电容的电流电压关系与电容降压电源
电容电路课件
电容电路课件一、纯电容电路的基本概念1、纯电容电路的组成（1）电阻器、电容器和电源（2）电容器两端的电压与电流的关系2、纯电容电路的特性（1）电容的特性曲线是通过坐标原点的直线，时不变特性曲线。
（2）电容的电流与电压的变化率成正比。
（3）电容的电流超前电压90度。
二、纯电容电路的分析方法1、动态分析法（1）定义：在电容电路中，由于电源的改变引起电路中电流和电压的变化，这种变化称为动态变化。
因此，对电容电路进行分析的方法称为动态分析法。
（2）动态分析法的步骤：①根据电路的结构和参数，建立电路方程。
②根据电路方程求解电流和电压的变化规律。
③画出电流和电压的变化曲线，分析电路的工作过程。
2、稳态分析法（1）定义：在电容电路中，当电路达到稳定状态时，电流和电压的值不再随时间变化，这种状态称为稳态。
因此，对电容电路进行分析的方法称为稳态分析法。
（2）稳态分析法的步骤：①根据电路的结构和参数，建立稳态电路方程。
②根据稳态电路方程求解电流和电压的值。
③画出电流和电压的波形图，分析电路的工作波形。
三、纯电容电路的应用实例1、电容降压电路（1）工作原理：利用电容在交流信号作用下可以产生瞬时电流的原理，将交流电源加在电容两端，使电容充电，当充电到一定程度时，电容两端的电压达到极限值，此时电容放电，完成一个周期的充放电过程。
在电路中，通过改变电容的容量和数量，可以控制输出电流的大小和方向。
（2）应用实例：LED手电筒、电子门铃等。
2、电容滤波电路（1）工作原理：利用电容的充放电特性，将高频信号通过电容传递到下一级电路中，同时将低频信号或直流分量进行抑制或隔离。
在电路中，通常将滤波电容与电阻器、电感器等元件组成RC滤波网络或LC滤波网络，以实现更精确的滤波效果。
（2）应用实例：开关电源、电子稳压器、整流器等。
四、纯电容电路的实验与设计1、实验内容（1）电容器的充电和放电实验（2）电容器的充放电时间常数测量（3）电容器的应用实验，如滤波器、延时器等2、设计内容（1）电容降压电路的设计（2）电容滤波电路的设计（3）电容延时电路的设计（4）电容储能电路的设计五、纯电容电路的注意事项1.注意安全使用电容器，避免电容器过压、过流、过温等情况。
电容基础3——阻抗和容抗
今天我们来学习电容在交流电情况下的特征表现。
一、电容的电压和电流关系将电容接在交流电的电源两端，附上电压表和电流表查看波形：在交流电的激励下，电容上电压和电流的关系如下：可以看到电压波形和电流波形都是正弦波，相位上，电流波形比电压波形提前90°（π/2），或者说滞后270°（3π/2）。
不过我们还是习惯用提前90°（π/2）的说法。
这也很好理解，回顾第一篇电容文章（皮特：电容基础1——储能和滤波）。
其中，我们对电容在直流电源激励下的充放电过程有详细解释：直流电源对电容充电，刚开始充电的时候，电容电流最大，电压为0，电路相当于短路；充电完毕后，电流为0，电容电压最大，电路相当于开路。
交流也有类似的过程，电流的峰值对应电压为0V，电压的峰值对应电流为0A，所以相位差90°（π/2）。
二、电容的电阻——容抗在纯电阻的电路中，电压和电流在相位上没有任何差异，两者波形变化趋势是一致的。
而在存在电容或电感的电路中，电压和电流在相位上有差异，衡量这种电路需要用到“阻抗”的概念，它是一种更广泛意义上的“电阻”，特别的，对于纯电容造成的阻抗，称为“容抗”。
容抗的计算公式如下：可以看到容抗的大小和电容容量、信号频率有关系。
以下，我们把之前例子中电容的容量从1000uF（1mF）增到大10000uF（10mF），看一下效果：图中，电流和电压相位差没变，但由于电容容量增大，容抗变小，所以电流变大为50A了（之前是5A）。
对于混合了电容、电感、电阻的阻抗计算就更复杂了，在此我们略过：而对于纯电容或者纯电感电路的阻抗计算，在相位问题上，有些同学记不住是电容的电流领先于电压，还是电感的电流领先于电压，总是搞混。
这里有个小技巧，就是想象一个英文单词——“ICE”（冰），I代表电流，C表示电容，E表示电压，在“ICE”这个单词中I领先于E，代表了电容上电流和电压的相位特性，这样是不是更容易记忆？三、实验案例——Transformerless电压变换我们利用电容的阻抗，实现一个无变压器（Transformerless）的电压变换（降压），能够让LED直接接在220VAC市电上。
