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電容器原理及在電子電路中的應用
來源: 日期:2013-11-13 21:42:29 人氣:標簽:
像電池一樣,電容器也具有兩個電極。在電容器內部,這兩個電極分別連接到被電介質隔開的兩塊金屬板上。電介質可以是空氣、紙張、塑料或其他任何不導電并能防止這兩個金屬極相互接觸的物質。利用兩片鋁箔和一張紙,您就可以輕松地制作一個電容器。盡管您制作的電容器在存儲容量方面不是很理想,然而它確實能夠工作。
電子電路中的電容器如圖所示:
下面讓我們看看在將電容器和電池連接在一起時會發生什么:
電容器上與電池負極相連的金屬板將吸收電池產生的電子。
電容器上與電池正極相連的金屬板將向電池釋放電子。
充電完成后,電容器與電池具有相同的電壓(如果電池電壓是1.5伏特,則電容器電壓也是1.5伏特)。小電容器容量較低,但大電容器可以容納大量電荷。 比如,一個蘇打罐大小的電容器可以容納足夠的電荷,能夠將一個手電筒燈泡點亮幾分鐘。當您看到天空中的閃電時,您看到的是一個巨大的電容器,其中一極是天空的烏云,另一極是大地,而閃電正是烏云和大地這兩個“極”之間的電荷釋放現象。顯然,如此龐大的電容器可以保存大量的電荷!
下面,讓我們假設您按如下方式將電容器連接到電路中:
您有一節電池、一個燈泡和一個電容器。 如果電容器非常大,那么您會看到,在連上電池后,電流從電池流向電容器以便給其充電,此時燈泡將被點亮。燈泡會逐漸變暗, 后,一旦電容器達到其電容量,燈泡將立即熄滅。隨后,您可以取下電池,并用一段導線來取代它。電流將從電容器的一極流向另一極。此時,燈泡將重放光明,然而好景不長,很快燈泡又逐漸黯淡下來。 后,電容器放電完畢(電容器兩極上的電子數相等),燈泡又熄滅了。
電容量的單位是法。容量為1法的電容器可以在1伏特的電壓下存儲1庫侖的電量。1庫侖為6.25e18(6.25*10^18,即 625 億億)個電子。1安培表示每秒鐘流過1庫侖電子的電子流動速率,因此,容量為1法的電容器可以在1伏特的電壓下存儲數量為1安培-秒的電子。
1法的電容器通常相當大。根據電容器的電壓承受能力的不同,它可能會有金槍魚罐頭瓶或1公升的蘇打水瓶那么大。因此,您見到的電容器通常以微法(百萬分之一法)為單位來度量。
要理解1法到底有多大,不妨這樣推算一下:
一節典型的堿性aa電池存儲了大約2.8安培-小時的電量。
這意味著,一節aa電池可以在1.5伏特電壓下產生1小時的2.8安培電流(約4.2瓦特-小時,即一節aa電池可以使一個4瓦特的燈泡持續照明1個小時多一點兒)。
為了計算方便,我們干脆將aa電池的電壓算作1伏特。要在電容器中存儲一節aa電池的能量,需要使用容量為3,600*2.8=10,080法的電容器,因為1安培-小時相當于3600安培-秒。
如果1法電容量需要用金槍魚罐頭瓶大小的電容器來存儲,那么,一節aa電池的體積跟存儲10,080法的電容器的體積相比,簡直就是小巫見大巫了!顯然,除非電容器耐壓能力很高,否則用電容器來存儲大量能量是不切實際的。 電容器與電池之間的不同之處在于:電容器可以瞬時釋放它的全部電量,而電池則需要花費數分鐘才能完全釋放其電量。這正是照相機上的電子閃光燈使用電容器的原因:電池在幾秒鐘內為閃光燈的電容器充滿電,然后電容器幾乎在瞬間將自身所存全部電量釋放到閃光管中。這會使已充電并且容量很大的電容器極其危險,因此,閃光燈和電視機上都有警示信息,提醒人們不要隨意打開它們。它們都含有可能對人體造成致命傷害的大容量電容器。
電容器在電子電路中有幾種用途:
有時,電容器用于存儲電量以便高速釋放。閃光燈用到的就是這一功能。大型激光器也使用此技術來獲得非常明亮的瞬時閃光效果。
電容器還可以消除脈動。如果傳導直流電壓的線路含有脈動或尖峰,大容量電容器可以通過吸收波峰和填充波谷來使電壓變得平穩。
電容器可以阻隔直流。如果將一個較小的電容器連接到電池上,則在電容器充電完成后(電容器容量較小時,瞬間即可完成充電過程),電池的兩極之間將不再有電流通過。然而,任何交流電流(ac)信號都可以暢通無阻地流過電容器。其原因是隨著交流電流的波動,電容器不斷地充放電,就好像交流電流在流動一樣。
電容器的一個比較重要的用途是與電感器一起使用,構成振蕩器。
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