首页  »  新闻动态  »  行业资讯

电容的通交流和隔直流是什么?

2023-03-16
MENTRONIX

  电容的基本原理

  电容,和电感、电阻一起,是电子学三大基本无源器件;电容的功能就是以电场能的形式储存电能量。

  以平行板电容器为例,简单介绍下电容的基本原理

1.jpg

  如上图所示,在两块距离较近、相互平行的金属平板上(平板之间为电介质)加载一个直流电压;稳定后,与电压正极相连的金属平板将呈现一定量的正电荷,而与电压负极相连的金属平板将呈现相等量的负电荷;这样,两个金属平板之间就会形成一个静电场,所以电容是以电场能的形式储存电能量,储存的电荷量为Q。

  电容储存的电荷量Q与电压U和自身属性(也就是电容值C)有关,也就是Q=U*C。根据理论推导,平行板电容器的电容公式如下:

  理想电容内部是介质(Dielectric),没有自由电荷,不可能产生电荷移动也就是电流,那么理想电容是如何通交流的呢?

  通交流

  电压可以在电容内部形成一个电场,而交流电压就会产生交变电场。根据麦克斯韦方程组中的全电流定律:

  即电流或变化的电场都可以产生磁场,麦克斯韦将ε(∂E/∂t)定义为位移电流,是一个等效电流,代表着电场的变化。(这里电流代表电流密度,即 J )

  设交流电压为正弦变化,即:

  实际位移电流等于电流密度乘以面积:

  所以电容的容抗为1/ωC,频率很高时,电容容抗会很小,也就是通高频。

  下图是利用ANSYS HFSS仿真的平行板电容器内部的电磁场的变化。

  横截面电场变化

2.jpg

  纵断面磁场变化

3.jpg

  也就是说电容在通交流的时候,内部的电场和磁场在相互转换。

  隔直流

  直流电压不随时间变化,位移电流ε(∂E/∂t)为0,直流分量无法通过。

  实际电容等效模型

  实际电容的特性都是非理想的,有一些寄生效应;因此,需要用一个较为复杂的模型来表示实际电容,常用的等效模型如下:

4.jpg

  ● 由于介质都不是绝对绝缘的,都存在着一定的导电能力;因此,任何电容都存在着漏电流,以等效电阻Rleak表示;

  ● 电容器的导线、电极具有一定的电阻率,电介质存在一定的介电损耗;这些损耗统一以等效串联电阻ESR表示;

  ● 电容器的导线存在着一定的电感,在高频时影响较大,以等效串联电感ESL表示;

  ● 另外,任何介质都存在着一定电滞现象,就是电容在快速放电后,突然断开电压,电容会恢复部分电荷量,以一个串联RC电路表示。

  ● 大多数时候,主要关注电容的ESR和ESL。


  • 快速推送
  • 电解电容在空调中的作用与重要性浅析

    电解电容在空调中的作用与重要性浅析

  • DC-LINK直流支撑电容的耐用程度究竟如何?

    DC-LINK直流支撑电容的耐用程度究竟如何?

  • 聚酯膜电容与CBB电容的功能

    聚酯膜电容与CBB电容的功能