电容基础知识：特性、应用及计算方法详解

电容基础知识：特性、应用及计算方法详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_44176501/article/details/143647190

电容是电子电路中常见的元器件之一，具有隔直通交、储能、滤波等多种功能。本文将从电容的基本概念出发，详细介绍其特性、应用及计算方法，帮助读者全面理解电容在电路中的作用。

一、电容是什么

1. 概念
   电容就是两块不连接的导体加上中间的绝缘材料。其本身能够存储电荷，当在这两个互相导体两端增加电压的时候，就会形成电场，从而存储电能。它具有两个特性：一个是隔直通交，另一个是电压两端不会发生突变。

2. 注意事项

• 电解电容正负极一定不能接反，如果接反轻则烧坏，重则爆炸。
• 电解电容正接的时候也不能超过额定电压，当超过一定数值后，同样会产生爆炸。判断时，可以看供电电源的电流变化情况，如果在不断增加，那说明存在爆炸的风险。

3. 串联和并联计算公式
   总结：并联的总电容等于各电容之和，串联的总电容等于各电容倒数之和。和电阻的特性正相反。

二、常见电容特性

电容特性如下表：
（此处省略具体表格内容）

根据不同电容器的特性进行电容的选择。

三、电容两端电压不能突变

电容两端电压不能突变，只要电容不充电放电，电容两端的电压就不会变。注意：电容两端的相对电压不能突变，但是两端电压可以同时突变。

1. 电容作用说明
   当一个电源控制两个电阻时，会发现电阻两端的电压是突变的，类似于冲击信号那种。如果把其中一个电阻换成电容，就会发现电压不会突变，而是更加温和的变化。

2. 举例说明
   下图为一个电路图，为了体现电容的特性，进行如下操作与说明：

• S2和S3都不闭合
  这个时候电路不导通，A点和B点都为0V

• S2闭合
  S2闭合后,因为电容两端会一起突变，因此A点和B点电压都为5V

• S2闭合，A点和B点到达5V后
  此时电源开始给电容充电，B点电压开始下降，最后到0V

• S2闭合，电容充满电后
  A点保持为5V，B点保持为0V

• S2断开S3闭合
  此时因为B点连接电源，瞬间被抬升到5V，A点要与B点一起瞬间变化，因此被抬升到了10V。

  具体电平变化过程如下：

四、利用电容的储能实现上电延时和断电延时

1. 电容的储能特性
   电容可以理解为是一个小电池，电容的充电速度与电容大小以及充电电流有关。

• 电容充电时间常数：
  R是电阻的阻值，单位为Ω；
  C是电容的电容值，单位是法拉F。

• 时间常数定义
  时间常数τ：是电路的一个特性时间，它表示电容电压达到最终电压的约63%所需要的时间。每经过一个时间常数，电容电压就会接近最终电压的63%。基本五个时间常数后，就认定电容完成了充电。

  

• 举个例子
  假设电阻R=1KΩ和电容C=1uF，那么时间常数τ为：
  这个电路的充电过程将会在大约1ms内发生显著的变化。

2. 充电延时时间计算
   下面这种电路设计比较常见：

   右侧为一个常见的器件，一般情况下器件的使用需要使能，比如需要达到2V的电压才能使能成功，当电阻为10k、电容为1uF时，充电的延时时间为多大呢？

   计算充电延时时间的大小：
   已知参数：
   电阻R=10K 电容C=1uF 电源电压=3.3V 目标电压=2V

   计算步骤：

• τ的计算

• 充电公式

• 解方程

  取自然对数(ln):
  解得

  上面就计算出了延时的时间，如果想做改变，改变RC即可，大家可以合理利用人工大数据模型，通过大数据模型计算结果，上述计算过程就利用大模型做了辅助。

3. 电容的储存功能实现断电延时
   如下图
   电容本身就是一个小电池，左侧电路在关闭电源后，小灯会迅速熄灭，而右侧的电路因为存在电容，会在关闭电源后，小灯会延迟一会再完全熄灭。

五、电容的稳压功能

电容一般可以作为滤波电路器件去使用，滤波一般分为有源和无源滤波，如果单纯使用电阻和电容去配合使用进行滤波，就是无源滤波，日常中比较常见的，通过运放和电阻电容去配合进行的滤波一般称为有源滤波。

1. 有源滤波和无源滤波的区别

• 有源滤波
  提供更好的频率响应、更高的灵活性、更精确的滤波和增益能力，适合需要高性能、可调和放大信号的应用。但它需要外部电源，功率消耗较高，且设计更复杂。

• 无源滤波
  结构简单，功率消耗低，适用于对成本、功耗敏感、滤波要求不是非常精确的场合。缺点是无法提供增益，且高频响应较差。

2. 电容解决电源跌落问题
   电容在电源跌落中起到重要的缓冲作用。电源跌落一般是由外部电源暂时失稳、负载突增、或电源线路造成。在这种情况下，电容能通过储存的电容并在短时间释放出来，弥补电源跌落问题，从而稳定电压，维持电路的正常工作。

   举例说明
   下面两个图，进行电容解决电源跌落的简单说明。图一在S4未闭合前，Vout保持一个稳定的输出，当S4闭合时，电容会进行充电，这个时候由于供电电流不能瞬间达到要求，电压就会被拉低，因此就会出现电源跌落。

   

   为了解决这个问题，在R9电阻旁边并联一个电容，当出现电源跌落时，C5电容会迅速放电，从而满足电路的需求，同时电源也输出有效电流，C5会再次充电，为后面出现的问题做准备。

   

六、电容容抗计算方法

电容在频率越高时，容抗越小，频率越低时，容抗越大。

计算公式：

通过公式就可以知道，为什么直流电通不过电容，因为频率为0的时候，容抗会无穷大。