阻容降压原理和计算公式
阻容降压原理和计算公式-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1阻容降压原理和计算公式阻容降压原理和计算公式,电容降压式电源将交流式电转换为低压直阻容降压原理和计算公式这一类的电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。
它的输出电压通常可在几伏到三几十伏，取决于所使用的齐纳稳压管。
所能提供的电流大小正比于限流电容容量。
采用半波整流时，每微法电容可得到电流（平均值）为：（国际标准单位）I(AV)=*V/Zc=*220*2*Pi*f*C=*220*2**50*C=30000C=30000*=0.03A=30mAf为电源频率单位HZ;C为电容容值单位F法拉;V为电源电压单位伏V;Zc=2*Pi*f*C为阻抗阻值单位欧姆.如果采用全波整流可得到双倍的电流（平均值）为：I(AV)=*V/Zc=*220*2*Pi*f*C=*220*2**50*C=60000C=60000*=0.06A=60mA一般地，此类电路全波整流虽电流稍大，但是因为浮地，稳定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。
使用这种电路时，需要注意以下事项：1、未和220V交流高压隔离，请注意安全，严防触电！2、限流电容须接于火线，耐压要足够大（大于400V），并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻。
3、注意齐纳管功耗，严禁齐纳管断开运行。
电容降压式电源将交流式电转换为低压直流电容降压原理电容降压的工作原理并不复杂。
他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。
例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。
当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。
虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。
根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。
buck电路计算公式推导
buck电路计算公式推导Buck电路是一种常用的降压转换器，广泛应用于电子设备和电源系统中。
它通过将输入电压降低到较低的输出电压，提供所需的功率供应。
为了理解和设计Buck电路，我们需要推导出其计算公式。
首先，我们来看一下Buck电路的基本原理。
Buck电路由一个开关管（MOSFET）和一个电感（L）组成，与输入电压（Vin）和输出电压（Vout）相连接。
除此之外，还有一个输出电容（C）用于滤波。
在正常工作状态下，开关管不断地以高频率打开和关闭，形成一个周期性的开关行为。
当开关管关闭时，电感中的电流将通过二极管流回电源。
当开关管打开时，输入电流流经电感，并通过负载供应给输出电压。
那么，如何推导Buck电路的计算公式呢？首先，我们需要根据基本电路理论，分析电感和电容的电流和电压关系。
根据基尔霍夫定律，可以得到下面的公式：Vin - Vout = L(di/dt)其中，di/dt表示电感电流的变化率。
这个公式说明了电感中的电流变化速率与输入和输出电压之间的关系。
接下来，我们需要考虑开关管的导通和截止状态。
在导通状态下，开关管的电压约等于0，电感中的电流开始增加。
而在截止状态下，开关管的电压为输入电压Vin，电感中的电流开始减小。
这两种状态交替出现，形成了开关频率。
在导通状态下，开关管的电压为0，因此 Vin = Vout。
将此代入上面的公式，我们可以得到：0 - Vout = L(di/dt)根据电感的电流变化规律，我们可以得到di如下：di = (Vout/L)dt接下来，我们将上面的公式代入电路的基本方程，得到：Vin - Vout = (Vout/L)dt通过对这个微分方程的求解，我们可以得到：Vout = Vin(1 - e^(-t/(L/R)))其中，L是电感的电感值，R是负载电阻。
这个公式被称为Buck 电路的输出电压公式。
