什么是電容分壓器：工作及其應用

2022-04-30

什么是電容分壓器：工作及其應用

通常在電子產(chǎn)品中，分壓器或分壓器是無(wú)源線(xiàn)性電路，用于提供作為其輸入電壓一部分的輸出電壓。這里，分壓是在分壓器組件之間分配輸入電壓的結果。在分壓器電路中，兩個(gè)電阻串聯(lián)連接，輸入電壓通過(guò)兩個(gè)電阻給出，輸出取自?xún)蓚€(gè)電阻之間的連接。根據應用，有不同類(lèi)型的分壓器電路可用，例如電阻式、電感式、低通 RC 濾波器和電容式分壓器。本文簡(jiǎn)要介紹了其中一種分壓器，即電容分壓器及其與應用程序的合作。

什么是電容分壓器？

電容分壓器是一種以電容為分壓元件的分壓電路。與電阻器類(lèi)似，電容器也可用于形成分壓器電路，以便根據電容器值將電壓分成電路的各個(gè)部分。與使用電阻的分壓器電路類(lèi)似，電容器串聯(lián)起來(lái)形成帶有電壓源的分壓器網(wǎng)絡(luò )。

電容分壓器

電容分壓器如何工作？

與電阻網(wǎng)絡(luò )相比，電容網(wǎng)絡(luò )分壓器更復雜，因為電容器是電抗器件。所以電路中電容提供的電阻主要取決于輸入信號的頻率。電容電阻可以用 Xc 表示，以歐姆為單位。電容器響應與電容器的電容值成正比。

所以，XC ∝ 1/C

如果源電流的頻率較低，則電容器的充電時(shí)間會(huì )增加。同樣，如果電流源的頻率很高，那么電容器的充電時(shí)間就會(huì )減少。最后，我們確定頻率“F”，容抗為“Xc”，電容值為“C”，則方程為；

XC ∝ 1/C

XC ∝ 1/f

容抗公式 Xc = 1/2πfc

在哪里，

“Xc”是歐姆 (Ω) 內的電容器電抗

“f”是以赫茲 (Hz) 為單位的頻率

“C”是電容器的電容，以法拉 (F) 為單位

'π' 是數字常數 (3.1416)

電容分壓器電路

電容分壓電路如下圖所示，用于計算電容的分壓規則。在下面的分壓器電路中，兩個(gè)電容器與“Vs”等電壓源串聯(lián)。之后，電壓源可以分為兩個(gè)，一個(gè)電源通過(guò) C1 電容器，另一個(gè)電壓通過(guò) C2 電容器。此外，電路中的 VC1 表示整個(gè) C1 電容器的電壓，而 VC2 是整個(gè) C2 電容器的電壓。

電容分壓器電路

因此，組合電容可以給出：

1/Ceq = 1/C1 + 1/C2

Ceq = C1C2/C1 + 1/C2

通過(guò)源提供的電荷量 Q = Ceq Vs，基本上是

Q = (C1C2/C1 + 1/C2) VS

“C1”電容器的電壓為 Vc1

VC1 = Q1/ C1

VC1 = (C1C2/C1 + C2) x Vs/C1

VC1 = Vs/(C1 + C2) x C2

“C2”電容器的電壓為 Vc2

VC2 = Q2/C2

VC2 = (C1C2/C1 + C2) x Vs/C2

VC2 = Vs/(C1 + C2) x C1

因此，整個(gè)電容器的單個(gè)電壓是相反電容的一小部分，乘以整個(gè)電容和電壓。

示例問(wèn)題

電容分壓器僅適用于交流和直流，但交流和直流的公式幾乎相同。因此，下面將解釋交流和直流電容分壓器電路的示例問(wèn)題。

電容式交流分壓器電路示例

示例電容式交流分壓器電路圖如下所示。電壓源為120V；頻率為 1500 赫茲。電路中的兩個(gè)電容簡(jiǎn)單串聯(lián)，其中第一個(gè)電容值VC1 3uF 與電容Xc 為30ohms。第二個(gè)電容值如 VC2 為 1uF，電容 Xc 為 60ohms。

交流分壓器電路

VC1 和 VC2 等電容器的輸出電壓降為，

3uF電容的電抗為；

XC1 = 1/2πfC1 => 1/(2*3.142*1500*3*10^-6) => 10^6/28278 => 35 歐姆

1uF電容的電抗為；

XC2 => 1/2πfC2 => 1/(2*3.142*1500*1*10^-6) = 10^6/ 9426 => 106 歐姆

該電路的完全容抗為，XC= XC1+ XC2= 35Ω + 106Ω = 141Ω

電路中的電流為，

I = V/XC = 120V/141Ω = 0.85mA

每個(gè)電容器上的電壓降為，

VC1 = I*XC1 = 0.85mA*35Ω = 29.75V

VC2 = I*XC2 = 0.85mA*106Ω = 90.01V

電容式直流分壓器電路示例

電容式直流分壓器的電路圖如下所示。電壓源為 9V，兩個(gè)電容串聯(lián)，VC1 為 3uF，VC2 為 1uF。在這里，直流分壓器根據 V = Q/C 等公式分離電壓。如果電路的頻率為 12000Hz 或 12kHz，則評估 DC 的輸出電壓

直流分壓電路

3uF電容的電抗XC1 = 1/2πfC1 = 1/(2*3.142*12000*3*10^-6) = 10^6/226224 = 4.420Ω

1uF電容電抗XC2 = 1/2πfC2 = 1/(2*3.142*12000*1*10^-6) = 10^6/75408 = 13.26Ω

可以使用 XC= XC1+ XC2 = 4.420Ω + 13.26Ω = 17.68 Ohms 來(lái)計算電路的完整容抗。

I = V/XC = 9V/17.68Ω = 0.50mA

每個(gè)電容器上的電壓降為，

VC1 = I*XC1 = 0.50mA*4.420Ω = 2.21V

VC2 = I*XC2 = 0.50mA*13.26Ω = 6.63V

注：CT = (C1*C2) /(C1+C2) 也可以使用其他電容分壓器公式，之后，XCT = 1/2πfCT。

的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

電容分壓器的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

便宜。

熱量損失較少。

它們可以在交流電或直流電上工作。

安裝成本低。

頻率相關(guān)。

電容分壓器具有帶寬寬、響應速度快、穩定性好、分壓比大等優(yōu)點(diǎn)，具有快速脈沖信號測量等優(yōu)點(diǎn)。

電容分壓器的缺點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

挺重的。

工作效率會(huì )因過(guò)熱而降低。

一些分壓器僅適用于交流電。

應用

電容分壓器的應用包括以下內容。

這種分壓器用于降低電壓以測量高電平電壓。

這些是快速上升的電壓和脈沖測量的理想選擇。

在微控制器中，它用于測量傳感器的電阻。

該分壓器可用作連接各種工作電壓的邏輯電平轉換器電路。

這些電路用于不同的電子應用，從 Colpitts 振蕩器電路到電容式觸摸屏。

這些分壓器廣泛用于電子束加速器中，以評估 ns（納秒）范圍內的高壓 o/p 信號。

簡(jiǎn)單的電容分壓器用于測量納秒到微秒范圍內的高壓信號。

因此，這完全是關(guān)于電容分壓器的概述，以及交流和直流電路中的示例。該電路使用電位差并將其分離，同時(shí)保持電壓比。這是一個(gè)問(wèn)題，什么是電阻分壓器？