电容器如何平滑能量？

我正在尝试将注意力集中在电容器的工作原理上。我了解他们存储费用，并且通常了解如何，但是我不了解如何使用它们来“平滑”费用流。例如，电动机从充电电容器中汲取功率时，从电源汲取功率时不会做同样的事情吗？这是什么意思使收费平滑？如何处理？

电容器不存储电荷。这是一个毫无价值的声明，因为它基于具有多个含义的“收费”一词。请忘记您曾经听过的。它们也不能使能量平滑。他们平滑的是电压。

我会回答您的问题，但是首先您必须真正了解电容器的工作原理。

电容器存储的是能量。电路中流动的东西是电荷。我们以安培为单位测量电荷流率。电荷量以库仑为单位。因为电荷永远不会产生或销毁，所以每当我们测量电荷时，我们通常都在计算流过隐喻门的电荷。除了一些非常奇怪的电路以外，电子设备中的总电荷也是恒定的。它非常像一个封闭的液压系统：其中有一些流体，您可以移动它，但是没有流体进入或泄漏。您可以计算有多少流体流过某个点，但是它必须来自某个地方，并且必须流到其他地方。

想象一下，如果您有一个充满液体的球形容器。在容器中心下方是一块橡胶板，您可以通过向一侧推动流体并从另一侧泵出流体来拉伸。那就是电容器的样子：

这是由比尔·贝蒂（Bill Beaty）出色的电容器误解引起的。

当您向一侧推水时，必须从另一侧排出等量的水。此外，一旦该橡胶膜被拉伸，它想要恢复为平直的。因此，一侧的水压将高于另一侧。如果要卸下塞子并用软管更换，水会流到橡胶没有拉伸。

现在，用“电荷”代替“水”，用“电压”代替“压力”，您就有了一个电容器。

现在想象一下两艘船，一艘船大小像一个高尔夫球，一艘船大小像一个游泳池。每个中间都具有相同的拉伸膜。如果将一汤匙的水泵入高尔夫球大小的容器中，则膜将被拉伸很多，因此，两边之间的压力差会很大。如果对游泳池大小的容器进行同样的操作，则膜几乎不会移动，压力差将比没有差一点。

这就是电容。它告诉您，对于给定数量的水，压差是多少。它告诉您，对于通过电容器移动的给定电荷量，电压将是多少。它定义为：

哪里：

• $C$是电容，以法拉为单位，
• $q$电荷通过电容器移动，以库仑为单位，并且
• $V$是电压，以伏特（您猜对了）为单位。

不要挂在“库仑”上。库仑是指如果1安培的电流流过1秒钟，电荷会流过一个点多少。或者，2安培持续半秒钟。或1/2安培2秒钟。

如果进行了微积分，您将认识到电荷是电流的积分。换句话说，电荷是电流，距离是速度。您可以将“安培”替换为“每秒库仑”-单位完全相同。

使用该知识和一些基本的演算，还可以根据电压和电流来定义电容：

这就是说：电压随时间的变化率（每秒伏特）等于电流（每秒安培或库仑）除以电容（法拉）。

如果您有一个1法拉电容器，并且要通过它移动1安培（每秒1库仑），那么电容器两端的电压将以每秒1伏的速率变化。

如果将该电容加倍，则电压的变化率将为一半。

我认为，这就是您问题的答案。经常在电源两端放置电容器以保持电压稳定。之所以起作用，是因为您拥有的电容越大，改变电压就越困难，因为这样做需要更多的电流。

在此应用中，电容器不能平滑能量，而是可以平滑电压。它们通过提供能量存储来实现，在瞬态高电流期间负载可以从中汲取能量。这使电源的工作更加轻松，因为它不必处理电流的大变化。实际上，电容器有助于平均负载电流需求，如电源所见。

平滑电容器通常用于抑制电源线上的电压纹波。他们通过定期存储和补充能量来做到这一点。下图显示了全桥式整流器中这些电容器的非常普遍的使用情况。

如您所见，当输出电压下降时，平滑电容器会放电并补充能量。这会使输出电压“均匀”，这就是为什么该电容器被称为“平滑”电容器的原因。

电容器可以将负载连接到理想电压源，从而给您的负载带来错觉。

例如，您的电源有一些内部电阻，并且由于长引线可能会产生很大的电感。

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

添加电容器可以使负载Vs在开关打开/关闭时大致看到。否则，随着负载的打开/关闭，电源电压将变化。

是的，它的工作方式基本上相同。但是，电容器的容量通常比电池低。当您将负载连接到电容器时，其电荷和电压将随着时间的流逝而降低。这就是为什么它被称为平滑。电池以完全相同的方式执行此操作，但由于容量较高，因此速度要慢得多。

在平滑电压信号的意义上也是平滑的。如果我们通过一些可变电压信号同时对电容器充电和放电，您将了解电容器在上升沿充电。在下降沿，电容器可以“帮助”另一个电源，从而使下降沿更加平滑。最终，这可能导致电压几乎恒定。

想象一下电容器就像一杯有孔的水，所以无论多快注入玻璃，通过孔的输出都大致相同。电容器就是这样工作的，首先充电，然后提供输出，该输出可以滤除噪声并提供干净的输出，而不管输入如何波动。