在分壓器電路中,電源電壓或電路電壓平均分布在電路中的所有元件之間,具體取決于這些元件的容量。
電容分壓電路的結構與電阻分壓電路相同。但與電阻器一樣,容性分壓器電路即使使用無功元件,也不會受到頻率變化的影響。
電容器是一種無源元件,可將電能存儲在金屬板中。電容器有兩個極板,這兩個極板由非導電或絕緣材料隔開,例如稱為“電介質”。
在這里,正電荷存儲在一個板上,負電荷存儲在另一個板上。
當直流電流施加到電容器上時,它會完全充電。極板之間的介電材料充當絕緣體,并且還反對流過電容器的電流。
這種對通過電容器的電源電流的反對稱為電抗(XC) 的電容器。電容電抗也以歐姆為單位。
充滿電的電容器充當能量源,因為電容器存儲能量并將其放電到電路組件。
如果向電容器施加交流電流,則電容器通過其極板連續充電和放電電流。此時,電容器還具有電抗,其根據電源頻率而變化。
我們知道,存儲在電容器中的電荷取決于電源電壓和電容器的電容。
同樣,電抗也取決于某些參數,現在我們看到影響電容器電抗的參數。
如果電容器的電容值較小,則為電容器充電所需的時間較少,即需要較小的RC時間常數。同樣,對于較大的電容值,RC時間常數也很高。
由此我們觀察到,電容值較大的電容器具有較小的電抗值,而較小的電容值電容器具有較大的電抗值。即電容器的電抗與電容器的電容值成反比。
XC∝ 1/C
如果施加電流的頻率較低,則電容器的充電時間增加,表明電抗值高。同樣,如果施加電流的頻率很高,則電容器的電抗較低。
由此我們可以觀察到電容器的電抗與頻率成反比。
最后,我們可以說,電抗(XC) 與頻率 (f) 和電容值 (C) 成反比。
XC∝ 1/F
容抗公式
我們已經知道,容抗與電容器的頻率和電容值成反比。因此電抗公式為
XC= 1/2πfC
這里
XC= 電容器的電抗,單位為歐姆 (Ω)
f = 以赫茲為單位的頻率 (HZ)
C = 電容器的電容,單位為法拉 (F)
π = 數字常量 (22/7 = 3.142)
串聯電容器中的電壓分布
如果電容器串聯連接,則計算電容器之間的電壓分布。因為電容器根據串聯中的電容值具有不同的電壓值。
電容器的電抗與電流相反,取決于電容值和外加電流的頻率。
所以現在讓我們看看電抗如何影響電容器,通過計算頻率和電容值。下面的電路顯示了電容分壓器電路,其中2個電容器串聯在一起。
電容式分壓器
串聯的兩個電容器的電容值分別為10uF和22uF。這里的電路電壓為10V,該電壓分布在兩個電容器之間。
在串聯連接中,所有電容器上都有相同的電荷(Q),但電源電壓(VS) 對于所有電容器都不相同。
電路電壓由電容器共享,具體取決于電容器的電容值。以 V = Q/C 的比率。
根據這些值,我們必須計算電抗(XC)通過使用電容器的頻率和電容值來計算每個電容器。
電容分壓器示例No1
現在,我們將計算上圖中給出的電容器10uF和22uF的電壓分布,這些電容器具有10V電源電壓和40HZ頻率。
10uF電容電抗,
XC1= 1/2πfC1 = 1/(23.142401010-6) = 400Ω
22uF電容電抗,
XC2 = 1/2πfC2 = 1/(23.142402210-6) = 180Ω
電路的總容抗為,
XC= XC1* YC2= 400? + 180? = 580?
CT= C1C2/(C1+C2) = (102210-12)/(32*10-6) = 6.88uF
X電腦斷層掃描= 1/2πfCT= 1/(23.142406.8810-6) = 580?
電路中的電流為,
I = V/XC= 10V/580Ω = 17.2mA
現在,每個電容器兩端的壓降為,
VC1= IXC1= 17.2mA400Ω = 6.9V
VC2= IXC2=17.2mA180Ω = 3.1V
電容分壓器示例No2
現在我們計算串聯連接的電容器10uF和22uF上的壓降,它們以10HZ(4000KHZ)頻率的4V電源電壓工作。
10uF電容電抗,
XC1= 1/2πfC1 = 1/(23.14240001010-6) = 4Ω
22uF電容電抗,
XC2 = 1/2πfC2 = 1/(23.14240002210-6) = 1.8Ω
電路的總容抗為,
XC= XC1* YC2= 4?+1.8? = 5.8?
CT= C1C2/(C1+C2) = (102210-12)/(32*10-6) = 6.88uF
X電腦斷層掃描= 1/2πfCT= 1/(23.14240006.8810-6) = 5.8?
電路中的電流為,
I = V/X電腦斷層掃描= 10V/5.8Ω = 1.72A
現在,每個電容器兩端的壓降為,
VC1= IXC1= 1.72A4Ω = 6.9V
VC2= IXC2= 1.72A1.8Ω = 3.1V
從上述兩個例子中我們可以得出結論,低值電容器(10uF)將充電到更高的電壓(6.9V),而較高值的電容器(22uF)將自身充電到較低的電壓電平(3.1V)。
最后,兩個電容壓降值之和等于電源電壓(即6.9V+3.1V=10V)。這些電壓值對于所有頻率值都是相同的,因為壓降與頻率無關。
在頻率不同的兩個示例中,兩個電容器的壓降相同。頻率為40HZ或40KHZ,兩種情況下電容器兩端的壓降相同。
流過電路的電流根據頻率而變化。電流會隨著頻率的增加而增加,17HZ頻率為2.40mA,頻率1KHZ為72.4A,即通過將頻率100HZ增加到4KHZ,電流將增加近4倍。
最后,我們可以說流過電路的電流與頻率(I α f)成正比。
總結
電容器中電流的對立稱為電容器的電抗(XC)。該容抗受電容值、電源電壓頻率等參數的影響,并且這些值與電抗成反比。
交流分壓器電路將根據電容值將電源電壓分配給所有電容器。
對于任何頻率的電源電壓,電容器的這些壓降都是相同的。即電容器兩端的壓降與頻率無關。
但是電流取決于頻率,而且這兩者彼此成正比。
但在直流分壓器電路中,計算電容器兩端的壓降并非易事,因為它取決于電抗值,因為電容器在充滿電后會阻止直流電流流過它。
電容分壓器電路用于大型電子應用。主要用于電容式敏感屏幕,當被人的手指觸摸時會改變其輸出電壓。
并且還用于變壓器中以增加壓降,其中通常市電變壓器包含低壓降芯片和組件。
最后要說的是,在分壓器電路中,電容器兩端的壓降對于所有頻率值都是相同的。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:電容式分壓器
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