电路学习——电容的作用
电路学习——电容的作用
电容是电子电路中常见的元器件之一，其作用多样且重要。本文将详细介绍电容在电路中的主要作用，包括降压、滤波、延时、耦合和旁路等。通过具体的电路原理和公式解释，帮助读者深入理解电容的工作机制。
1. 降压作用
在220V交流电路中，如果直接连接一个小灯泡（假设为10V、10Ω），小灯泡会被烧毁。但是，如果在电路中串联一个电容，根据串联分压原理，可以将电压分配给电容和小灯泡。假设电路频率为50Hz，要使小灯泡两端电压为10V，可以通过电容容抗公式计算出所需电容容量：
Xc = 1 / (2πfc)
其中，Xc是电容的容抗，f是频率，c是电容值。代入数值计算可得，此时电容容量约为1.5μF。
为什么不用一个2.1kΩ的电阻代替电容？因为电阻消耗的是有功功率，会发热。而电容消耗的是无功功率，几乎不消耗能源也不发热。
使用电容降压时，需要在电容旁并联一个大电阻。这是因为断电后，电容上可能仍存有高电压，存在触电危险，需要用一个电阻来消耗掉这部分电压。
2. 滤波作用
电容的滤波作用基于其容抗特性。根据电容容抗公式Xc = 1 / (2πfc)，当通过直流电时，Xc近乎无限大，因此直流信号无法通过；当电压频率无限大时，电容容抗约为0，此时电压几乎全施加在电阻上。
上图描述了频率与幅度的关系。Fc是截至频率，当频率达到截至频率时，输出信号的幅度可以达到输入信号的70%。这意味着低频信号被削减得更多，而高频信号则削减得较少。
3. 延时作用
在单片机控制中，有时需要对高电平信号进行延时处理。这可以通过RC延时电路实现。电容延时的原理是：电容充电需要时间，从10%到90%的充电过程需要的时间是2.2RC。因此，在单片机前加一个RC延时电路，可以让高电平信号产生一个小的延时。
4. 耦合作用
在两个用电器之间放置一个电容，可以实现信号的耦合。此时，电路中的直流信号会被电容过滤，而交流信号则可以在两个用电器之间流通。
5. 旁路作用（过滤高频信号）
在芯片前放置一个电容并让其接地，可以起到旁路作用。由于电容容抗Xc = 1 / (2πfc)，频率越高，电容容抗越小，因此高频信号会通过电容流向地，从而避免芯片受到高频信号的干扰。旁路电容需要尽量靠近芯片，以减少噪声电磁干扰的影响。