電容器儲存電量的特性
發(fā)布時間:2011/9/27 15:32:36 訪問次數(shù):6240
1.簡單的電路 ADG451BRZ
如圖2-23 (a)所示是一個錄音機的電源電路,XP為電源插頭;S是電源開關(guān);T是電源變壓器;VD是整流二極管;C是電解電容器,也就是電路工作時儲存電量的電容器。
插頭XP插入220V交流(用AC表示)電源,再連通開關(guān)S,220V交流電壓便加到變壓器的①、②兩端,經(jīng)變壓器變成為6V低壓交流電,從③、④兩端輸出。6V交流電壓再由二極管進行半波整流,就可源源不斷地給電容器充電,取得直流電壓。其目的是給需要用電的錄音機電路提供直流電源。
通常,在不討論負(fù)載的電路時,允許不畫出錄音機電路,只用一個方框圖代表,如圖2-23 (a)所示。
2.電容器儲電的過程
變壓器③、④端輸出6V交流電壓的波形如圖2-23 (b)所示w,稱為正弦波電壓。經(jīng)過二極管整流后,從右端送出的電壓就變成為圖2-23 (c)所示的波形。這種電壓波形,既不是圖2-23 (b)所示的正弦交流電壓,也不是圖2-23 (d)所示的直流電壓,而是連續(xù)不斷、時高時低、時有時無的電壓,稱為脈動電壓。脈動電壓只對應(yīng)坐標(biāo)縱軸正方向,波形越向正方向發(fā)展,表示電壓越高。這表明二極管送出的電壓只有正值沒有負(fù)值,這正是給電容器充電所希望達到的。
脈動電壓如果直接加到負(fù)載電路上,將導(dǎo)玫電路不能正常工作或損壞元件,因為負(fù)載電路中含有必須使用直流電源的電子元件,所以就得將脈動電壓變成直流電壓。利用電容器的儲電特性就能將脈動電壓變?yōu)橹绷麟妷。電容器的儲電原理如下?BR> (1)無負(fù)載的充電狀況。電容器充電過程較復(fù)雜,這里僅簡要說明一下。開關(guān)S未連通之前,二極管右端無脈動電壓輸出。此時,電容器的兩端沒有外加充電電壓,兩極板上就未充入電荷,兩極間的電壓為0。
開關(guān)S連通后,二極管右端便輸出脈動正電壓加到電容器兩端,開始對電容器充電。下面以圖2-23 (c)中一個脈動波為例來講解充電的過程。為了清楚地說明問題,先將這個脈動波放大如圖2-23 (e)所示,并在電壓波形上標(biāo)出A、B、C、D、E五個波形點。
脈動電壓從A點逐漸向B點升高時,電容器正極板上的正電荷逐漸增多,負(fù)極板上的負(fù)電荷同時增多。兩極板間的電壓逐漸增大,這是在給電容器充電,也是電容器在儲電。
當(dāng)脈動電壓達到B點的3V時,電容器上充得的電壓也升高到3V。
當(dāng)脈動電壓從B點繼續(xù)向C點升高時,將繼續(xù)向電容器充電,正極板上正電荷將繼續(xù)增多,負(fù)極板上負(fù)電荷也同時增多,兩極板間的電場進一步增強,電壓就升高而超過3V。
當(dāng)脈動電壓升高達到波形C點的6V<最大值)時,電容器兩極板間充得的電壓也達到6V(最高值)。
當(dāng)脈動電壓從最高的C點向D點變低時,外加電壓就低于電容器上已充得的6V電壓,所以不再向電容器充電。當(dāng)脈動電壓從D點向E點繼續(xù)變低時,外加電壓更低,電容器上保持己充得的6V電壓并不降低。
電容器上充得的6V電壓若用示波器觀察其波形,就是如圖2-23(d)所示的直線,屬于直流電壓,這種直流電壓才能供負(fù)載電路實用。這也是電容器儲電的原理。
(2)有負(fù)載的充電狀況。實際中,脈動電壓在給電容器充電的同時,也在給負(fù)載供電。在脈動電壓由波形A點向C點變化、電容器兩端電壓由OV向6V變高時,加給負(fù)載的電壓也是由OV向6V增高。
