題:
電容器如何阻擋直流電?
Arun M
2011-08-16 20:36:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我對此感到困惑!電容器如何阻擋直流電?

  • 我已經看到許多電路使用由直流電源供電的電容器。因此,如果電容器阻塞了DC,為什麼還要在此類電路中使用它?
  • 此外,額定電壓也被稱為電容器上的DC值。它代表什麼?
如果將直流電源應用於電容器,則它將通過直流即可。 (當然,電壓會增加直到蓋子爆炸……)
如果將直流電壓施加到電容器,則一開始它完全不會被阻塞。最終,電容器被充電並輸出低直流電。那時沒有電流流過。
九 答案:
Ian Boyd
2011-08-18 05:49:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我認為了解 電容器在允許AC(交流電)的同時如何阻止DC(直流電)將很有幫助。

讓我們從最簡單的DC電源開始,電池:

just a battery

當此電池用於供電時,電子被拉入 + 電池的側面,並推出-側面。

讓我們將一些電線連接到電池上:

a battery with wires attached

這裡仍然沒有完整的電路(電線不會走到任何地方) ,因此沒有電流。

但這並不意味著沒有任何電流。您會看到,銅線金屬中的原子由被電子包圍的銅原子核組成。可以將銅線視為正銅離子,並且電子會在周圍浮動:

illustration of copper ions with electrons

注意:使用符號 e - sup> 表示電子

在金屬中,很容易將電子推向周圍。在我們的情況下,我們裝有電池。它實際上可以從導線中吸出一些電子:

movement of an electron from the wire

連接到正極的導線電池的一側有電子從其中吸出。然後將這些電子從電池的側推入連接到負側的導線中。

請注意,電池不能去除所有電子。電子通常被它們留下的正離子吸引。因此很難除去所有電子。

最後,我們的紅線將帶有輕微正電荷(因為它缺少電子),黑線將具有輕微負電荷(因為它帶有多餘的電子)。

flow of current due to charge in the wires

因此,當您首次將電池連接到這些電線時,只會流過一小部分電流。電池不能移動太多電子,因此電流會短暫地流過,然後停止。

如果斷開電池連接,將其翻轉,並將其重新連接:黑色導線中的電子將被吸入電池並被推入紅色導線中。再次,只有極少量的電流流動,然後它將停止。


僅使用兩根導線的問題是我們沒有太多的電子欺壓。我們需要的是大量的電子可玩-大量的金屬。這就是電容器的含義:每條導線的末端都附著有一大塊金屬。

有了這大塊金屬,我們可以輕鬆推動更多的電子。現在,“正”側可以吸收更多的電子,而“負”側可以吸收更多的電子:

illustration of more charge on a larger surface

因此,如果將交流電流源應用於電容器,則該電流中的一部分將被允許流動,但是過一會兒,電子將耗盡,從而停止流動。對於交流電源來說這是幸運的,因為交流電源隨後會反轉,並且允許電流再次流過。


但是為什麼電容器的額定直流電壓是

一個電容器不僅僅是兩個金屬塊。電容器的另一個設計特徵是,它使用兩個彼此非常靠近的金屬塊(想像一下,一層蠟紙夾在兩片錫箔之間)。

他們之所以使用“蠟紙”分隔的“錫箔”,是因為他們希望負電子非常接近所留下的正“空穴”。這導致電子被吸引到正“孔”上:

charge attraction between capacitor plates

由於電子為負,而“空穴”為正,因此電子被吸引到空穴上。這導致電子實際上停留在那裡。現在,您可以取出電池,電容器實際上會保持該電量。

這就是為什麼電容器可以存儲電荷的原因。電子被吸引到它們留下的孔中。

但是上蠟的紙並不是理想的絕緣體。這將允許 some 洩漏。但是,如果您堆積的電子太多,就會出現真正的問題。電容器的兩個“ 極板”之間的電場實際上會變得如此強烈,以至於導致蠟紙破裂,從而永久損壞電容器:

capacitor plate breakdown

實際上,電容器不是由錫箔和蠟紙製成的(不再是);他們使用更好的材料。但是還有一點,就是“電壓”,兩個平行板之間的絕緣子擊穿,破壞了設備。這是電容器的額定最大 DC 電壓。