那么，如何选择合适的电感值和负载电阻呢？首先，电感的选取应该满足转换器的功率需求，并且能够承受所需的电流。
浅谈阻容降压电源的隐患
浅谈阻容降压电源的隐患阻容降压阻容降压是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。
例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。
当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。
虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，因为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。
根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。
例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。
因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。
同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。
因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。
因此，电容降压实际上是利用容抗限流。
而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。
采用电容降压时应注意以下几点： 1. 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。
2. 限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。
而且电容的耐压须在400V以上。
最理想的电容为铁壳油浸电容。
3. 电容降压不能用于大功率负载，因为不安全。
4. 电容降压不适合动态负载。
5. 同样，电容降压不适合容性和感性负载。
6. 当需要直流工作时，尽量采用半波整流。
不建议采用桥式整流，因为全波整流产生浮置的地，并在零线和火线之间产生高压，造成人体触电伤害。
而且要满足恒定负载的条件。
容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，VD2为半波整流二极管，VD1在市电的负半周时给C1提供放电回路，VD3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。
交流通过电感电容降压原理
交流通过电感电容降压原理电感电容降压原理是一种常见的电压降低方法，它可以将高电压转换为较低的电压，从而满足不同电路或设备的要求。
本文将简要介绍电感电容降压原理的基本概念、工作原理、应用领域以及优缺点等相关内容。
一、基本概念电感电容降压是一种非线性电压降低方式，通过电感和电容的组合来实现。
其中，电感是由有线的线圈组成，能够存储能量并通过电磁感应原理将能量传递给其他电路元件；而电容则是由两个带电的金属板和介质构成，能够存储电荷并产生电场。
二、工作原理电感电容降压器的工作原理基于电压和电流之间的关系，通过电感和电容之间的相互耦合实现对输入电压的降低。
当电源接通后，电感储存了一部分能量，形成磁场；而电容则吸收电感上的电流，并存储电能。
当电源的电压和电流波动时，电感和电容中的能量也会相应地波动，通过它们之间的能量传递来维持输出电压的稳定。
因此，电感电容降压器能够实现输入电压的稳压和降压功能。
三、应用领域电感电容降压器广泛应用于电子设备和电路中，具有以下一些优点：1.稳定性：通过电感和电容的耦合，电感电容降压器能够稳定输出电压，适合需要稳定电压的电子设备和电路。
2.减小峰值电压：电感电容降压器可以减小输入电压的峰值，提供更稳定的电压输出。
3.降低电源成本：通过电感电容降压器可以将高电压转换为较低的电压，从而减少电源的电压要求，降低成本。
4.降低散热量：相比于使用线性电源降压的方式，电感电容降压器能够减少热量的产生，减轻散热的负担。
电感电容降压器的应用领域包括但不限于以下几个方面：1.电子设备：如电视、电脑、手机等消费电子产品中，通过电感电容降压器可以降低电源的高电压，提供适配的电压供给。
