電容器介紹/內部構造/工作原理

什么是電容器：

電容器是電子學中的無源元件之一（不能自行產生能量）。該電容器能夠在其中存儲電荷，這導致在其端子上產生電壓或換句話說的勢能。簡單地說，它就像一個電池，但它只能暫時儲存電量。為了使事情變得有趣，與交流（交流電）相比，它對DC（直流電）的反應不同。我們將在“電容器的工作”部分進一步解釋這一點，現在讓我們看看電容器是如何構造的。

電容器內部：

電容器的結構非常簡單。它由兩個導電板組成，如上圖所示（板1和板2），其中這兩個板相隔一小段距離，中間有絕緣體，也稱為電介質。這很像一個三明治，我們有兩個導電板和絕緣材料或電介質夾在它們之間。

每個電容都有特定的電容。我們已經知道電容器能夠在其極板中存儲電荷。該電容決定了它可以存儲的最大電荷量。板越大，分離距離越小，電容值就越高。該電容由公式給出

C = Q / V

其中Q是電荷量，V是施加在其上的電壓。

法拉德斯：

因此，每個電容器都有一定的電容值。電容的測量單位以法拉為單位。當我們將電容值指定為 1

法拉時，這意味著當一個電壓施加在其端子上時，電容器在其導電板上保持 1 庫侖的電荷。

電容器工作原理：

現在是時候更深入地了解電容器的工作原理了。如上所述，電容器的作用與交流和直流不同。

直流電容器：

讓我們先考慮 DC，看看它對 DC

的反應。最初，電容器將處于放電狀態，這意味著其板上的電荷為零。當在其端子上施加直流電壓時，電流會流動并為其充電。通過電容器的充電電流的初始流量將非常高。這導致正電荷積聚在一塊板上，負電荷積聚在另一塊板上。隨著電容器板上的電荷增加，由于電荷在其板上積聚，充電電流逐漸減小，并且它抵抗電流的流動。此外，在板上積聚的電荷在板上產生電壓的電位差。

充電電流使電容器不斷充電，直到產生的電壓等于施加在其兩端的電壓。此時，由于電容器兩端產生的電壓，充電電流停止流動。在這種情況下，電容器在一個極板中充滿正電荷，而在另一個極板中存在等效的負電荷。電容器兩端產生的電壓通常用Vc表示，電容器將保持該電壓Vc，直到其兩端的電壓存在。一旦提供的電壓停止，來自電容器的放電電流就開始流動。此時，電壓Vc開始下降，其板上積累的電荷減少。

放電電流在某個時間點后減慢，此時電壓降的速度也減慢。一段時間后，電容器電壓Vc將達到零，其板上累積的電荷將為零。這種狀態被稱為電容器的放電狀態?，F在您可以看到我們將電容器與電池進行比較的原因。

帶交流電的電容器：

如前所述，電容器在提供交流電壓時的反應不同。當施加直流電壓時，電容器僅在一個方向上充電。但是，當施加交流電時，電容器根據其頻率交替充電和放電。因此，使用交流電壓電容器將繼續允許電流無限期地流過它，這與直流電容器在一段時間后阻止電流不同。

有趣的是，當受到交流電壓時，通過電容器的充電電流和放電電流取決于施加在其板上的電壓的變化。施加交流電時流入電容器的電流往往會將電壓引出

90°。請看下圖。

考慮在電容器上施加交流電壓，初始電壓將是最小的，在此瞬間充電電流將是最大的，如上圖所示。當電壓達到其峰值時，充電電流將為零。達到峰值后，電壓將開始降低，放電電流也開始從電容器流出。當交流電壓達到零電壓完成信號的正半周期時，放電電流將達到最大。一旦信號以負循環開始，放電電流逐漸開始減小，一旦電壓達到負半周期的最大值，電流就會達到零。因此，我們可以得出結論，在交流電路中，電流領先電壓

90‘ 或電壓滯后電流 90°。這通常被描述為電壓和電流異相。

電容電抗：

關于交流電路中的電容器，另一個需要了解的關鍵是它們為交流電路中的電流提供阻力。這被稱為電抗，更具體地說是容抗。該電抗由公式給出

Xc = 1 / 2 π FC或 1 / ωC （ ω = 2πF ）

從上式我們可以推斷出，容抗隨著交流信號頻率和電容電容的增加而降低。當信號頻率高或接近無窮大時，電抗將接近于零。在這里，電容器就像一個完美的導體。此外，當交流信號的頻率變小或接近零時，電抗將非常高，它就像對輸入信號的非常大的電阻或開路。