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電容在交流電路中是怎樣工作的?

電容在交流電路中是怎樣工作的?

在電阻中,電子的流動(dòng)與電壓降成正比。那么,向電容施加交流電(AC)會(huì)發(fā)生什么?

向電容施加交流電(AC)會(huì)發(fā)生什么事?電容的行為與電阻不同——在電阻中,電子的流動(dòng)與電壓降成正比;在電容中,在將它充電或放電至新的電壓水平時(shí),它會(huì)通過(guò)吸收或釋放電流來(lái)抵抗電壓的變化。UmDesmc

在對(duì)電容提供直流電(DC)時(shí),只要電源電壓存在,它就會(huì)像個(gè)臨時(shí)儲(chǔ)能器一樣被充電至所加電壓的值,然后無(wú)限期地保持或維持這一電荷。若電壓上有任何的變化,電容中就會(huì)有充電電流流入而抵抗這個(gè)變化,其速率與電容極板上電荷的變化率相等。UmDesmc

如圖1所示,以下研究?jī)H存在電容和交流電源的電路。事實(shí)證明,電流和電壓之間存在90°的相位差,電流到達(dá)峰值比電壓到達(dá)峰值超前90° (1/4周期)。交流電源會(huì)產(chǎn)生振蕩電壓,電容值越大,為了在極板上建立特定的電壓,就必須流動(dòng)越多的電荷,因此電流也就越大。電壓頻率越高,改變電壓可用的時(shí)間就越短,因此電流也就必須更大。因此,電流會(huì)隨著電容和頻率的增加而增加。UmDesmc

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圖1 僅含電容和交流電源的電路及其工作原理。UmDesmc

電容性交流電路

純電容性交流電路是只包含交流電源和電容的電路,如圖2所示。電容直接跨接在交流電源壓的兩端,隨著電源電壓的增加和減少,電容會(huì)隨之進(jìn)行充電和放電。電流將首先以一個(gè)方向流過(guò)電路,然后再以另一個(gè)方向流過(guò),但是,電容實(shí)際上沒(méi)有電流流過(guò)。電子在一個(gè)極板上積聚,然后從一個(gè)極板迅速連續(xù)地排出,給人的感覺(jué)就是,電流流過(guò)了分隔極板的絕緣體。UmDesmc

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圖2 純電容性交流電路。UmDesmc

電容性電抗

電容中流過(guò)的電流與電容兩端電壓的變化率成正比。純電容電路中的容抗對(duì)交流電路中的電流起了阻礙作用。由于與電阻一樣,電抗的計(jì)量單位也是奧姆,因此,為了將之與純電阻值進(jìn)行區(qū)分,電抗用符號(hào)X表示。由于容抗取決于電容的值(以法拉為單位),以及交流波形的頻率,因此可以用下列公式對(duì)其進(jìn)行表示。UmDesmc

該公式顯示,如果將頻率或電容值增大,則總的容抗就會(huì)減小。與理想導(dǎo)體類(lèi)似,當(dāng)頻率接近于無(wú)窮大時(shí),電容的容抗將減小到零。UmDesmc

責(zé)任編輯:Elaine LinUmDesmc

(參考原文:How Capacitors Behave in AC Circuits,by Andrew Carter) UmDesmc

本文同步刊登于EDN Taiwan 2021年2月刊雜志UmDesmc

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