電容分壓器實例講解

分壓電路可以由無功元件構成，就像它們可以用固定值電阻構造一樣容易，但就像電阻電路一樣，電容分壓網(wǎng)絡不受變化的影響在供電頻率下，即使它們使用的電容是電抗元件，因為串聯(lián)鏈中的每個電容都會受到電源頻率變化的影響。

但在我們看一下電容電壓之前分頻器電路更詳細地說，我們需要更多地了解容性電抗以及它如何影響不同頻率的電容。

在我們關于電容器的第一篇教程中，我們看到一個電容器由兩個平行的導電板由絕緣體隔開，并且在一個板上具有正（+）電荷，而在另一個板上具有相反的負（-）電荷。我們還看到，當連接到DC（直流）電源時，一旦電容器完全充電，絕緣體（稱為電介質）就會阻斷通過它的電流。

典型電容器

電容器就像電阻器一樣對抗電流，但與電阻器以熱量形式耗散其不需要的能量不同，電容器在其板上存儲能量當它在放電時充電并釋放或將能量釋放到連接電路中時。

電容器通過在其電路板上存儲電荷來抵抗或“反應”電流的能力稱為“電抗”因為這個電抗與電容有關，所以它被稱為電容電抗（ Xc ），和電阻一樣，電抗也以歐姆為單位測量。

當完全放電的電容器連接在直流電源（如電池或電源）上時，電容器的電抗最初極低且最大電流當電容器板以指數(shù)方式充電時，電流流過電容器很短的時間。

經(jīng)過一段等于約“5RC”或5個時間常數(shù)的時間后，電容器的極板完全充滿電充電等于電源電壓，沒有進一步的電流。此時，電容器對直流電流的電抗在兆歐區(qū)域達到最大值，幾乎是開路，這就是電容器阻斷直流的原因。

現(xiàn)在如果我們連接電容器對于連續(xù)反轉極性的AC（交流電）電源，對電容器的影響是其電路板相對于施加的交流電源電壓連續(xù)充電和放電。這意味著充電和放電電流總是流入和流出電容器板，如果我們有電流，我們還必須具有電抗值來抵抗它。但它的價值是什么以及決定容性電抗值的因素是什么。

在關于電容和電荷的教程中，我們看到了電荷量（ Q ）在電容器板上與電容器的施加電壓和電容值成比例。當施加的交流電源電壓（ Vs ）值不斷變化時，電路板上的電荷也必須改變值。

如果電容器的電容值較大，那么對于給定的電阻，R對電容器充電需要更長的時間τ= RC，這意味著充電電流流動的時間更長。對于給定頻率，較高的電容導致較小的電抗值Xc。

同樣，如果電容器具有較小的電容值，則需要較短的RC時間常數(shù)來對電容器充電，這意味著電流將流動較短的時間。電容越小，電抗值Xc越高。然后我們可以看到更大的電流意味著更小的電抗，而更小的電流意味著更大的電抗。因此，容抗與電容器的電容值成反比，X C α -1 C.

然而，電容并不是決定容抗的唯一因素。如果施加的交流電流處于低頻率，則電抗具有更多的時間來累積給定的RC時間常數(shù)并且反對指示大的電抗值的電流。同樣，如果施加的頻率很高，則在充電和放電循環(huán)之間幾乎沒有時間來建立電抗，并且反對電流導致更大的電流，表明電抗更小。

然后我們可以看到電容器是阻抗，并且該阻抗的大小取決于頻率。因此，較大的頻率意味著較小的電抗，較小的頻率意味著較大的電抗。因此，電容電抗，Xc（其復阻抗）與電容和頻率成反比，容抗的標準公式如下：

電容電抗公式

其中：

Xc =以歐姆表示的電容電抗， （Ω）

π（pi）= 3.142的數(shù)值常數(shù)

? =以赫茲為單位的頻率，（Hz）

C =以法拉為單位的電容，（F）

串聯(lián)電容器中的電壓分布

現(xiàn)在我們已經(jīng)擁有看到對電容器充電和放電電流的反對如何不僅取決于其電容值而且取決于電源的頻率，讓我們看看它如何影響串聯(lián)連接的兩個電容器，形成一個電容分壓器電路。

電容分壓器

考慮兩個電容， C1 和 C2 在s中連接在10伏的交替供電中。由于兩個電容串聯(lián)，它們上的電荷 Q 是相同的，但它們之間的電壓將不同并且與它們的電容值有關，如 V = Q / C 。

分壓器電路可以由無功元件構成，就像它們可以由電阻構成一樣容易，因為它們都遵循分壓器規(guī)則。以此電容分壓電路為例。

每個電容兩端的電壓可以通過多種方式計算得出。一種方法是找到每個電容器的容抗，總電路阻抗，電路電流，然后用它們來計算電壓降，例如：

電容分壓器實例No1

在上述串聯(lián)電路中使用10uF和22uF的兩個電容，計算每個電容器在80Hz時的10伏均方根電壓下的均方根電壓降。

10uF的電容電抗電容器

22uF電容器的電容電抗

串聯(lián)電路的總容性電抗 - 注意串聯(lián)的電抗就像電阻串聯(lián)一樣加在一起。

或：

電路電流

然后串聯(lián)電容分壓器中每個電容的電壓降將為：

當電容值不同時，較小值的電容器將自身充電至比較大值的電容器更高的電壓，在上面的例子中，它分別為6.9和3.1伏。由于基爾霍夫電壓定律適用于此電路和每個串聯(lián)電路，因此各個電壓降的總和將等于電源電壓的值， V S 和6.9 + 3.1確實等于10伏。

注意，無論電源頻率如何，串聯(lián)電容分壓電路中連接的兩個電容兩端的電壓降比率始終保持不變。然后，即使供電頻率從80Hz增加到8000Hz，我們的簡單示例中的兩個6.9伏和3.1伏的電壓降也將保持不變。

電容分壓器示例No2

使用相同的兩個電容器，計算8,000Hz（8kHz）的電容電壓降。

雖然兩個電容器兩端的電壓比可以保持不變，但隨著電源頻率的增加，組合的容抗電阻會減小，因此總電路阻抗也會減小。阻抗的減小導致更多的電流流動。例如，在80Hz時，我們計算出上面的電路電流約為34.5mA，但在8kHz時，電源電流增加到3.45A，增加了100倍。因此，流經(jīng)電容分壓器的電流與頻率或Iα成正比。

我們在這里看到電容分壓器是串聯(lián)電容器的網(wǎng)絡，每個電容器都是它上面有一個交流電壓降。由于電容分壓器使用電容器的容抗值來確定實際電壓降，因此它們只能用于頻率驅動電源，因此不能用作直流分壓器。這主要是因為電容器阻斷了直流，因此沒有電流流過。

電容分壓電路用于各種電子應用，從科爾皮茲振蕩器到改變輸出的電容式觸摸屏當被人的手指觸摸時，電壓被用作降低高壓的電源變壓器的廉價替代品，例如在使用低壓電子設備或IC等的電源連接電路中。

因為我們現(xiàn)在知道，兩個電容器的電抗隨頻率變化（以相同的速率），因此電容分壓器電路上的分壓將始終保持不變，保持穩(wěn)定的分壓器。