电容定义

2025年3月17日 | 阅读 3 分钟

材料物体或设备的储存电荷的能力称为电容。它被量化为电荷变化与电位差之比。互电容和自电容是两个易于理解的电容概念。带电物体与地之间的电势可用于测量可充电电器的自电容。当测量两个元件的互电容时,一个用于增加电路中电容的基本线性电子元件,电容器的功能变得非常关键。

Capacitance Definition

影响两个导体之间电容的唯一因素是它们的几何形状、彼此之间的距离、相对表面积以及它们之间任何电介质的介电常数。许多电介质材料的电容和介电常数与导体的总电荷以及它们之间的电势差无关。电容的国际单位制单位称为法拉(符号:F),以英格兰物理学家迈克尔·法拉第命名。一个 1 法拉的电容器,带有 1 库仑的电荷,其极板之间的电势差为 1 伏特。电容的倒数称为兆欧。

内部电容

在讨论电路时,通常将两个相邻导体之间的相对电容(例如电容器两极板之间的电容)称为电容。然而,每个孤立的导体也表现出自电容,这是一种电容。它是通过将提高孤立导体电势所需电荷量除以测量单位(例如一伏特)来计算的。电势定义为导体位于半径为无穷大的空心导电球体内的中心点。

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电容测量

一种名为电容表的电子测试仪器用于测量电容,主要用于分立电容器。对于大多数应用和场合,电容器必须始终从电路中移除。

数字电压表(DVM)通常包含电容测量功能。它们通常通过施加已知电流来对测试电容器充电和放电,同时监测电压上升速率;上升速率越慢,电容越大。虽然宽范围并不罕见,但 DVM 通常只能检测纳法到几百微法的电容。另一种确定电容的方法是将已知的 O 高频交流电施加到被测设备上,然后测量产生的电压(不适用于极化电容器)。

更先进的设备使用其他方法,例如将待测电容器连接到电桥电路。通过调整其他桥臂的值(以使电桥平衡)来确定未知电容器的值。这种间接电容测量技术保证了更高的精度。由于使用了开尔文连接和其他细致的设计方法,这些设备通常可以测量从皮法到法的电容器。

杂散电容

任何两个相邻的导体都可以作为电容器,尽管电容通常很低,直到导线在大范围或长时间内彼此靠近。术语“寄生”或“杂散电容”指的就是这种电容。杂散电容可以通过信号泄漏到通常隔离的电路中(一种称为串扰的现象),从而阻止电路在高频下正常工作。

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电容器

用于电子电路的大多数电容器的电容通常比法拉小几个数量级。微法 (F)、纳法 (nF)、皮法 (pF) 和飞法 (fF) 是当今最常用的电容单位。虽然寄生电容元件可能小到飞法,但专门设计的超级电容器可以大得多(可达数百法拉)。

如果已知导体几何形状和绝缘体的介电特性,则可以计算电容。以下是对此的定性解释。为了增加所需电压,首先必须将正电荷施加到导体上。然后,这个正电荷会形成一个电场,该电场会排斥任何更多的正电荷施加到导体上。但是,如果邻近导体带有负电荷,则正导体电场对排斥第二个正电荷的作用会减弱。因此,由于第二个导体的负电荷,更容易将正电荷施加到已带有正电荷的第一个导体上,反之亦然;因此,所需的电压会降低。


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