带你完全了解电容！（下）
|
上一篇文章非常详细地讲解了电容的含义，如电容效应、电容元件、电容参数等，在此基础上，这篇文章将延续上一篇的内容，深入讲解电容的更多内容，如电容元件在交流电路和直流电路中的不同、与电容相关的容抗等。
图1-2-1 根据电容参数“C ”的定义，可知电容元件极板上电荷量 q 等于电容 C 乘以极板间电压 u ，即q =Cu 。这说明，在电压相同的情况下，电容 C 越大，电容元件所能容纳(存储)的电荷就越多，存储的电场能量也就越大。那么，电容元件在电路中的电压与电流又是怎样的关系呢?我们往下看。 ▎一、电容参数的交直流电路 由q =Cu ，显然，若电容两端的电压发生改变，其极板上的电荷量也会发生变化(电容C为常数，固定不变)。电荷量的变化，由电荷的移动形成，例如电压变小，极板上的电荷量也要随之减少，换言之，极板上的部分电荷沿导线跑掉了。而电荷的沿导线跑动就是电流。即电容电压的变化，会使得电容上有电流流过，如下图1-2-2所示。
图1-2-2 举一反三，若电容两端的电压不变，极板上的电荷量也就保持不变，所以没有电荷的定向移动，即电容上没有电流流过，这就是电容的隔直作用。 1、电容参数的直流电路 如下图1-2-3所示的直流电路中，开关断开，假设电容极板上的初始电荷量为零，显然，电容两端的初始电压也为零。
图1-2-3 (1)闭合开关S1，电容开始充电，所谓充电，就是电荷逐渐向极板上堆集，电容两端的电压逐渐增大。此时的电容就像一个三天不吃饭的乞丐，开关一闭合瞬间，电容大口吃饭(充电)，电流最大，随着电容吃得越饱，电荷的聚集速度越慢，即电流越小，其曲线如图1-2-4所示。
图1-2-4 这个电容的充电过程很快，直到电容的电压等于电源电压，充电完毕，此时电流也变为零，这就是电容元件的零状态响应，充电过程对应的电路就称为暂态过程。关于更多暂态电路的内容，在这里我就不展开讲啦，因为是真的很难! (2)电容充电完毕后，开关S1打开，显然，电容极板上堆集的电荷无处可走，一直呆在极板上，这表示电容元件一直存储这电场能量。 (3)闭合开关S2，此时电容两极板上的异性电荷就像做扩散运动一样往电阻处跑，然后再电阻处相结合，释放能量!这就是电容元件的放电过程，电压与电流君呈衰减趋势，如图1-2-5所示。
图1-2-5 直流电路中，电容元件的影响主要体现在开关通断期间，电路达到稳态后，电容元件处就相当于开路了。 2、电容参数的交流电路 上文提到，电容两端的电压变化，会产生电流，而在(正弦)交流电路，电压是按正弦规律一直变化的，在这个交变定压的驱使下，电容的电流是一个怎样的变化情况呢? 结合电容的定义与电流的定义，电流是指通过任一截面的电荷变化率，即电荷变化的快慢，在电容元件里，这个电荷其实就是电容极板的电荷量，即图1-2-6所示的Δq /t ，即表示电容极板上的电荷变化的快慢.
图1-2-6 然后极板上的电荷又等于电压乘以电容，即Δq =Cu ，最后得出电容电流等于电容乘以电压变化率，如图1-2-6的公式所示。 经过复杂的计算，可以得出电容元件的电压与电流变化波形如图1-2-7所示。其计算过程我在此不再演示。
图1-2-7 从图1-2-7可以看到，电容电流与电压均按正弦规律变化，且两者周期(频率)相同，电流在想位上超前电压90° 。 既然电压与电流是同频的正弦量，那么它们就可以用有效值来表示，且两者之间可以进行四则运算。而有效值，就不用我再多解释了吧? ▎二、电容元件的容抗 在数值上，将电压有效值除以电流有效值，就可以得到一个与电容C 、角频率 ω (频率f )有关的数，这个数就是传说中的容抗 1/ωC ，如图1-2-8所示。这里 ω 是电源的角频率，可能大部分人不知道这个 ω 是什么，其实它与频率差一个2π的关系，即 ω =2πf ，表示正弦量在每秒内变化了多少个弧度。
图1-2-8 容抗与电源的频率成反比，其关系曲线如图1-2-8所示。这表明，电源的频率越高，电容元件的容抗就越小，若电源电压的有效值不变，随着频率的增大，容抗变小，此时流过电容元件的电流也就越大，这就是所谓的通高频阻低频。 回顾欧姆定律 R=U/I ，电压除以电流等于电阻，电压的单位是伏特(V)，电流的单位是安培(A)，这两个单位相除(V/A)，得到的比值的单位是欧姆(Ω)。同样的，电容元件中，电压有效值除以电流有效值，同样是伏特除以安培，显然得到的容抗的单位也是欧姆。所以容抗的作用其实类似于电阻，即对电流的阻碍作用。
图1-2-9 既然容抗和电阻都是对电流的阻碍作用，那么把它们串联起来，如图1-2-9所示，电容元件和电阻元件就会对电源电压有个分压的作用，谁的欧姆值越大，得到的电压就也多。 而容抗与电源的频率有关，在这里，随着频率的增大，电容两端得到的电压就越小。对于这种现象，我们可以这样理解：电源频率变化越快，电容的充放电速度就越快，当快到一定程度的时候，电容都来不及充电，就又要放电了，这就会造成电容所存储的电荷很少，其两端的电压很小。 另外，关于多个电容元件的串并联知识，在此我也不再讲解，大家感兴趣的，可以运用在这两篇中学到的知识自行分哟~ 虽然文章中没有给出很多的计算、推导过程，但我的目的本来也不是让大家学会这些计算，而是让大家真正的理解电容、容抗、同交隔直等的含义。如果别人问你：电容是什么?容抗是什么?希望你能提交一份完美的答案。 (技成培训网原创，作者：杨思慧，未经授权不得转载，违者必究)
|
