新利體育luck18：電子元器件

發(fā)布日期：2024-12-09 19:32 瀏覽次數(shù)：

和儲存電荷一樣，不通直流而通交流也是電容器的重要功能，在電路中發(fā)揮著各種各樣的作用。因為電子設(shè)備故障等因素而出現(xiàn)的噪聲，其大多數(shù)是由高頻率的交流電導(dǎo)致的。作為消除噪聲用的元件，電容器是不可或缺的。
電容器的構(gòu)造是被絕緣體（空氣或電介質(zhì)）隔開的電極板。不通直流電很好理解，但通交流電是怎么做到的呢？

電容器的電介質(zhì)（絕緣體）能通電流嗎？
電場變化等于電流流動
交流電頻率越高越容易通過電容器
電容器成為噪聲消除元件的原因
電感器和電容器可組合成各種LC濾波器
耦合電容器、旁路電容器、去耦電容器

電容器能阻斷直流電是很好理解的事情51漫畫。比如將作為直流電源的干電池與電容器連接后，一瞬間還能通電，但很快電流就會斷開。這是因為直流電源會向電容器充入大量電荷，直至靜電容量被充滿，之后電容器就不通直流電了51漫畫。電容器的電極板被絕緣體（空氣或電介質(zhì)）隔開，因此只要不破壞絕緣狀態(tài)，電容器內(nèi)部就無法流通直流電。也就是說，電容器會阻斷直流電。那么，為什么電容器能通交流電呢？

新利體育luck18：電子元器件(圖2)

交流電的正負(fù)和電極會規(guī)律地變化。電容器只要配合相互變化的電極來反復(fù)地充放電，就能通交流電。

讓我們用電磁學(xué)的基本法則來說明這點(diǎn)。在導(dǎo)線中通電后，根據(jù)電流方向，會形成逆時針方向的磁感線（奧斯特所發(fā)現(xiàn)的電流的磁現(xiàn)象），電流方向變化的話，磁感線的方向也會變化。

那么，將電容器連接到交流電源時，會發(fā)生什么呢？隨著電流方向的交替變化，電極板之間的電場方向也交替變化。電場變化產(chǎn)生磁場，這就相當(dāng)于有電流流動（麥克斯韋電磁理論）。由此，即使在身為絕緣體的電容器電介質(zhì)內(nèi)部，也可以認(rèn)為有電流在交替流動。以此，電容器通交流電的原理就得到了解釋。不過，電流并不是像在導(dǎo)線中那樣，流過了電容器的電介質(zhì)。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貋碚f，導(dǎo)線中流動的電流是傳導(dǎo)電流，絕緣體中流動的是位移電流。

電壓（V）=電阻（R）×電流（I）——這是中學(xué)理科所學(xué)到的著名的歐姆定理。這個定理也適用于電阻中流動的交流電。電容器也會對交流電產(chǎn)生類似電阻的效果。這被稱為電容電抗。不過，并不是所有交流電都會以相同狀態(tài)流經(jīng)電容器，電容器的電容電抗與交流電的頻率成反比。

以公式來表達(dá)的話，電容電抗（Xc）=1/（2πfC）。f為交流電頻率，C為電容器的靜電容量。也就是說，頻率越高，或靜電容量越大，電容器對交流電的電阻（電容電抗）就越小，電流越容易通過。

用于消除噪聲的電容器利用了“頻率越高，電流越容易通過”的性質(zhì)。大部分的噪聲屬于集聚起來的高頻交流電，采用便于交流電流動的電容器，就能減少噪聲。

例如，熒光燈點(diǎn)亮和收音機(jī)的雜音就屬于電流噪聲。熒光燈點(diǎn)亮所需的高電壓（稱作啟動電壓），是由作為穩(wěn)定器的線圈和輝光啟動器的接觸點(diǎn)開閉來制造的。按下開關(guān)后，輝光啟動器的接觸點(diǎn)開始反復(fù)開閉，電流就一會兒流動、一會兒消失。這樣劇烈的電流變化會造成高頻電流，導(dǎo)致噪聲，并干擾收音機(jī)的信號接收，產(chǎn)生雜音。為了消除噪聲，就會在輝光啟動器旁邊并聯(lián)一個電容器。電容器具有“頻率越高，電流越容易通過”的性質(zhì)，因此噪聲會流經(jīng)電容器，從而減少流出到外部的噪聲。

不過，噪聲也分為多種類型，只靠電容器是無法完全消除的。在依靠微電流/電壓運(yùn)行的電路中，噪聲是導(dǎo)致運(yùn)行錯誤或故障等問題的原因之一。為此，就需要將電容器與電感器組合起來，制成各種濾波器，或營造電磁屏蔽，應(yīng)對細(xì)小的噪聲。

阻斷直流、頻率越高的交流越容易通過的這一電容器的性質(zhì)，在電路中發(fā)揮著多種作用。最基本的就是由電容器與電阻組合而成的電路。

將電容器并聯(lián)在電路中，并串聯(lián)電阻時，交流電頻率越高，就會越容易流入接地。這就是所謂的低通濾波器（LPF），能夠削減高頻部分的電流，而通行低頻部分（下圖左）。

相對的，將電容器串聯(lián)，并將電阻并聯(lián)時，就能阻斷直流部分，而頻率越高的電流越容易通行。這就是所謂的高通濾波器（HPF），能夠削減低頻部分的電流，而通行高頻部分（下圖右）。

實(shí)際上的低通濾波器和高通濾波器會采用電感器（線圈）來代替電阻，以更加陡峭的曲線來增強(qiáng)這種頻率特性。此外，還存在僅通行特定頻率范圍的帶通濾波器（BPF）等類型。這些由電感器（L）和電容器（C）組合而成的濾波電路被統(tǒng)稱為LC濾波器。

新利體育luck18：電子元器件(圖6)

在集成電路中，經(jīng)常會使用耦合電容器、旁路電容器、去耦電容器之類的電容器。

以下圖所示的模擬電路為例，電流會受到晶體管的增幅，微弱的信號電流（交流）會被重疊為直流電壓，再送入下一段電路。不過，每一段電路的運(yùn)行條件有所不同，因此需要阻斷直流電流，僅讓信號電流通過，于是就插入了電容器。這就叫做耦合電容器。

旁路電容器的目的是讓噪聲等交流成分流入地面（旁路），也可以簡稱為旁控。下圖是在電源-GND直接插入的情況。讓重疊在直流電源上的噪聲流入旁路，從而為晶體管提供穩(wěn)定的電源電壓。此外，若供應(yīng)給集成電路的電源電壓有變動，電路的運(yùn)行會不穩(wěn)定。為了防止這點(diǎn)，集成電路的電源和地面之間也插入了電容器（下圖）。這也算是旁路電容器。因為是阻斷交流，僅通行直流，它也被稱為去耦電容器，即耦合的反義。為了在更廣的頻率范圍內(nèi)強(qiáng)化電容器特性，這里并聯(lián)了具有大容量和優(yōu)秀高頻性能的積層陶瓷貼片電容器。

新利體育luck18：電子元器件(圖8)