+1很棒的解釋,圖片和以示例為基礎。
+1。我曾經在電容器上閱讀過的最好的解釋之一。
很好的解釋,但不能直接回答OP的問題:使用AC,您的電壓會瞬間變化。在AC波的每個點處,電壓都會變化,並且當ckt中有電容器時,電壓的這種變化/變化可以通過強度變化的電場跨電介質傳輸到另一側/板。因此,即使電介質是電子流動的絕緣體,電流仍會在電路中流動。
使用直流電時,您在一定強度/強度的電介質上會產生一個固定/不變的電場,並且電介質會極化以與該電場相反,因此導線另一端的電子不會受到任何電場的影響。因此,請勿移動金屬中電子的正常/常規移動。
您需要從具有電子/分子極化的波作為波的手段/介質的角度來考慮這一點。
閱讀此答案後,我能得出結論,當串聯**時,電容器不允許直流電流通過嗎?
@Fennekin電容器不允許直流電流流動,無論是單獨流動,串聯還是並聯。但是,這再次處於穩定狀態。最初還會有一些“潮流”。它們是串聯,並聯還是單獨連接。
Kellenjb
2011-08-16 22:50:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

讓我看看是否可以在其他3個答案中添加一個視角。

電容器在高頻時的作用類似於短路,而在低頻時的作用類似於開路。

所以在這裡有兩種情況:

與信號串聯的電容器

enter image description here

在這種情況下,AC能夠通過,但DC被阻止。通常稱為耦合電容器。

與信號並聯的電容器

enter image description here

在這種情況下,DC為能夠通過,但交流電接地短路導致其被阻塞。這通常被稱為去耦電容器。

什麼是交流電?

我使用的術語“高頻”和“低頻”相對寬鬆。他們實際上沒有任何關聯的數字。我這樣做是因為認為高低取決於電路其餘部分的情況。如果您想了解更多有關此的信息,可以閱讀有關 Wikipedia的低通濾波器或我們某些 RC濾波器問題。

電壓額定值

在電容器上看到的電壓是在開始存在電容器物理損壞的危險之前可以安全地施加到電容器的最大電壓。有時,這可能是爆炸,有時是火或有時只是變熱。

凱倫,非常感謝您使用圖片,但我想不通以下問題的答案了:蓋帽如何阻擋DC。您只是說是。
@Stevenvh我感到OP的困惑不是關於它如何阻止DC的物理原理,而是關於它是否阻止DC的原因。另外,我認為您的答案在更實際的層面上做了很好的解釋,並且認為我無法比您更好地解釋這一部分。
stevenvh
2011-08-16 22:10:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

解釋是因為相反的電荷相互吸引。電容器是由兩個導電板組成的緊湊結構,由非常薄的絕緣體隔開。如果將DC放在其一側,則一側將帶正電,而另一側將帶負電。兩種電荷相互吸引,但不能通過絕緣層。沒有電流。 DC的故事到此結束。對於AC,這是不同的。一側將依次帶正電荷和負電荷,並分別吸引負電荷和正電荷。因此,勢壘一側的變化會引起另一側的變化,從而出現電荷越過勢壘並且電流有效地流過電容器。

已充電的電容器始終是直流充電的,即一側帶有正電荷,另一側帶有負電荷。這些電荷是電能存儲,在許多電路中都是必需的。

最大電壓由絕緣勢壘決定。超過一定電壓,它將擊穿並造成短路。在DC下也可能在AC下發生這種情況。

Chris Stratton
2011-08-16 21:23:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

一種簡單的思考方法是,串聯電容器阻止直流電,而並聯電容器則有助於保持穩定的電壓。

這實際上是兩個行為相同的應用-電容器會做出反應以嘗試保持其兩端的電壓恆定。在串聯情況下,消除穩定的電壓差是很高興的,但是任何一側的突然變化都將傳遞到另一側以保持電壓差恆定。在並聯情況下,電壓的任何突然變化都會產生反應。

一個簡單的好答案,榮譽
clabacchio
2012-05-15 19:25:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

這不是一個非常技術性的答案,但是我發現它是一個圖形化的解釋,非常有趣和簡單:

enter image description here

是的,很好,但是如果您實際上試圖解釋該交流路徑,將會遇到麻煩! :-)
@stevenvh是的,我當然知道這有點愚蠢,但是我一直覺得它很聰明:)
這是一個奇怪的答案:D:D:D:D:D
實際上,它對我的理解非常有幫助,這是什麼。感謝你!
vicatcu
2011-08-16 21:09:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

在電容器兩端通過給定電壓在電容器板上形成的電荷量受以下公式控制:

\ $ Q = C \乘以V \ $(電荷=電容*電壓)

