电子电路中,只有在电容器充电过程中,才有电流流过,充电过程结束后,电容器是不能通过直流电的,在电路中起着“隔直流”的作用。由于短路时流过电容器的电流很大,一般电容器都会爆裂或使其封口胶塞胀出。电路中,电容器常被用作耦合、旁路、滤波等,都是利用它“通交流,隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢?我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变,它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上,电容器连续地充电、放电,电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。
电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压,电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V,10V,16V,25V,50V等。
电容器充放电现象
除颤器工作时,一般是让100 J到300 J的电能,在约2 ms的时间内通过的心脏部位。在处理旁路电容时需要注意一个问题,就是旁路电容的频率越高时,受到引线电感成分的影响也越大,因此一般建议使用贴片电容。除颤器工作时的电功率在50 kW到150kW之间,这个功率是相当大的,用电池直接供电无法达到,也大大超过了一般家庭的用电功率,而除颤器还必须便于携带,那它使用了什么样的供电装置呢?
除颤器工作时的供电装置是一个C=70 μF的电容器。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。除颤器内带有电池,先通过电子线路把电池供电的电压升高到约U= 5 000 V,对电容器充电,充电后电容器储存的能量约为W= 12CU2=875 J。由于电容器电压很高,所以可以在很短的时间内释放一部分能量,通过电子线路控制放电的能量了。除颤器的核心就是这个耐压5 000 V以上、70 μ F的电容器,它耐压较高、容量较大,并且体积较小、重量较轻,因此需要精心设计和制造。
电容器是常用的电子元件,而且不断应用在新的领域中。在现在推广的新能源汽车中,电动汽车占有重要地位。电动汽车多数用锂电池供电,锂电池电动汽车的主要缺点就是充电时间长,使用不够方便。
所以还有另一种用电容器作为电源的电动汽车。电容器作为电源的优点是充电时间短,可以反复充电、长期使用,但缺点是一次充电后的行驶里程较短,因此目前还需要对高电压、大容量的电容器做进一步的研究。
关于电容器的充电,有人提出了一个很好的问题:“用电动势为E电动势的电源对电容器充电,充电结束时电容器的电压U=E电动势。一般工业上是高压3个单相的两接线柱的电容组成Y形,低压的用1个三接线柱的电容器接成三角形,因为它内部已经接成了三角形了的,留了3个端子直接接线就OK了。设整个充电过程中充电电量为Q,则电源电动势做功QE电动势,而电容器储存的电能为12QE电动势,电源电动势做功的另外一半能量去哪了?”
这里用E电动势作为电动势的符号,以区别于电场强度E。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。这个问题的提出和教材(包括一些大学教材)有关。教材常把用电源对电容器充放电过程表示为图6.9。这样表示有三个问题:1.只用电动势E电动势不能完全表示电源的特性,电源的特性必须用电动势E电动势和内阻r两个物理量描述,不存在内阻r= 0的电源。2.实际充电过程中电源内阻r可以起到限制充电电流的作用;但是如果电容器的电容较大、电源电动势较高,还需要在电路中串接限流电阻以防止充电电流过大损坏电源和电流表。3.如果电容器电容较大且充电电压较高,放电时也应增加限流电阻,以免损坏电流表。
下面就讨论电源给电容器充电的过程中能量的分配问题,设电源电动势和电容器电容量都不大,充电电路如图6.10和图6.11所示。若要用于脉动电路,则应按交、直流分量总和不得超过电容器的额定电压来选用。图6.10 和图6.11 是一样的,只是对电源的表示方法不同,图6.10 中把电源电动势和内阻分开表示,图6.11中把电源电动势和内阻合起来标注在电源下方,这样才是电源的正确表示方法。
八种常用电容器的结构和特点
电容器是电子设备中常用的电子元件,下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介绍,以供大家参考。
1.铝电解电容器
它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质,插人一片弯曲的铝带做正极制成。还需经直流电压处理,做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大、但是漏电大、稳定性差、有正负极性,适于电源滤波或低频电路中,使用时,正、负极不要接反。
2.钽铌电解电容器
它用金属钽或者铌做正极,用稀***等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是:体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好,用在要求较高的设备中。
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