从根本上知道何时使用电容器/电感器

电器工程 电容器 电感器 电路分析
2022-01-18 01:30:31

在查看使用电容器或电感器的简单电路并试图找出它存在的原因时,我总是绊倒,而不使用“过去的经验”。

我的意思是,如果我们需要限制电流,我们知道我们需要使用一个电阻器,并且我们知道如何计算出我们需要的电阻器。如果我们需要将电压降低到我们再次知道的值,我们可以使用电阻器。

如果我们需要阻止特定方向的电流流动,我们知道我们需要使用二极管。

所有这些都可以用数学方法计算出来,并作为电路 101 “学习”。

但我似乎无法找到如何知道何时使用电容器的信息,例如:我们有 X 和 Y 而不是 Z……“哦,所以我们需要一个电容器”。

我在电路中看到的所有关于电容器的解释都来自人们的实践知识或过去的经验……没有这些,你就不会知道你需要一个电容器。

我在学校做一些电子产品的兄弟把他们正在制作的简单电路图带回家,但里面有一个电容器。

您如何在不依赖过去经验的情况下锻炼并知道您需要一个电容器“我发现如果我坚持使用电容器它会有所帮助......”您如何从开始/设计阶段学习或知道何时使用电容器?

4个回答

在没有适当知识的情况下,最好的可视化方法是电容器允许高频信号通过它。电感器允许低频信号通过。

知道了这一点,您可以通过以下方式在电路中使用它:

电容器:

  • 如果您在通往 IC 的电源线上有不需要的噪声(高频),您可以在 IC 上并联一个电容。这将“让”高频噪声到达地面,而不是通过 IC。

  • 如果你有一个快速开关的部分,它想从电源线(高频)获取瞬时电流。电源线会下降,这看起来像是电源线上的高频信号。电容器通过将其存储的电荷“提供”一些给 IC 来阻止这种情况,直到电源可以赶上。

  • 如果您有不需要的直流电压(低频),它将阻挡直流信号,只允许交流/射频(高频)通过。因此,如果您有交流信号,则可以串联一个电容器,以确保没有直流通过并伤害电路的其余部分。

电感:

  • 如果您有不需要的噪声,您可以使用与并联电容器类似的方式串联电感器(分流器)。因此,您的 5V 线路正在通过一根长电缆,并且可能在此过程中拾取了一些噪音。串联电感器可能会有所帮助。

任何比这更具体/复杂的事情都需要真正的电路知识。电容器或电感器的任意放置都可能是 EMI/纹波/噪声缓解。

因此,如果您是一个爱好电子产品的人,并且您的 5VDC 线路有点波动,那么您可以尝试将几个电容器接地。同样,这只是一个非常基本的示例。

编辑:出于复杂的原因,这些组件有很多用途。我所说的事情是它们更随意使用的一个例子。增益级、运算放大器电路和滤波器结构中的电容器/电感器是不同的野兽,是通过分析而不是“经验”选择的。

如果我们需要阻止特定方向的电流流动,我们知道我们需要使用二极管。

如果我们需要阻止直流,我们使用电容器。

如果我们需要阻止非常高频的交流电,我们会使用电感器。

如果我们需要设计一个滤波器,我们(可以)使用电阻器、电容器和电感器(以及运算放大器和晶体管等)。

如果我们需要设计开关模式电源,我们会使用电容器、电感器和二极管。如果我们需要设计更好的开关模式电源,我们可以用 MOSFET 代替二极管。

如果我们需要降低电源上的纹波电压,我们会使用一个大电容器。如果我们需要进一步降低纹波,我们也可以使用电感器。

如果我们需要在电路之间提供隔离,我们可以使用两个磁耦合的电感器来制作变压器。

如果我们需要将方波转换为更高的电压,我们可能会使用二极管和电容器。

如果我们需要制作特斯拉线圈,我们会使用电容器和电感器(并且清晰可见)。

电容和电感元件有几种直观的方法,具体取决于我们正在考虑的原理图。

  1. 频率相关电阻 - 当原理图是线性时,使用正弦信号或接近正弦信号。这种方法效果很好。一个例子是使用电容器和绕组作为滤波器元件,阻挡部分或全部交流信号。

  2. 一种节能设备——当电容或电感在某些脉冲原理图中工作时,这种方法非常有用,作为时间预设元件——不同的 RC、LC 或 RL 振荡器、脉冲发生器。在这种情况下,正确的方法是将电容器和电感器视为蓄能器。电容器将能量存储为电荷/电压,电感器将能量存储为电流。只要能量需要一些时间来积累/消散,这种方法就解释了为什么电容上的电压和通过电感的电流不能立即改变。

当然,所有这些都是对现实的粗略概念,但它可以快速直观地分析原理图并了解其一般工作原理。为了更精确地分析当然必须使用精确方程。

电容器在电子电路中可能有许多不同的用途。这些是我能想到的:

  1. 作为电源线上的能量罐。要么降低电源本身的电压纹波,要么降低电路某些部分(例如功率级)的功耗变化对电源电压的影响。
  2. 与电阻器和/或电感器一起作为滤波器的一部分。滤波器旨在提供特定的频率响应曲线。有些消除高频(低通滤波器),有些允许特定频带通过(带通滤波器。这就是使无线电接收器仅接收一个电台的原因),...
  3. 作为耦合电容器,用于线性晶体管放大器。必须对这种放大器施加直流偏置才能正常工作。问题是两个连续的放大器通常不会在相同的偏压下工作。您必须防止直流电流从一级流向另一级,而要放大的交流信号必须通过。这就是你放置电容器的原因。