對兩側進行微分(電流是電荷的時間導數),得出:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $(當前=電容*電壓的變化率)

直流電壓等於\ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $。

因此,電容器允許對於DC電壓,沒有電流“流過”(即,它阻止了DC)。

電容器板兩端的電壓必須連續變化,因此電容器充電後具有“保持”電壓的效果,直到該電壓可以通過電阻放電。因此,電容器的一個非常普遍的用途是穩定電源電壓並使電源與地面解耦。

額定電壓是在靜電力破壞材料的材料特性之前,可以在板上施加多少電壓。極板之間的介電材料使其像電容器一樣破裂:)。

Roman Starkov
2012-07-23 16:08:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我對此類問題的回答永遠是“水”。流經管道的水是流經電線的電流的令人驚訝的準確類比。電流是流過管道的水量。電壓差成為水壓差。

在這種比喻中,電池是水泵,電容器是橡膠膜,其中完全阻塞管道。 DC是不斷通過管道向一個方向流動的水。交流是無時無刻不在流動的水。

要牢記這一點,顯然電容器會阻塞直流:由於膜只能拉伸那麼遠,所以水不能繼續流動朝著同一方向。膜拉伸時會有一定的流動(即電容器充電),但在某一時刻它會被拉伸到足以完全平衡水壓的狀態,從而阻止了任何進一步的流動。

很明顯,電容器不會完全阻擋交流電,但確實取決於膜的性能。如果膜具有足夠的拉伸性(高電容),它將不會對快速來回流動的水造成挑戰。如果該膜真的很硬(例如,一塊塑料薄片),則表示電容較低,如果水來回緩慢流動,則這種流動將被阻止,但非常高的頻率振盪仍會使其通過。 / p>

這種類比對我是如此有用,以至於我真的很奇怪為什麼它沒有得到更廣泛的使用。

一位朋友幫助我理解了為什麼這種類比法沒有得到更廣泛的應用:顯然,他對管道中的水流動的直覺與對電線中電流的直覺一樣少!
manpreet dhillon
2011-08-16 23:11:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

首先,電容器會阻塞DC,並且對AC的阻抗較低,而電感器會阻塞AC,但很容易通過DC。 “阻塞”是指它為我們正在談論的信號提供了高阻抗。

首先,我們需要定義一些術語來解釋這一點。你知道什麼是抵抗嗎?電阻是導致電流消耗的電流的相反方向,以瓦特為單位。電流是交流還是直流都沒有關係,理想電阻器消耗的功率對於這兩者都是相同的。

所以電阻是電流的一種“阻抗”。還有2種-“感應電抗”和“電容電抗”。兩者都以歐姆為單位進行測量,就像電阻一樣,但是兩者都不同,一方面,它們隨頻率而變化,另一方面,它們實際上並沒有像電阻那樣消耗功率。因此,總共有3種阻抗-電阻性,電感性和電容性。 = 2 \ pi fL $$

其中2pi約為6.28,f是信號的頻率(顯然是AC),L是以亨利為單位的電感,其中“ X sub L”是電感

電感電抗是由於電感引起的元件阻抗;它是一種電阻,但實際上並沒有像電阻器那樣消耗瓦特的功率,並且由於需要提供頻率的“ f”,因​​此對於給定的電感器,其值會隨頻率而變化。

請注意,隨著頻率的升高,阻抗(交流電阻)也以歐姆為單位。並請注意,如果頻率等於零,那麼阻抗也是如此-頻率為零表示直流,因此電感器實際上對直流電流沒有任何電阻。

電容器是相反的-電容電抗的公式為

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $$

在這裡,C是電容器的電容,以法拉為單位,“ 2pi”和“ f”與上面相同,“ X-sub-C”是以歐姆為單位的電容電抗。請注意,在這裡,電抗被頻率和電容“除以一”-這導致阻抗值隨頻率和電容而降低。因此,如果頻率高,則阻抗將低;如果頻率接近零(即DC),則阻抗將幾乎是無限的-換句話說,電容器會阻塞DC,但會通過AC,且頻率越高交流信號,其阻抗就越小。

JustJeff
2011-08-17 03:09:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我將採用最簡短的定性分析方法:

實際上,在直流電源線上有一個電容器,可以短路任何交流信號,否則這些交流信號可能會流到電源上,因此減少了 DC 電路中的交流電。

電容上的額定電壓是最大電壓(DC 之和交流電!)。超過此電壓,上限將失效。



該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...