脈動電壓在由波形C點向E點變低時,外加電壓不但不向電容器充電,而且向負(fù)載電路提供的電壓也降低。這時負(fù)載電路的工作就靠電容器上儲存的電量來維持,使電容器極板上的電荷逐漸減少,這一過程稱為電容器放電。隨著電容器放電的進行,其兩端電壓不斷降低。當(dāng)放電使電壓降低到一定值時,第二個脈動電壓又到來,從而補充電能。一方面向負(fù)載供給電能,另一方面又給降低了電壓的電容器再充電,從而使負(fù)載電路能夠連續(xù)工作,也使電容器始終儲存一定的電量。
電容器的儲電特性,與充電電壓、負(fù)載大小有關(guān)’,與電容器的電容有關(guān)。一般來講,電容器的儲電量隨充電電壓升高而增大。但充電電壓不能超過電容器的耐壓,否則有擊穿與爆破的危險。圖2-23 (a)中最高充電壓是6V,而電容器的耐壓為12V,能夠承受。
根據(jù)電容與電量的關(guān)系Q=UC可知,在充電電壓U相同時,屯容C越小則電容器儲存的電量Q就越少,不能長久地為負(fù)載電路提供直流電源。相反,電容C越大則電容器儲存的電量Q就越多,就能為負(fù)載電路提供更穩(wěn)定的直流電源。因此,圖2-23中的電解電容器C實際選用了lOOOμF的大電容,可以儲存較多的電量,保證負(fù)載電路能夠穩(wěn)定可靠地工作。
在充電電壓和電容確定后,電容器儲電多少就由負(fù)載來決定,負(fù)載較大(等效電阻較。⿻r,消耗電量就多,電容器上的電量損耗就大,剩存電量就少;’負(fù)載較。ǖ刃щ娮栎^大)時,消耗電量少,電容器中剩存電量就多。這表明電容器儲存電量多少與負(fù)載大小有關(guān)。
電容器的儲電特性多在電源電路中應(yīng)用,其儲電作用通常稱為濾波,實質(zhì)是充電、放電將脈動電壓變成為直流電壓。電容器的儲電特性為設(shè)計電路、選用電容器提供了重要的原理依據(jù)。
1.簡單的電路 ADG451BRZ
如圖2-23 (a)所示是一個錄音機的電源電路,XP為電源插頭;S是電源開關(guān);T是電源變壓器;VD是整流二極管;C是電解電容器,也就是電路工作時儲存電量的電容器。
插頭XP插入220V交流(用AC表示)電源,再連通開關(guān)S,220V交流電壓便加到變壓器的①、②兩端,經(jīng)變壓器變成為6V低壓交流電,從③、④兩端輸出。6V交流電壓再由二極管進行半波整流,就可源源不斷地給電容器充電,取得直流電壓。其目的是給需要用電的錄音機電路提供直流電源。
通常,在不討論負(fù)載的電路時,允許不畫出錄音機電路,只用一個方框圖代表,如圖2-23 (a)所示。
2.電容器儲電的過程
變壓器③、④端輸出6V交流電壓的波形如圖2-23 (b)所示w,稱為正弦波電壓。經(jīng)過二極管整流后,從右端送出的電壓就變成為圖2-23 (c)所示的波形。這種電壓波形,既不是圖2-23 (b)所示的正弦交流電壓,也不是圖2-23 (d)所示的直流電壓,而是連續(xù)不斷、時高時低、時有時無的電壓,稱為脈動電壓。脈動電壓只對應(yīng)坐標(biāo)縱軸正方向,波形越向正方向發(fā)展,表示電壓越高。這表明二極管送出的電壓只有正值沒有負(fù)值,這正是給電容器充電所希望達到的。
脈動電壓如果直接加到負(fù)載電路上,將導(dǎo)玫電路不能正常工作或損壞元件,因為負(fù)載電路中含有必須使用直流電源的電子元件,所以就得將脈動電壓變成直流電壓。利用電容器的儲電特性就能將脈動電壓變?yōu)橹绷麟妷。電容器的儲電原理如下?BR> (1)無負(fù)載的充電狀況。電容器充電過程較復(fù)雜,這里僅簡要說明一下。開關(guān)S未連通之前,二極管右端無脈動電壓輸出。此時,電容器的兩端沒有外加充電電壓,兩極板上就未充入電荷,兩極間的電壓為0。
