电容器基本原理

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电容器基本原理
电容器的电路符号很形象的表明了它的根本功能:隔直通交。电容器的一切功用都源自于此。对于恒定直流电来说,理想的电容器就像一个断开的开关,表现为开路状态;而对于交流电来讲,理想电容器则为一个闭合开关,表现为通路状态。
在上面的图中详细描述了直流电受电容器阻隔的原因。事实上,电容器并非立刻将直流电阻隔,当电路刚接通时,电路中会产生一个极大的电流值,然后随着电容器不断充电,极板电
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压逐渐增强,电路中的电流在不断减小,最终电容器电压和电源电压相等且反向,从而达到和电源平衡的状态。
而在交流电方面,为方便记忆,我们可以不太严谨但形象的认为交流电能够“跳过”电容器这道“峡谷”,从而保持“正常传导”。

  这里有很关键的一点需要明确:无论是直流环境还是交流环境,理想的电容器内部是不会有任何电荷(电流)通过的,只是两极板电荷量对比发生了变化,从而产生了电场。

  要想了解电容器的各种功用,我们还需要了解一下傅立叶级数。各位苦于微积分的朋友不用头晕,我们不需要去研究那些复杂的数学公式,仅仅是需要一个简单的结论:任何一个波,都可认为是多个不同的波形叠加之产物。即,一个波可以拆分成多个振幅、频率都不相同的波(包括振幅和频率为零的波)。这其实正如一个数字也能被拆分成多个其他数字的组合一样,例如3 = 1+2 = 1+1+1 = 0+3。

  振幅或频率为零的波是什么?直线。对于电来说,那就是直流电,即电压恒定不变。正如世界上没有绝对的直线一样,世界上也没有绝对的直流电。尽管人们在追求尽可能理想的直流电,但直流和交流总是同时存在的。直流电中含有交流成分,交流电中也包含直流成分。当直流成分占主导地位时,就认为其乃直流电;当交流成分占主导地位时,就认为是交流电。这很像太极所描述的阴中有阳,阳中有阴。
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直流和交流总是共存的

  事物的具体应用都是由基本原理派生出的,哪怕你不理解只是死记硬背,同样也能够很容易得理解它的具体应用。毕竟,对于基本原理来说,往往仅仅需要知其然即可,例如1+1=2。对于电容器来说,我们需要明白两点:隔直通交和不走电荷逆变电源模块
基于电容器隔直通交和不走电荷的原理,其应用方式也就应运而生了。在目前我们在电脑板卡上常见的电容器应用主要有:无线收发器电源滤波、耦合与去藕、信号滤波

电容器的应用:电源滤波
  正如之前所说,世界上没有绝对的直流电,为了给设备提供尽可能理想化的直流供电,我们需要一些途径将交流成分尽量剔除。因此,供电滤波电路成为了每一块主板和显卡必备的电路组成部分,没了它们,我们的电脑就无法正常工作。
我们常针对电脑板卡所说的供电滤波电容器,其本质是利用电容器的基本原理,在电路中通过并联电容器,为交流成分设立额外通道,将其导入地线,从而得到比较稳定的直流电压。因为是在主电路旁边额外设立的一条小路,故而得名:旁路。
我们可以看到电脑主板上通常采用了多个电容器并联进行供电滤波,而且因需要而分成两
级,不过它们的功能都是一样的。由于对电压稳定度的要求较低,通常一级旁路电容器也无需很高级。

肛门充气  在这里,我们不需要去关心电解质的形态,无需在乎电容器的封装与外壳。真正决定电容器性能的因素将被重点关注:额定电压、容抗、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)、介质损耗角(tanδ)、漏电流、额定链波电流、温度范围和寿命。(嗯?竟然没有电容量?)

额定电压
  额定电压应该是一个非常好理解的参数,任何元器件都有一定的工作电压要求。对于电容器来说,它一般不会存在因低压而不工作的问题,所以它的外壳上所标示的额定电压通常是指正常工作中的耐压能力。额定电压数值通常会比最大耐压低一些。
目前常见的电容器额定电压有2.5V、4V、6.3V、16V等等。它们适用于不同的工作环境。回忆一下笔者在第一部分所讲述的电容器结构,电容器的耐压能力是由电介质的绝缘强度决定的。电介质就像一堵墙阻隔了电流的前进,但是如果电压过高,电介质就可能无力再阻挡电流的通过,导致电容器因电介质击穿而失效。
这样我们其实也就很好理解主板的CPU供电回路上为何会有两种耐压不同的电容器了。因为由电源输入进来的电压为12V,此时我们通常需要在这里安置一些耐压为16V的电容器,作为一级旁路电容器。接着,经过PWM控制器和MOSFET进行降压、升频后,通常需要电感器和电容器进行滤波。此时电压已经降低,所以通常会选用一些低耐压的电容器。


  可能有朋友会感到疑问,既然电容器并不要求最低工作电压,那为什么不干脆都用很高耐压电容器呢?这样不是更耐久么?事实并非如此。对于同类电容器来说,为了获得较高的耐压能力,通常会选择增加电介质厚度。如此以来,尽管耐压能力提高了,但是电容量也会减少,需要增加极板面积来保证电容量,这就增加了成本。同时,过高的耐压值也只能成为摆设,如果电路电压已经令2.5V额定电压(最高耐压>额定电压)的二级旁路电容器不堪重负,那么CPU应该早已阵亡。。。。。。提高了成本却不会带来任何实际效果,这样的事情自然是不值得的。

  总的来说,根据电路的电压状况,选择适当额定电压的电容器即可。

本文发布于:2023-07-31 15:17:58,感谢您对本站的认可!

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