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技術文章:電容在交流電路中是如何工作的

2021-02-19 來源:eeweb

在電阻中,電子的流動與電壓降成正比。那么,向電容施加交流電(AC)會發生什么?

 

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

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

 

如圖1所示,以下研究僅存在電容和交流電源的電路。事實證明,電流和電壓之間存在90°的相位差,電流到達峰值比電壓到達峰值超前90° (1/4周期)。交流電源會產生振蕩電壓,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,改變電壓可用的時間就越短,因此電流也就必須更大。因此,電流會隨著電容和頻率的增加而增加。

 

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圖1 僅含電容和交流電源的電路及其工作原理。

 

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,電容會隨之進行充電和放電。電流將首先以一個方向流過電路,然后再以另一個方向流過,但是,電容實際上沒有電流流過。電子在一個極板上積聚,然后從一個極板迅速連續地排出,給人的感覺就是,電流流過了分隔極板的絕緣體。

 

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電容性電抗

 

電容中流過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,電抗的計量單位也是奧姆,因此,為了將之與純電阻值進行區分,電抗用符號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其進行表示。

 

該公式顯示,如果將頻率或電容值增大,則總的容抗就會減小。與理想導體類似,當頻率接近于無窮大時,電容的容抗將減小到零。


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