電子領(lǐng)域包含衡量、輔助和影響每個電子設(shè)備的功能和性能的各種參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)之一是交流電路中的阻抗。英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師介紹，在設(shè)計過程中必須準(zhǔn)確評估各種組件引起的阻抗，以做出明智的設(shè)計決策。

此外，電容和阻抗等參數(shù)必須保持在可接受的設(shè)計限制范圍內(nèi)，否則即使是精確的設(shè)計也可能無法提供所需的功能。在某些情況下，需要將一個參數(shù)轉(zhuǎn)換為另一個參數(shù)。此外，在進(jìn)行詳細(xì)的交流電路分析時，需要將電容等參數(shù)轉(zhuǎn)換為阻抗。因此，設(shè)計人員了解交流電路中電容和阻抗之間的關(guān)系至關(guān)重要。

一、交流電路中電容器的作用

電容器是無源電子元件，以靜電場的形式提供能量存儲。當(dāng)交流電路中的交流電達(dá)到峰值時，電容器充電，當(dāng)交流電降低時，電容器釋放電荷。這種行為允許電容器起到臨時存儲的作用，使電流超前電壓90度。

工程師使用電容器來提高交流電路中的功率因數(shù)。例如，為電機(jī)等感應(yīng)負(fù)載供電的交流電路會導(dǎo)致電流滯后。添加電容器有助于補償滯后電流并使功率因數(shù)更接近統(tǒng)一。功率因數(shù)校正可提高能源使用效率并減少電費。

（1）低通濾波器中的電容器

在PCB設(shè)計中，電容常用于低通或高通濾波器。這是因為電容器的阻抗是通過它的交流信號頻率的一個因素。電容器通常會阻止較低頻率的信號，同時允許較高頻率的信號通過。

上圖為低通RC濾波器。電容器被分流到地。因此，高頻信號被引導(dǎo)到地面。這可以防止高于截止頻率的高頻噪聲傳遞到負(fù)載。

低通RC濾波器的截止頻率由以下等式定義：

您可以通過以下拉普拉斯變換的傳遞函數(shù)更好地理解濾波器的行為：

（2）高通濾波器中的電容器

同時，電容與輸入信號串聯(lián)，形成高通濾波器。根據(jù)下圖，電容器阻止直流或低頻信號通過負(fù)載。只有高于截止頻率的信號才允許通過。

RC高通濾波器的截止頻率如下：

高通RC濾波器的傳遞函數(shù)由下式給出：

電容器的電容

下圖為電容器的解剖結(jié)構(gòu)：

電容器包含兩個由稱為電介質(zhì)的絕緣材料隔開的導(dǎo)電板。電容器的電容與其極板的表面積成正比，與極板的間距成反比。電容還取決于分隔這些板的物質(zhì)的介電常數(shù)。

電容由以下等式表示：

其中C是電容，q是電荷，V是導(dǎo)電板上的差分電勢。

現(xiàn)在我們對電容有了更好的了解，讓我們來看看交流電路中的阻抗。

二、了解交流電路中的阻抗

阻抗是電路或組件對交流電流的有源電阻，由電抗和歐姆電阻的綜合影響演變而來。換句話說，阻抗只是交流電路中電阻原理的延伸。我們還將其定義為施加電壓時電流與能量流的阻力的任何障礙或測量值。

更專業(yè)的定義是電路對單一頻率交流電的流動提供的阻力。總之，它是我們以歐姆為單位測量的電抗和電阻的組合，用符號Z表示。

但是，電抗(X)表示組件對AC的電阻，而阻抗(Z)是電阻和電抗的總和。我們使用以下公式將其顯示為復(fù)數(shù)：

這里，復(fù)阻抗為Z。
我們將阻力表示為R（真實方面）。
我們將電抗表示為X（虛方面）。

值得注意的是，電抗可以是負(fù)的也可以是正的，而電阻總是正的。此外，電抗將能量存儲在磁場或電場中，電路內(nèi)的電阻將功率作為熱量耗散。

現(xiàn)在我們已經(jīng)探討了交流電路中的阻抗，讓我們看看如何計算電容器的阻抗。

三、如何計算電容器的阻抗

電容器將一定水平的電容引入電路。在功能上，電容器以電勢的形式提供臨時電能存儲，其中電容器的電流超前其電壓90°。電容阻抗公式如下：

XC是電容電抗，表示電容器在特定頻率下的電阻值。上式可進(jìn)一步展開如下：

這里，電容器的阻抗為ZC。角頻率為ω，我們計算為：

我們將信號的頻率表示為f，電容器的電容表示為C。

就電容器參數(shù)而言，理想電容器的電阻為零。然而，實際電容器的電抗和阻抗對于所有電容和頻率值都是負(fù)的。電容器的有效阻抗（絕對值）取決于頻率并隨頻率降低。

從上面的等式可以明顯看出，電容器的電抗與電容和頻率成反比。因此，更高的電容和更高的頻率轉(zhuǎn)化為更低的電抗。這允許在低通或高通濾波器設(shè)計中將電容器與其他組件一起使用，并阻止選擇性頻率。

盡管交流電路中的電容很容易辨別，但交流電路中的參數(shù)阻抗需要進(jìn)行徹底的電路分析。牢記這一點，更深入地了解電容和阻抗之間的關(guān)系非常重要。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的“電子基礎(chǔ)：交流電路中分析電容器阻抗的重要性及其計算方法”。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)。