大家都知道,在電源電路中,電容器具有隔直流,通交流的功能。交流電的本身特性和電容器存儲電荷的作用,使得交流電能順利通過電容器,充當了一個臨時電源的作用。而電容器不讓直流電通過,那直流電為什么可以給電容充電?比如電池就是直流電就可以給電容充電,這是一個什么原理?
電容器是由兩個相互絕緣的金屬導體組成,金屬導體面積越大,距離越近電容量越大。電容量和中間絕緣體的介電常數有關。電容對直流電是絕緣的,直流電不能通過電容器。但沒有帶電的電容器在接通電路時,電路的電壓加在電容器兩個極板上,在兩個極板產生電場,由于電場力的作用,使兩個極板吸引電荷,當電荷產生的內電場和電路產生的外電場平衡時,電容器充電結束,電容器對于外電路呈現絕緣狀態。由于交流電電壓是變動的,電容器電場永遠不會平衡,永遠處于充放電狀態,但電子沒有通過絕緣體,只是在極板上變化。
電路的響應有兩種,零輸入相應響應和零狀態響應。
1、零輸入響應,是指電路輸入信號為零。
2、零狀態響應,是指電路的儲能元器件(電容、電感類元件)和各種電源無初始儲能或狀態為零,僅由外加激勵源引起的響應。
一、分析零狀態響應,需要電壓源短路,電流源開路。
對于電容器,在零狀態響應的通電瞬間,它可以認為是電壓為零的電壓源,所以它相當于短路。
電容的充電分為兩部分,一部分時暫態的過渡過程,另一部分時穩態過程。所謂電容隔直流,其實指的是它的穩態特性。在穩態下,電容的等效電阻為無窮大,直流電流無法通過它,故通過電容電流為零,最多只有極小的漏電流;
在暫態情況下,電容是可以留過電流的,其中在初始時刻,電流因為電容近似為電壓源,它的特征近乎為短路,故電流的初始值最大。
二、如果電源為交流,當電流取最大值時,電壓為最小值,而電壓為最小值,而電流取最小值時,電壓反而為最大值。所以對于交流電源而言,流過電容的電流超前電容電壓90度。
故電容是可以用來隔直流,但只有在穩態時電容才具有這種性能。當直流電壓迅速變化時,也即電源不斷地從零變化到最大值,在變道零,以此循環往復,電容不但不會隔直流,反而成為一個阻抗近似為零的元件。當用直流電源給電容充電,并且時間足夠長,則電容的充電電壓可以達到電源電動勢相同的水平。即電容是儲能元件,它能儲存能量。