谜一样的电容之隔直通交

来源:一博科技 时间:2018-11-19 类别:微信自媒体

作者:陈亮   一博科技高速先生团队队员

说起电容,想必大家都不陌生,大到卫星航母,小到智能手环,电路里处处离不开电容,电路中的电容形态各异,发挥的作用也各不相同。最常用的功能可能要数储能,滤波和耦合了。记得最早接触电容还是高中那会,物理老师给我们讲电容和电容器,电容的特性就是隔直通交。当时我和小伙伴那叫一个一脸懵逼,两个极板中间明明是绝缘的真空,电流到底是怎么流过绝缘的真空的?今天我们就来看看电流到底是怎么流过绝缘介质的。

看到这屏幕前的小伙伴想必也懵逼了,难道我点错了,这里不是要讲隔直通交吗?亲,你没有迷路,这里就是隔直通交会场,请稍安勿躁,待我翻开笔记慢慢道来。

电容顾名思义就是能存储电荷,那怎样才能存储电荷呢?首先得有两块金属导体,中间是绝缘电介质,介质可以是空气、可以是真空、也可以是FR4等等。看到这,熟悉PCB的各位小伙伴是不是想起了啥?没错,PCB中的导体间同样会构成电容,典型的就是相邻的电源平面和GND平面,相邻的信号线等。

当然构成电容的两导体间的距离不能太远,都说距离产生美,合适的距离可以让人只会关注她的美丽,但是如果远到看不见,哪里还看得到美,电容也是这样。

在两个导体上面加上电压时,两导体上就会存储电荷,效果如下图。
 
如上图演示效果:在电容没有被施加电压的时候,两端的自由电子数量没有变化,两端导体是呈中性的,如果给电容施加电压,电容一端会聚集比平时更多的自由电子,此端导体呈负电极,另一端导体失去大部分自由电子,此端导体呈正电极。


就这样一个导体上增加电荷,并从另一个导体取出电荷,看起来就像把电荷加到一个导体上,而这些电荷又从另一个导体上流出。所以当电压变化时,就有等效电流流经电容器。


举个栗子:
 
电容器相当于一个中间有橡胶隔膜的管子,橡胶隔膜相当于电容器内部的介质,分开的两部分相当于电容器的两极板,如果管子两端不受压力时(相当于不加电压),被分开的两部分含有相同的水量(相当于自由电子),一旦管子受到了压力(一端加电压),上面腔体中的压力就会增加,橡胶隔膜向下膨胀,使水从下面腔体流出 ,尽管水流没有经过橡胶隔膜,但是橡胶隔膜迫使水从下面腔体流出,就像电流从电容器流出一样,这就是电容的等效电流。
 
说到这,相信大家应该明白等效电流到底是怎么来的了。可问题又来了,我知道了等效电流怎么产生的,但是怎么知道等效电流有多大呢?大家瞄一眼下面的公式就明白了。
等效电流的计算公式:


ΔQ 电容器上电荷的变化量
Δt 电荷变化经历的时间
C 电容量
dV 导体间电压变化
dt 电压变化经历的时间

通过公式,我们可以看到影响等效电流大小的因素有两个。

第一个因素是dV/ dt:即电压变化率,单位时间内电压变化越大,等效电流也越大。

第二个因素是C:即电容量,电容量越大,等效电流越大。

电容通交流阻直流奥秘就是能否生成等效电流。(划重点 )因为有电压变化的交流信号才能产生等效电流流经电容,所以电容对交流信号相当于一个短路器件。而直流信号因为没有电压的变化,不会产生等效电流,所以电容器对直流信号相当于一个开路。

在实际的应用中如电源的滤波电容,就是利用电容隔直通交属性,对直流电源开路,对高频噪声短路,将高频噪声短路进GND, 在不影响直流电源的情况下去除了噪声,使电源更干净。

耦合电容更是将隔直通交属性表现的淋漓尽致,阻断前后级的直流分量,只允许交流信号通过。更多应用就不在这里一一列举了,高速先生也写过很多电容应用方面的文章,有兴趣的小伙伴可以查阅。


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