電容分壓器

分壓器電路可以由無功元件構成，就像它們可以由固定值電阻器構成一樣容易。

但就像電阻電路一樣，電容分壓器網路不會受到電源頻率變化的影響，即使它們使用的是電容元件，因為串聯鏈中的每個電容器都會受到電源頻率變化的影響。

但在我們更詳細地研究電容分壓器電路之前，我們需要更多地瞭解容性電抗以及它如何影響不同頻率的電容。

在我們關於電容器的第一篇教程中，我們看到一個電容器由兩個平行的導電板組成，這兩個導電板由一個絕緣體隔開，在一個板上有一個正（+）電荷，在另一個板上有一個相反的負（-）電荷。我們還看到，當連線到 DC（直流）電源時，一旦電容器完全充電，絕緣體（稱為電介質）就會阻擋通過它的電流。

典型電容器

電容器就像電阻器一樣阻止電流流動，但與電阻器以熱量的形式耗散其不需要的能量不同，電容器在充電時釋放能量，並在放電時釋放能量或將能量釋放回連線電路。

電容器通過在其板上儲存電荷來抵抗或“反應”電流的能力被稱為“電抗”，並且因為該電抗涉及電容器，因此稱為電容電抗 （ Xc），並且類似電阻，電抗是也用歐姆來衡量。

當完全放電的電容器連線在諸如電池或電源的 DC 電源上時，電容器的電抗最初非常低，並且當電容器板以指數方式充電時，最大電路電流流過電容器非常短的時間。

在等於大約 5RC 或 5 個時間常數的一段時間之後，電容器的極板充滿電，等於電源電壓，並且沒有其他電流流動。此時，電容器對直流電流的電抗在兆歐區域內達到最大值，幾乎是開路，這就是電容器阻斷直流的原因。

現在，如果我們將電容器連線到連續反轉極性的 AC（交流電）電源，則對電容器的影響是其電路板與所施加的交流電源電壓相關地連續充電和放電。這意味著充電和放電電流總是流入和流出電容器板，如果我們有電流，我們還必須具有電抗值來抵抗它。但它的價值是什麼，以及決定容抗的價值的因素。

在關於電容和電荷的教程中，我們看到電容器板上存在的電荷量（ Q）與電容器的施加電壓和電容值成比例。當施加的交流電源電壓（ Vs）值不斷變化時，板上的電荷也必須改變值。

如果電容器具有較大的電容值，那麼對於給定的電阻，R 對電容器充電需要更長的時間，因為 τ= RC，這意味著充電電流流動的時間更長。對於給定頻率，較高的電容導致較小的電抗值 Xc。

同樣，如果電容器具有小的電容值，則需要較短的 RC 時間常數來對電容器充電，這意味著電流將流動較短的時間段。電容越小，電抗值 Xc 越高。然後我們可以看到，較大的電流意味著較小的電抗，較小的電流意味著較大的電抗。因此，電容性電抗是反比於電容器的電容值，XC α -1C.

然而，電容不是決定容抗的唯一因素。如果施加的交流電流處於低頻，則電抗具有更多的時間來累積給定的 RC 時間常數，並且反對指示大的電抗值的電流。同樣地，如果施加的頻率高，則在充電和放電迴圈之間幾乎沒有時間來建立電抗並且抵抗電流導致更大的電流，這表明電抗更小。

然後我們可以看到電容器是阻抗，並且該阻抗的幅度取決於頻率。因此，較大的頻率意味著較小的電抗，較小的頻率意味著較大的電抗。因此，電容電抗，Xc（其復阻抗）與電容和頻率成反比，容抗的標準公式如下：

電容電抗公式

• 哪裡：
• Xc =以歐姆表示的電容電抗，（Ω）
• π （pi）= 3.142 的數值常數
• ƒ =以赫茲為單位的頻率，（Hz）
• C =法拉的電容，（F）

串聯電容器中的電壓分佈

現在我們已經看到了對電容器充電和放電電流的反對如何不僅取決於其電容值而且取決於電源的頻率，讓我們看看它如何影響兩個串聯的電容器，形成一個電容分壓器電路。

電容分壓器

考慮兩個電容器 C1 和 C2 串聯連線在 10 伏的交流電源上。由於兩個電容器是串聯的，電荷 Q 上它們是相同的，但是在它們之間的電壓將是不同的並涉及它們的電容值，如 V = Q / C。

分壓器電路可以由無功元件構成，就像它們可以由電阻器構造一樣容易，因為它們都遵循分壓器規則。以此電容分壓電路為例。

可以以多種方式計算每個電容器兩端的電壓。一種方法是找到每個電容器的容抗，總電路阻抗，電路電流，然後用它們來計算電壓降，例如：

電容分壓器例項 No1

在上面的串聯電路中使用 10uF 和 22uF 的兩個電容，計算每個電容器在 80Hz 時的 10 伏有效值電壓下的有效值電壓降。

10uF 電容器的電容電抗

22uF 電容器的電容電抗

串聯電路的總容性電抗 - 請注意，串聯的電阻與電阻串聯在一起。

要麼：

電路電流

然後，串聯電容分壓器中每個電容的電壓降將為：

當電容器值不同時，較小值的電容器將自身充電至比較大值的電容器更高的電壓，並且在上面的示例中，這分別是 6.9 和 3.1 伏。由於基爾霍夫電壓定律適用於該電路和每個串聯電路，因此各個電壓降的總和將等於電源電壓的值，VS 和 6.9 + 3.1 確實等於 10 伏。

注意，無論電源頻率如何，串聯電容分壓器電路中連線的兩個電容器上的電壓降的比率將始終保持不變。然後，即使供電頻率從 80Hz 增加到 8000Hz，如圖所示，在我們的簡單示例中，上面的 6.9 伏和 3.1 伏的兩個電壓降也將保持不變。

電容分壓器例項 No2

使用相同的兩個電容器，計算 8,000Hz(8kHz) 的電容電壓降。

雖然兩個電容器兩端的電壓比可以保持不變，但隨著電源頻率的增加，組合的容抗電阻會降低，因此總電路阻抗也會降低。阻抗的減小導致更多電流流動。例如，在 80Hz 時，我們計算出上面的電路電流約為 34.5mA，但在 8kHz 時，電源電流增加到 3.45A，增加了 100 倍。因此，流過電容分壓器的電流與頻率成比例或 Iαƒ 。

我們在這裡看到，電容分壓器是串聯電容器的網路，每個電容器都有一個交流壓降。由於電容分壓器使用電容器的容抗值來確定實際電壓降，因此它們只能用於頻率驅動電源，因此不能用作直流分壓器。這主要是由於電容器阻斷 DC 並因此沒有電流流動的事實。

電容分壓器電路用於各種電子應用，從 Colpitts 振盪器到電容式觸控式螢幕，當人手指觸控時改變輸出電壓，用作降低高壓等電源變壓器的廉價替代品，如在使用低壓電子裝置或 IC 等的電源連線電路中。

因為我們現在知道，兩個電容器的電抗隨頻率變化（以相同的速率），因此電容分壓器電路上的分壓將始終保持不變，保持穩定的分壓器。