理论教育 电容器主要特性分析与优化

电容器主要特性分析与优化

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2-23 电容器隔直通交特性示意图通过波形分解可知,Ui所示的信号波形由一个直流电压U1和一个交流电压U2复合而成,这给下一步的电路分析提供很大的帮助。

电容器主要特性分析与优化

1.电容器充电特性

图2-21所示是直流电源对电容器充电示意图。电路中的E1为直流电源,为电路提供直流工作电压。R1电阻C1为电容,S1为开关。

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图2-21 直流电源对电容器充电示意图

掌握直流电源对电容器的充电过程,是为了更好地掌握电容器对直流电的反应特性。表2-26 所示是充电过程说明。

表2-26 充电过程说明

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2.电容器交流电源充电和放电特性

图2-22所示是交流电源对电容器充电和放电示意图。Us是交流信号源,设为正弦信号。分析交流电源对电容充电时,要将交流电压分成正、负两个半周进行。

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图2-22 交流电源对电容器充电和放电示意图

表2-27所示是交流电正、负半周充电分析。

3.电容器隔直通交特性

重要提示

隔直通交特性就是电容器的隔直特性与通交特性叠加。

电容在直流电路中,由于直流电压方向不变,对电容的充电方向始终不变,待电容器充满电荷之后,电路中便无电流的流动,所以电容具有隔直作用。

表2-27 交流电正、负半周充电分析

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电容器的隔直和通交作用往往联系起来,即电容器具有隔直通交作用。图2-23所示是电容器隔直通交特性示意图。输入信号Ui是一个由直流电压U1(图中虚线)和交流电压U2(图中实线)复合而成的信号,U1U2相加得到输入信号Ui波形。电路分析过程中,借助于信号波形能够方便地理解电路的工作原理。

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图2-23 电容器隔直通交特性示意图

通过波形分解可知,Ui所示的信号波形由一个直流电压U1和一个交流电压U2复合而成,这给下一步的电路分析提供很大的帮助。输入信号Ui加到电路中,分析分成直流和交流两种情况,如表2-28所示。

表2-28 直流和交流两种情况分析

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4.电容通交流等效理解方法(www.daowen.com)

在分析电容交流电路时,如果采用充电和放电的分析方法那是十分复杂的,且不容易理解,所以要采用等效分析方法,很简捷,电路分析中大量采用这种分析方法,必须牢牢掌握。

图2-24所示,电容器C1两极板之间绝缘,交流电流不能直接通过两极板构成回路,只是由于交流电流的充电方向不断改变,使电路中有持续的交流电流流过,等效成C1能够让交流电流通过。

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图2-24 交流电通过电容示意图

重要提示

实际上交流电流并不是从两极板之间直接通过,电路分析中为了方便起见,将电容器看成一个能够直接通过交流电流的元件。

5.电容器容抗特性

重要提示

电容让交流电通过时对交流电流存在着阻碍作用,就同电阻阻碍电流一样,所以在大多数的电路分析中,可以将电容在电路中的作用当作一个“特殊”电阻来等效理解,称为容抗。在交流电的频率不同和电容器容量大小不同的情况下,电容器对交流电的阻碍作用——容抗也不同。

电容器的容抗用Xc表示,容抗Xc的大小由如下公式计算,通过这一计算公式可以更为全面地理解容抗与频率、容量之间的关系:

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式中,2π为常数;f为交流信号的频率(Hz);C为电容器的容量(F)。

根据上述原理可以将电容等效成一个“电阻”(当然是一个受频率高低、容量大小影响的特殊电阻),如图2-25所示。这时可以用分析电阻电路的一套方法来理解电容电路的工作原理,这是电路分析中常用的等效理解方法。等效理解目的是为了方便电路分析和对工作原理的理解。

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图2-25 电容器容抗等效电路

表2-29所示是容抗、频率、容量三者之间关系。

表2-29 容抗、频率、容量三者之间关系小结

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容抗与频率、容量相关,图2-26所示是频率一定时容抗与容量之间关系的示意图。

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图2-26 频率一定时容抗与容量之间关系的示意图

容量一定时容抗与频率之间关系的示意图,如图2-27所示。

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图2-27 容量一定时容抗与频率之间关系的示意图

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