2.电源适配器：电感电容降压器可以将220V或110V的交流电压转换为较低的直流电压，为各种电子设备提供合适的电源。
3.电动机驱动：在电动机驱动中，常使用电感电容降压器来提供稳定的电压和电流，实现电动机的正常运行。
4.汽车电子系统：在汽车电子系统中，电感电容降压器可以将汽车电瓶提供的高电压降低到适配各个电子设备的电压。
电容降压电路中电容与电流关系
查看文章电容降压式电源中电容器的选用及注意事项2009年12月29日星期二23:28电容降压式电源中电容器的选用及注意事项来源：无线电作者：谷兴胜电容降压式电源中电容器的选用及注意事项在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。
通过电容器把交流电引入负载中，对地有220V电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中，本弱点也可克服。
如冰箱电子温控器或遥控电源的开╱关等电源都是用电容器降压而制作的。
相对于电阻降压，对于频率较低的50Hz交流电而言，在电容器上产生的热能损耗很小，所以电容器降压更优于电阻降压。
通过电容器电流的大小，受该电容器容抗Xc＝1╱（2πfC），Xc的单位是欧姆；交流电频率f 的单位是赫兹；电容器C的单位是法拉。
当将不同容量的电容器C（如图1所示），接入AC220V 50Hz的交流电路时，其C的容抗及其所能通过的电流如附表所列。
该电流即电容器C所能提供的最大电流值。
值。
电容量0.33 0.39 0.47 0.56 0.68 0.82 1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 （uF）容抗（kΩ） 9.7 8.2 6.8 5.7 4.7 3.9 3.2 2.7 2.1 1.8 1.4 1.2电流23 27 32 39 47 56 69 81 105 122 157 183 （mA）用电容器降压制作电源时，必须注意以下几点：（1）经电容器降压后，必须如图2所示经整流、滤波及稳压二极管稳压后，才能获得电压稳定的电源（注：整流电路也可用半波整流）。
（2）电容器耐压最好在630V以上，并应用无极性的电容器，有极性电容器不能用。
（3）在电容器两端并联500K-1M的泄放电阻。
（4）若需要加电源开关，为防止浪涌电流对负载RL并联，如图3所示。
（5）在组装调试过程中要用1:1隔离变压器接入AC220V电路中，以防触电。
电容降压式直流稳压电源__容值与电流的关系
电容降压式直流稳压电源__电容值/电流计算与稳压电路设计摘要：在交流输入电源高电压（150V～264V/50Hz）的地区，在电风扇、面包机等小型家电中，其小信号控制部分需求电流＜50mA时，电容降压式电源有广泛的应用。
该电源具有电路简单、成本低廉、可靠性高、无干扰辐射等明显优势。
本文给出了降压电容与输出电流的简单计算公式，并设计需求电流＞30mA的稳压电路，在交流输入上、下限电压时，保证稳压输出足够电流。
一、简介电容降压式电源的工作原理如上图所示，是一个典型的电容降压式电源，C102为降压电容，在C103上产生V1的直流电压，再通过R102稳压到Vout。
R101为限制冲击电流电阻，取值金属膜0.5W4.7～10Ω；D101/D102用1N4148即可。
先描述一下一个交流电周期的工作过程：设在XS101端输入交流电压Uin（上正下负），C102上的电压为U（左正右负），当Uin从0V变为负时，D101反压截止，D102导通，Uin通过D102向C102反向充电，因R101极小，D102的导通压降相对于交流输入电压来讲忽略不计，在Uin为负、且负增长时， U=Uin； U一直跟随Uin到达负峰值Uin＝一V M，V M为交流输入电源电压的峰值，U＝一V M，D102截止；Uin到达负峰值后开始上升， D101仍然反压截止；当Uin上升到一V M +V1后，D101开始导通（压降忽略不计），给C103充电，U=Uin一V1；一直充到Uin= V M（正峰值）停止，此时U= V M一V1； Uin开始下降，D101截止；当Uin下降到V M一V1时，D102又开始导通，如此循环。
从上面的描述看到，输入交流电压Uin通过C102对C103充电的过程为，Uin从一V M +V1开始，以正弦波到V M结束；对应的U从一V M开始，正弦波到V M一V1结束。
