流脉动电压的周期。)



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