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詳細分析電容的原理和性質(zhì)

發(fā)布時間:2022-06-10

探索電容的原理和性質(zhì),以分析電容在電路中的適當(dāng)數(shù)學(xué)模型。


(1)電容定義


電容決定:C=εS/(4πkd)


注意:電容C由電容器本身的結(jié)構(gòu)因素決定Q、U無關(guān)。


電容器是描述電容器儲存電荷能力的物理量。


4. Xc=1/(2πfC) (Xc 1


(2)電容一般結(jié)構(gòu)模型


電容器主要由金屬片、電介質(zhì)、導(dǎo)電聚合物組成。


1) 金屬片通常是正電荷在電路上積累的陽極一側(cè);


2) 電介質(zhì)是隔離正負電荷流通的絕緣(不是絕對的);


3) 負極通常是導(dǎo)電聚合物。


(3)電解電容內(nèi)的實物圖,拆解見識


有這樣的工作經(jīng)驗,客戶的電線和電解電容器靠在一起,電容器的絕緣皮在高溫下熔化,電容器的鋁殼泄漏。供應(yīng)商的銷售經(jīng)理說,其中一個鋁殼與負極連接(我測量過它不是直接導(dǎo)通的,有2個V左右電壓,后來工作時外殼被電過),第二根電線不要噴到電容器外圍,或者電容器要做兩層絕緣。后來找到了供應(yīng)商技術(shù)部長。部長建議電容器不允許高溫烘烤,即使可以正常使用,也要更換。PCB最好在焊盤上加絕緣墊片。


為了探索電容器的原理,拆除了幾個電容器,里面有化學(xué)味道,里面的結(jié)構(gòu)與圖2所示的基本相同。


(4)電容性質(zhì)


1.零電勢時,電容的陽極和陰極不帶電,呈中性。


2.當(dāng)有電位差時,高電位指向低電位(高至低流),正電荷不移動,電子從高電位移動到低電位。此時,由于電介質(zhì)絕緣阻礙了電容器陽極與陰極內(nèi)層之間的電子穿透,陽極的電子被驅(qū)趕通過電纜進入陰極,陰極的電子被積累。此時,陽極呈正電,陰極呈負電。


3.電容器兩端的充放電時間加上電勢差,Uo=Ui-Ui*e^(-t/(RC)),RC是積分時間的常數(shù)。Uo=Ui*95%(估計95%-98%)是充足的時間,通常在工作中選擇3RC-4RC充滿電時間。這里軟件仿真充電為5.03ms = 5RC=5*1000*10,是5倍,放電時間是2.5倍。


4.電流超前電壓90°。(軟件:LTspice)


5.電容器兩端的電壓不會突變。電容器的充放電與電勢差有關(guān)。一旦充電飽和,電容器將不再充電(直接交叉),并通過不同的充放電形式輸出不同的波形。電容器充電過程不等于短路,充電后不等于開路


6.電容器的內(nèi)層結(jié)構(gòu)是絕緣的,但由于工藝性能、電介質(zhì)的極化效益和離子漂移,電容器內(nèi)部通過的電流較少,應(yīng)為電路上的漏電流。


7.電容器種類繁多,材料不同,有時電容器差異很大。


8.普通貼片電容的寄生電感主要由幾個方面組成:


(1)由于電容器需要通過引線與電路連接,由引線帶來的寄生電感;


(2)由于電極表面的電流,電流必然會帶來電感,使電極表面分布有串聯(lián)電感(ESL);


(3)材料介電損耗引起的電感。


9.集成電路可視為等效電流或電壓源。為了降低噪音,電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗應(yīng)盡可能小。在一定頻率范圍內(nèi),增加去耦電容可以有效降低網(wǎng)絡(luò)阻抗。然而,在實際應(yīng)用中,由于電容器固有的寄生電感和電阻,這些寄生參數(shù)會隨著頻率的增加而增加,特別是在高頻高速工作狀態(tài)下,電容器的退耦甚至?xí)?。通常,電容器越大,體積越大,寄生電感越大。為了降低電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗,理想的去耦電容是電容值越大越好,寄生電感越小越好,體積越小越好,有利于靠近集成電路的電源和接地入口。


理論上,論上,電容器不產(chǎn)生或消耗能量。它是一種儲能元件。事實上,它是加熱的。不同產(chǎn)品的加熱量自然不同。我以前在烤箱的過程中測量過40攝氏度的溫度。


11.電容器可以提高效率和功率因數(shù)。LCC電路、拓撲變壓器泄漏和電容器可以形成諧振電路,當(dāng)然,更多的電容器和電感器可以,看看如何計算。減少損失,提高效率,根據(jù)能量守恒和固定積分分析,如果在關(guān)閉過程中,如果電壓和電流是最小值投影到該區(qū)域,它們的面積將更小,損失將更小。如果在導(dǎo)通過程中,如果電壓和電流是最大值投影到該區(qū)域,它們的面積將更大,能量轉(zhuǎn)換將更有效。其次,如感性負載、感性負載電壓先進、電容電流先進補償,最終使電壓和電流投影面積更大,減少不必要的無功功率,提高功率因數(shù)學(xué)理論100%滿足,但實際限制,經(jīng)??吹疆a(chǎn)品為0.85。


12.電容器必須有泄漏電流,沒有電介質(zhì)是完全絕緣的。如果泄漏電流過大,可能會出現(xiàn)雪崩現(xiàn)象。如果電容器失效甚至短路,將使用前面的電路串聯(lián)3V/歐姆電阻阻抗匹配。


(5)電容放置位置不同,名稱也不同


1 去耦,在電源輸出端并聯(lián)一個合適的電容,就像水庫的緩沖一樣,可以大大降低負載波動對電源的影響,即退耦。


諧振電路由單片機外部無源晶振和負載電容組成,為單片機提供時鐘信號。


3 移相,全橋ZVS拓撲結(jié)構(gòu)。


4 旁路,IC104或105電容器旁邊的電源。


5 濾波器、射頻電路、高頻信號串聯(lián)電容,如基本組成LPF、HPF、BPF、BEF濾波電路等。


6 儲能,超級電容斷電后保持續(xù)能。


等等。


(6)電容應(yīng)用


當(dāng)供能不足時,電流上升時,電壓會降低。


1、地和大地PE并聯(lián)電阻和電容。102、103 1KV 1M經(jīng)典配置。


2、104、105、106,放置位置優(yōu)先過濾高頻。


三、相位補償、功率補償?shù)取?br />

總結(jié):


1.一般來說,電容器的內(nèi)部模型概念有兩個容器存電能,中間絕緣,理論上沒有電子通道,受電場影響。工作是一個充放電的過程。

2、充放電公式:Uo=Ui-Ui*e^(-t/(RC))。

3、Xc=1/(2πfC) (Xc是容抗)。

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