二、根据电容计算电流、或反之设C102的容值为C，向C103充电时C102上的电流为I，平均输出电流为I out，一个完整正弦波周期时间为T（频率为f），I = C*dU/dt，整个周期的输出电流，由几乎是半个周期的充电电流提供：I out * T = ∫I*dt = （C*dU/dt）dt = C*∫dU【U从（一V M） Æ（V M一V1）】= C*（2*V M﹣V1）C*（2*V M一V1）Î I out ＝‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐＝ C*（2*V M一V1）*f 。
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电容的电流电压关系与电容降压电源1.电容电压与电流的关系
1.1：概述
电容两端的电压不能突变,有一个充电的过程,而随着电容充电逐渐充到饱和，电容的容抗也会随之增加，容抗增加会导致通过电流两端的电流减小，所以电容中，电压滞后于电流,在纯电容电路中,电压滞后于电流90度。
1.2电容两端充放电的电流电压波形(在交流电中，直流电
中也是类似滴)
如上图所示，当电容的容值固定的前提下，在交流电路中，两端的电压如上图(a)所示，电流如上图（b）所示，
1.3电容的容抗
有电流流过。
容抗Xc计算公式如下：
Xc = 1/(2πfc)
f = 交流信号的频率（一般情况下是50，因为中国的市电
是50hz的）
c = 电容的容值
2.电容降压电源概述
1.1:上图电路概述
上图所示，电容降压利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗（Xc）来限制最大工作电流，即通过限流后终端负载拉低了输出电压，电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器与负载两端电压的角色。
这种电路相对于变压器降压和开关电源降压的方式成本要低廉得多。
可以说成本低廉是这种降压供电方式的唯一优点;它的缺点其实是很多的。
1.2：电路工作原理
图中R1的作用是为了当电源断开的时候给电容C1一个放电回路，达到电压平衡，这个电阻的存在主要是出于安全考虑的。
AC220V经过电容C1降压后来到D1，D1的作用是将从电容中流过的交流电整流为脉动直流电。
Z1的作用是将交流电的正半周电压稳压位13V，Z1的作用不仅仅是稳压，在交流电的负半周的Z1的任务是为电容C1放电通路，因为要保证C1在整个交流电周期内都是工作的，否则电容C1充满电后就不会放电了，电容两端电流会非常小，起不到为后级负载供电的作用。
D1整流之后电压就会在12V左右，在经过E1/C2的滤波，可以将通过D1的脉动直流电滤波的更加平滑一些（关于电容为什么要选这个容值，这里写的是大概值，详细怎么选，请参考三极管开关的按键滤波部分）。
图中R2和R3的作用都是为了防止负载断路时烧坏稳压管用的，R2保护了Z1，R3保护了Z2（当然，也可以把R2/R3看成一节保险丝）。
1.3：对电容降压电路的理解
C1起到了限流的作用，它决定了电路中的最大电流，当负载一定的情况下，C1也就决定了负载上可以得到的电压，最终到了限流的作用。
1.4：C1降压电容的容值计算
∵AC220V的频率固定为50HZ
∴需要根据负载来设置C1的容值
注：电容本身的原因，负载电流不能太大，最好不要超过100mA，因为电容本身是有内阻的，而只要有电阻的地方就会产生热量，而电容爆炸只有两种原因，一是过压爆炸，二是过热爆炸。
∴假设电容的后级负载的电压应在15v左右，电流应在50mA左右，
∴根据公式I=U/Xc = (220-20)/Xc = 50mA
∴Xc = 4000R
∵根据公式Xc = 1/(2πfc)=4000R，且f = 50hz
∴得出c ≈ 800nf，所以电容C1的容值应为800nf左右
1.5：电容降压电路缺点
输出电流小、电压随负载变化波动大、由于与市电直通，非常不安全……因此这种降压方式应用范围有限，只能用在输出电流很小，并且人不易触摸到的场合使用。
注意：降压电容必须是无极性电容，且要有足够的耐压值，一般为电容工作时两端电压最高时的2倍以上。
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