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PCB設(shè)計之電容篇

作者: 時間:2012-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1.的結(jié)構(gòu)和特性

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/189727.htm

給導(dǎo)體加電位,導(dǎo)體就帶上電荷。但對于相同的電位,導(dǎo)體容納電荷的數(shù)量卻因它本身結(jié)構(gòu)的不同而不同。導(dǎo)體能夠容納電荷的能力稱為。 通常,某導(dǎo)體容納的電荷Q(庫侖)與它的電位V(伏特,相對于大地)成正比,即有, 所以,C就是該導(dǎo)體的量。電容的單位是法拉(F), 。

電容器的結(jié)構(gòu)和符號

圖1 電容器的結(jié)構(gòu)和符號

如圖1(a)所示,在兩塊平行的金屬板之間插入絕緣介質(zhì),且引出電極就成為了電容器。它的電路符號見圖1(b)所示,分別為有極性電容和無極性電容。

若給電容器充電,電容器的兩極板上就會積累電荷。如圖2(a)所示為給電容量為C的電容器以恒定電流強度I充電示意圖。假設(shè)電容器初始不帶電荷,即它兩端的初始電壓等于零。我們回憶電流的定義:電荷在導(dǎo)體內(nèi)流動形成了電流,單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面的電荷量稱為電流強度,即有,則,又因在電容器中有,故,所以。

即電容量為C的電容器在恒定電流強度I的作用下,兩端電壓V隨時間t線性上升,上升曲線如圖2(b)所示。

給電容器恒流充電

圖2 給電容器恒流充電

電容器兩端的電壓越高則所容納的電荷就越多,即儲能就越大。但電容器兩極板間絕緣介質(zhì)的耐電強度是有限的,若兩極板間的電場強度太高,就可能將絕緣介質(zhì)擊穿,從而使電容器短路。因此在應(yīng)用中要兼顧電容器的耐壓。

結(jié)論:電容器在電路中有容納電荷的作用,也即存儲能量的作用。電容器存儲能量是需要時間的,因此電容器兩端電壓不能突變。且電容量越大,可存儲的能量就越多。電容器最重的兩個參數(shù)是它的電容量和耐壓。

2.RC充放電回路

圖3(a)所示電路是以一個RC充放電回路示意圖。假設(shè)電容器兩端的初始電壓為零,開關(guān)K與1端接通的瞬間,電源通過電阻R對電容器充電,此時電容器的充電電流為最大E/R,若持續(xù)以這個電流充電,則VC的上升曲線是一條線性的直線,如圖3(b)中的虛線所示。

RC充放電回路

圖3 RC充放電回路

但是因在整個充電過程中充電電流為,故隨著VC的上升,充電電流強度IC逐漸減小,則VC上升的幅度也逐漸變小,直到上升至電源電壓E,同時充電電流為0。這樣使實際的VC上升曲線如圖3(b)所示。VC是按指數(shù)規(guī)律上升的,它隨時間t變化的表達式為:

其中,為時間常數(shù)。

可以看出串聯(lián)電阻R越大,充電電流就越小,則充電時間就越長;電容量C越大,所需要的電荷就越多(即儲能越多),充電時間也就越長。

當(dāng)電容充滿電后,VC等于E。此時開關(guān)K與2端接通,則電容器通過R放電,放電電流為,VC逐漸降低。在接通2端的瞬間,放電電流為最大,但隨著VC的降低,放電電流也逐漸降低,直至VC為0V,放電電流也為0。這樣以來,電容放電時VC的下降曲線如圖1.7(c)所示。VC也是按指數(shù)規(guī)律下降的,它隨時間t變化的表達式為:

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