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电容器的电压和电流

编辑:知奇经贸   时间:2023-11-27   访问量:161

电容器的电压和电流

电容器由于其内部是绝缘的,因而不会有直流电流流过,但伴随着所施加电压的变动,通过进行充电和放电,看似好像有电流在电容器中流动。电压随时间变化率越大,流经电容器的电流就越会增大,如下式所 示。

kG: 电容器电流 (A)
C: 静电电容 (F)
dMa/t :V-t 曲线上的斜率 

Ic =C・dVc/dt 


充放电波形时

这里就通过电阻从直流电源向尚未被充电的电容器充电

后,让其放电时的电容器电压和电流进行说明。

 图片1.jpg

电路图上,若在充电侧将开关置于 ON,V0/R1 的峰值电 流就会流向电容器,而后电流会随着电容器的电压 Vc 升 高而降低,当 Vc = V0 时,充电完成,电流成为零。

然后,若在放电侧将开关置于 ON,V0/R2 的峰值电流就 会流向电容器,而后电流会随着电容器的电压 Vc 降低而 降低,当 Vc = 0 时,放电完成,电流成为零。

 

这里需要理解的是,电容器的电流 Ic 的大小依赖于电容器 电压 Vc 变化的大小。

 图片2.jpg

此外,开关 ON 时,V0/R 的电流就会流过,而在这里如 果 R=0,则理论上会有无限大的电流流过瞬间完成充放电。 然而,实际上因受到电容器本身具有的电阻成分(ESR)或 配线电阻及电抗成分的影响而不会成为无限大,但电阻成 分远比电池小,因而可以说是能够在瞬时进行充放电的零 部件。

 

(例 2) 交流波形时 这里就向电容器施加交流电压时的电容器电压和电流进行说明。

例 1 中叙述了流向电容器的电流大小依赖于电容器电压变化的大小,这在交流波形时也是一样的。

 

① 首先,当电压从 0V 上升时,会有大量的电流流过电 容器,而电流则会随着电压的上升速度放慢而下降,并 在电压成为最大的时点(电压变化为零)电流成为零。

 

② 当电压从最大值开始下降时,负电流开始流过电容器, 在电压成为零这一点(电压变化为最大)电流成为最大。

 

对于③ 、④的区域,与上述原理一致。

在对此电压和电流的波形进行观察时,如果电压波形为正弦波,则电流波形也为正弦波,此外还可弄清电 流波形在电压波形之前偏移 1/4 周期(电流的相位先行90°)的情况。 此外,电压的变化大就会有较大的电流流过这种情况表明,越是电压变化大,高频流过的电流就会越大。

此时流过的电流(有效值)如下式所示。

 

 

 Ic=2πf・C・Vc   

G: 电容器电流 (Arms)
π: 圆周率 (3.14)
f: 频率(Hz)
C: 静电电容 (F)
Vmse:电源电压(Vrms)
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