開關(guān)S連通后,二極管右端便輸出脈動正電壓加到電容器兩端,開始對電容器充電。下面以圖2-23 (c)中一個脈動波為例來講解充電的過程。為了清楚地說明問題,先將這個脈動波放大如圖2-23 (e)所示,并在電壓波形上標(biāo)出A、B、C、D、E五個波形點。
脈動電壓從A點逐漸向B點升高時,電容器正極板上的正電荷逐漸增多,負(fù)極板上的負(fù)電荷同時增多。兩極板間的電壓逐漸增大,這是在給電容器充電,也是電容器在儲電。
當(dāng)脈動電壓達到B點的3V時,電容器上充得的電壓也升高到3V。
當(dāng)脈動電壓從B點繼續(xù)向C點升高時,將繼續(xù)向電容器充電,正極板上正電荷將繼續(xù)增多,負(fù)極板上負(fù)電荷也同時增多,兩極板間的電場進一步增強,電壓就升高而超過3V。
當(dāng)脈動電壓升高達到波形C點的6V<最大值)時,電容器兩極板間充得的電壓也達到6V(最高值)。
當(dāng)脈動電壓從最高的C點向D點變低時,外加電壓就低于電容器上已充得的6V電壓,所以不再向電容器充電。當(dāng)脈動電壓從D點向E點繼續(xù)變低時,外加電壓更低,電容器上保持己充得的6V電壓并不降低。
電容器上充得的6V電壓若用示波器觀察其波形,就是如圖2-23(d)所示的直線,屬于直流電壓,這種直流電壓才能供負(fù)載電路實用。這也是電容器儲電的原理。
(2)有負(fù)載的充電狀況。實際中,脈動電壓在給電容器充電的同時,也在給負(fù)載供電。在脈動電壓由波形A點向C點變化、電容器兩端電壓由OV向6V變高時,加給負(fù)載的電壓也是由OV向6V增高。
脈動電壓在由波形C點向E點變低時,外加電壓不但不向電容器充電,而且向負(fù)載電路提供的電壓也降低。這時負(fù)載電路的工作就靠電容器上儲存的電量來維持,使電容器極板上的電荷逐漸減少,這一過程稱為電容器放電。隨著電容器放電的進行,其兩端電壓不斷降低。當(dāng)放電使電壓降低到一定值時,第二個脈動電壓又到來,從而補充電能。一方面向負(fù)載供給電能,另一方面又給降低了電壓的電容器再充電,從而使負(fù)載電路能夠連續(xù)工作,也使電容器始終儲存一定的電量。
電容器的儲電特性,與充電電壓、負(fù)載大小有關(guān)’,與電容器的電容有關(guān)。一般來講,電容器的儲電量隨充電電壓升高而增大。但充電電壓不能超過電容器的耐壓,否則有擊穿與爆破的危險。圖2-23 (a)中最高充電壓是6V,而電容器的耐壓為12V,能夠承受。
根據(jù)電容與電量的關(guān)系Q=UC可知,在充電電壓U相同時,屯容C越小則電容器儲存的電量Q就越少,不能長久地為負(fù)載電路提供直流電源。相反,電容C越大則電容器儲存的電量Q就越多,就能為負(fù)載電路提供更穩(wěn)定的直流電源。因此,圖2-23中的電解電容器C實際選用了lOOOμF的大電容,可以儲存較多的電量,保證負(fù)載電路能夠穩(wěn)定可靠地工作。
在充電電壓和電容確定后,電容器儲電多少就由負(fù)載來決定,負(fù)載較大(等效電阻較。⿻r,消耗電量就多,電容器上的電量損耗就大,剩存電量就少;’負(fù)載較。ǖ刃щ娮栎^大)時,消耗電量少,電容器中剩存電量就多。這表明電容器儲存電量多少與負(fù)載大小有關(guān)。
電容器的儲電特性多在電源電路中應(yīng)用,其儲電作用通常稱為濾波,實質(zhì)是充電、放電將脈動電壓變成為直流電壓。電容器的儲電特性為設(shè)計電路、選用電容器提供了重要的原理依據(jù)。
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