在电源给电容器充电过程中的任一时刻,若电容器所带电荷量为q,则电容器两板间的电压U=qC。充电电流必然流经内阻r,设内阻r两端的电压为Ur,根据欧姆定律可知E电动势=U+Ur。功率放大器部分容量选择范围一般是5万微法拉、10万微法拉、50万微法拉、1法拉和1。所以不难想象,图6.12中斜直线上方的三角形面积,即为电源电动势做功QE电动势过程中被消耗在内阻r上而转变为焦耳热的能量。
问题解决了!在用电源给电容器充电的过程中,只能有一半的能量被电容器储存,必然有另一半能量消耗在回路的电阻之上。如果电容器储存的能量很多,则消耗在回路电阻上的能量也就同样的多。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。如果这部分能量全部消耗在电源的内阻上,则对电源十分不利,这也是在充电回路中另外增加限流电阻的原因。
至此,可能还有一个疑问:如果对电容器充电的能量利用率仅有50%,给使用电容器作为电源的电动汽车充电不是会浪费很多电能吗?要知道上面讨论的是用有固定电动势的电源给电容器充电的情况,如果给大容量电容器充电,应该使用可变电动势的电源,这样可以使充电的能量利用率大大提高。如果白炽灯泡的亮度和它直接接在220V交流电源上的亮度一样,说明电容器的内部已经短路。
高频领域中的电容器
一般情况下,我们接触的多是中、低频的电容器设计应用,正如我们从初中开始学习电容器时也是赫兹数不是很高一样。但是,往往当进入到了高频率的领域时,我们面对的就不仅仅是肉眼所能看到的电容器了,更多的是那些我们根本无法直接察觉到的电容效应。电路是道路,电荷是车如果将一个电路比作马路的话,电荷的移动就好像车流一样。在这里我把从图书馆看到的和自己想到的关于高频领域中的电容器应用知识一一写下来,以求对此有个比较系统一点的认识。
实际上,电容不仅仅只存在于电容器内部,只要两个不同电位的表面相互靠近时就会产生电场,即存在电容效应,其作用就相当于一个电容器。这种无意间所形成的电容器给它一个名字就是寄生电容,它会造成电路中电流的中断。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于电路中的隔直通交。由于这种电容往往与电路并联,则频率较高时,它将起到旁路信号的作用,即降低了信号的功率,从这个意义上来讲,可以说是无形中构成了一个LPF。
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