电容分压器

在这篇文章中，我们将通过公式和求解的例子来学习电容分压器电路在电子电路中的工作原理。

: Dhrubajyoti Biswas

什么是分压器网络

说到分压器电路，重要的是要注意分压器电路中的电压均匀地分布在与网络相关的所有现有元件中，尽管容量可能根据元件的构成而变化。

分压器电路可以由无功元件甚至固定电阻器构成。

与电容分压器相比，电阻分压器不受电源频率变化的影响。

本文的目的是提供一个详细的了解电容分压器。但为了获得更多的了解，必须详细说明电容电抗及其在不同频率下对电容器的影响。

电容器由两块平行放置的导电板构成，另外两块导电板用绝缘体隔开。这两个极板有一个正（+）和另一个负（-）电荷。

当电容器通过直流电流充满电时，电介质[通常称为绝缘体]会阻塞流过极板的电流。

与电阻器相比，电容的另一个重要特征是:电容在充电时将能量储存在导电板上，而电阻则不会，因为它总是倾向于以热的形式释放多余的能量。

但电容器储存的能量在放电过程中被传递到与其相连的电路。

电容器储存电荷的这一特性称为电抗，进一步称为容性电抗[Xc]，其中欧姆是电抗的标准测量单位。

放电电容器当连接到直流电源时，电抗在初始阶段保持较低。

很大一部分电流在短时间内通过电容器，这迫使导电板迅速充电，最终抑制了电流的进一步通过。

电容如何阻挡直流?

在电阻、电容器串联网络中，当时间周期达到5RC量级时，电容器的导电板充分充电，这意味着电容器所接收的电荷等于电压供应，从而停止任何进一步的电流流动。

此外，在这种情况下，在直流电压的影响下，电容器的电抗达到最大状态[兆欧]。

交流电源中的电容器

关于使用交流电[AC]对电容器充电，其中交流电流始终交替极化，接收电流的电容器在其极板上经受恒定的充电和放电。

现在如果我们有恒定的电流，那么我们还需要确定电抗值来限制电流。

决定容性电阻值的因素

如果我们回顾一下电容，我们会发现电容的导电板上的电荷量与电容和电压的值成正比。

现在，当电容器从交流输入获得电流时，电压源的值会不断变化，这会使极板的值成比例地变化。

现在让我们考虑一种情况，其中电容包含较高的电容值。

在这种情况下，电阻R消耗更多的时间给电容器τ=RC充电。这意味着，如果充电电流持续时间较长，电抗记录的值Xc较小，具体取决于指定的频率。

同样，如果电容器中的电容值较小，则为电容器充电需要更短的RC时间。

这种较短的时间导致电流在较短的时间范围内流动，从而导致相对较小的电抗值Xc。

因此，很明显，随着电流的增大，电抗的值仍然很小，反之亦然。

因此，电容电抗总是和电容器的电容值成反比。

XC∝ -1 C。

必须注意的是，电容不是分析电容电抗的唯一因素。

当交流电压的施加频率较低时，电抗根据分配的RC时间常数得到更多的时间发展。此外，它还阻塞电流，表明较高的电抗值。

同样，如果应用的频率高，电抗允许更短的时间周期充放电过程发生。

而且，在这个过程中，它还会接收到更大的电流，从而导致更低的电抗。

这证明了电容的阻抗(交流电抗)及其大小取决于频率。因此，频率越高，电抗越低，反之亦然，因此可以得出容抗Xc与频率和电容成反比。

上述容性电抗理论可归纳为以下方程式：

Xc = 1/2πfC

哪里：

·Xc =欧姆容抗，(Ω)


·π（pi）=3.142（或22÷7）的数值常数


·ƒ=频率，单位为赫兹（Hz）


·C=电容，单位为法拉（F）

电容分压器

本节旨在详细解释电源频率如何影响背靠背或串联的两个电容器，更好地称为电容分压器电路。

电容分压器电路

为了说明电容分压器的功能，让我们参考上面的电路。这里，C1和C2串联并连接到10伏的交流电源。由于串联，两个电容器接收相同的电荷Q。

然而，电压将保持不同，它还取决于电容值V = Q/C。

考虑图1.0，可以通过不同的方法来确定电容器两端电压的计算。

一种选择是找出电路总阻抗和电路电流，即跟踪每个电容器上的电容电抗值，然后计算它们之间的压降。例如：

示例1

根据图1.0，在C1和C2分别为10uF和20uF的情况下，计算在80Hz条件下10伏rms正弦电压下电容器两端出现的rms电压降。

C110UF电容器
Xc1=1/2πfC=1/2πx 80 x 10uF x 10-6=200欧姆
C2 = 20uF电容
Xc1 = 1/2π fc = 1/2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
欧姆

总电容电抗

Xc（总计）=Xc1+Xc2=200Ω+90Ω=290Ω
Ct=（C1 x C2）/（C1+C2）=10uF x 22uF/10uF+22uF=6.88uF
Xc=1/2πfCt=1/1/2πx 80 x 6.88uF=290Ω

电路电流

I=E/Xc=10V/290Ω

两个电容器的电压连续下降。电容分压器的计算公式如下：

Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V

如果电容器的值不同，则与大值电容器相比，小值电容器可以充电到更高的电压。

例1中记录的C1和C2的电压电荷分别为6.9和3.1。现在由于计算是基于Kirchoff电压理论，因此单个电容器的总电压降等于电源电压值。

注意:

串联电容分压器上的两个电容器的压降比在供电频率不变的情况下保持不变。

因此，根据例1,6.9和3.1伏特是相同的，即使电源频率从80到800Hz最大化。

示例2

如何找到电容器电压降使用相同的电容器使用的例子1?

Xc1=1/2πfC=1/2πx 8000 x 10uF=2欧姆

Xc1=1/2πfC=1/2πx 8000 x 22uF=0.9欧姆

I = V/Xc(total) = 10/2.9 = 3.45安培

因此，Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V

Vc2=I x Xc2=3.45A x 0.9Ω=3.1V

由于两个电容器的电压比保持不变，随着电源频率的增加，其影响表现为组合电容电抗以及总电路阻抗的降低。

阻抗降低会导致更大的电流，例如，在80Hz时的电路电流约为34.5mA，而在8kHz时，电源电流可能会增加10倍，约为3.45A。

因此可以得出结论，通过电容分压器的电流与频率I成正比∝ F

如上所述，电容分压器包括连接的一系列电容器，它们都会降低交流电压。

为了找出正确的电压降，电容分压器取电容器的电容电抗值。

因此，它不能作为直流电压的分压器，因为在直流中电容器会阻止电流，从而导致零电流流动。

分频器可用于电源由频率驱动的情况。

电容式分压器的电子应用范围很广，从手指扫描装置到Colpitts振荡器。它也被广泛地用作电源变压器的廉价替代品，其中电容分压器用于降低高电源电流。