我們知道電容具有以下性質:

隔直通交的功能,並且對電流有阻抗作用,叫做容抗XC=1/2πfC;通過電容的電流與加在兩端的電壓相位差90°,並且電流超前於電壓。電流的大小爲電壓的變化率i=Cdu/dt。具有充放電功能,當在其兩端加上直流電壓的時候,其兩端的電壓按指數規律上升,經過若干時間後與電源電壓一致;通過的電流按指數規律下降,經過若干時間後電流降低到零;由於直流電只是在很短的時間內對電容器充電,之後便不能通過,因此我們說直流電不能通過電容器;但一旦充電就能將電能儲存起來,也即電壓不變。如果外部電壓降低或接上負載就開始放電、降低電壓。

雖然交流電從表面上看能夠通過電容器,但從微觀的角度分析,它本質上並沒有穿越過電容器,只不過是在其兩個極板不斷進行充放電而已,這是其導電的本質;這一點上與電阻、電感、電解液、半導體等完全不同。當電壓加在這些物質上的時候會有電流從其中通過。請看下圖,設加在電容器兩端的正弦電壓的週期爲T,紅色曲線爲正弦電壓(激勵),綠色曲線線爲電流(響應),我們用相位角ωt代表時間(二者是一致的,任一時刻的相位角/ω=t)。注意電流是因爲電壓的變化引起的(也即激勵與響應)。

圖一 輸入電壓與電流波形及相位

圖二 充放電電壓、電流方向及極板電荷

a.在0-90°期間,即第一個T/4週期,外電壓u對電容充電,充電電流向右,電容器極板電荷上正下負,隨着電壓的上升到最大值,充電電流逐步減小到零,第一個週期完成了充電,此時的電容就是一個負載,電壓和電流方向一致;b.在90°-180°期間,也就是第二個T/4週期,外電壓減小,電容開始放電,放電電流方向向左,上極板正電荷逐步減少,下極板負電荷逐步被中和,兩極板間的電壓逐步減小到零,而電流達到最大;這個階段將第一個1/4週期的電荷全部中和掉;此時的電容就是一個負載,電壓和電流方向相反; c.在180°-270°之間,也就是第三個T/4週期,外電壓反相,對電容器二次反向充電開始,此時上極板爲負,下極板爲正,電壓逐步升高到負的最大,電流逐步減小到零,電流方向仍然向左;此時的電容就是一個負載,電壓和電流方向一致;d.在270°-360°之間,也就是第四個T/4週期,外電壓在減小,電容開始放電,此時上極板爲負,下極板爲正,電壓逐步減小到零,電流逐步增大到最大值;電流方向向右通過以上的分析,我們看出電流並沒有從極板之間通過,只不過是在極板上充電、放電不斷進行而已;並且一個週期內電容充放電各兩次。這也是電容屬於非耗能元件的原因,它並不消耗能量,但存在能量的吞吐。正因爲電容的上述功能,因此它可以改變輸出電壓的極性(因爲它在充電和放電時的電流方向發生了改變,如果串聯電阻的話,其兩端的電壓方向必定也指改變)。如下圖所示三極管基本放大電路,當沒有耦合電容C2的時候,其輸出電壓UAB爲脈動直流電壓(大小變化,方向不變)

三極管基本放大電路

如果增加了耦合電容C2以後,就變成了交流電,(大小和方向均做變化)

三極管基本放大電路

這就是電容導電的本質,在使用中我們應該掌握其特性,對於分析電路十分有用。

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