电容器介绍/内部构造/工作原理

什么是电容器：

电容器是电子学中的无源元件之一（不能自行产生能量）。该电容器能够在其中存储电荷，这导致在其端子上产生电压或换句话说的势能。简单地说，它就像一个电池，但它只能暂时储存电量。为了使事情变得有趣，与交流（交流电）相比，它对DC（直流电）的反应不同。我们将在“电容器的工作”部分进一步解释这一点，现在让我们看看电容器是如何构造的。

电容器内部：

电容器的结构非常简单。它由两个导电板组成，如上图所示（板1和板2），其中这两个板相隔一小段距离，中间有绝缘体，也称为电介质。这很像一个三明治，我们有两个导电板和绝缘材料或电介质夹在它们之间。

每个电容都有特定的电容。我们已经知道电容器能够在其极板中存储电荷。该电容决定了它可以存储的最大电荷量。板越大，分离距离越小，电容值就越高。该电容由公式给出

C = Q / V

其中Q是电荷量，V是施加在其上的电压。

法拉德斯：

因此，每个电容器都有一定的电容值。电容的测量单位以法拉为单位。当我们将电容值指定为 1

法拉时，这意味着当一个电压施加在其端子上时，电容器在其导电板上保持 1 库仑的电荷。

电容器工作原理：

现在是时候更深入地了解电容器的工作原理了。如上所述，电容器的作用与交流和直流不同。

直流电容器：

让我们先考虑 DC，看看它对 DC

的反应。最初，电容器将处于放电状态，这意味着其板上的电荷为零。当在其端子上施加直流电压时，电流会流动并为其充电。通过电容器的充电电流的初始流量将非常高。这导致正电荷积聚在一块板上，负电荷积聚在另一块板上。随着电容器板上的电荷增加，由于电荷在其板上积聚，充电电流逐渐减小，并且它抵抗电流的流动。此外，在板上积聚的电荷在板上产生电压的电位差。

充电电流使电容器不断充电，直到产生的电压等于施加在其两端的电压。此时，由于电容器两端产生的电压，充电电流停止流动。在这种情况下，电容器在一个极板中充满正电荷，而在另一个极板中存在等效的负电荷。电容器两端产生的电压通常用Vc表示，电容器将保持该电压Vc，直到其两端的电压存在。一旦提供的电压停止，来自电容器的放电电流就开始流动。此时，电压Vc开始下降，其板上积累的电荷减少。

放电电流在某个时间点后减慢，此时电压降的速度也减慢。一段时间后，电容器电压Vc将达到零，其板上累积的电荷将为零。这种状态被称为电容器的放电状态。现在您可以看到我们将电容器与电池进行比较的原因。

带交流电的电容器：

如前所述，电容器在提供交流电压时的反应不同。当施加直流电压时，电容器仅在一个方向上充电。但是，当施加交流电时，电容器根据其频率交替充电和放电。因此，使用交流电压电容器将继续允许电流无限期地流过它，这与直流电容器在一段时间后阻止电流不同。

有趣的是，当受到交流电压时，通过电容器的充电电流和放电电流取决于施加在其板上的电压的变化。施加交流电时流入电容器的电流往往会将电压引出

90°。请看下图。

考虑在电容器上施加交流电压，初始电压将是最小的，在此瞬间充电电流将是最大的，如上图所示。当电压达到其峰值时，充电电流将为零。达到峰值后，电压将开始降低，放电电流也开始从电容器流出。当交流电压达到零电压完成信号的正半周期时，放电电流将达到最大。一旦信号以负循环开始，放电电流逐渐开始减小，一旦电压达到负半周期的最大值，电流就会达到零。因此，我们可以得出结论，在交流电路中，电流领先电压

90‘ 或电压滞后电流 90°。这通常被描述为电压和电流异相。

电容电抗：

关于交流电路中的电容器，另一个需要了解的关键是它们为交流电路中的电流提供阻力。这被称为电抗，更具体地说是容抗。该电抗由公式给出

Xc = 1 / 2 π FC或 1 / ωC （ ω = 2πF ）

从上式我们可以推断出，容抗随着交流信号频率和电容电容的增加而降低。当信号频率高或接近无穷大时，电抗将接近于零。在这里，电容器就像一个完美的导体。此外，当交流信号的频率变小或接近零时，电抗将非常高，它就像对输入信号的非常大的电阻或开路。