基础元器件—电容最全面知识

什么是电容

这是一种在直流电路中用处甚少的器件，但在交流电路（电压与电流变化的电路）中却非常有用的器件。

两个相互靠近的极板就构成了一个电容，也正因为如此，在信号高速变化的电路板上，由于两条铜箔导线构成的电容会改变电路参数造成电路失常，所以在高速PCB布线时需要特别注意这一点。电容在电路中用字母C表示，单位是F（法拉），还有更小的单位，它们之间的换算为 1F = 1000mF = 1000000uF , 1uF = 1000nF = 1000000pF

电容符号

文章较长，越后面涉及的内容越深，请耐心品读

常见的电容

电解电容特点是容量大，耐压较高，缺点是漏电流大。因为长得像水塔，性能也像水塔，所以像电源滤波这种电流变化快的电路是非常容易看到它的存在的，旁路，音频耦合也有它的身影。电解电容是有极性电容，使用时要注意极性，任何电容所加的电压也不可高于其耐压，水塔爆炸的威力可是不小的哦。电解电容的容量和耐压已经直接标在外壳了，直接读取即可

贴片电解电容

CBB电容也称聚丙烯电容，这是一种无极性电容，因能代替大部分聚苯或云母电容，性能也相近，所以这一类电容统称成CBB电容，CBB电容多用于谐振，耦合，降压和交流电机的启动（若有想了解具体的启动电容在交流电机里的作用可以评论留言，我会专门发一篇文章讲解），在一些使用小型蓄电池的充电手电筒里面最容易见到由CBB电容构成的阻容降压电路。容量采用三位数标法，第一和第二位表示有效数，第三位表示乘数，单位是pF,例如224表示22*10^4 = 220000pF = 220nF

CBB电容

交流电机启动用CBB电容

瓷片电容分高压和低压瓷片电容，通常用于高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容，高压瓷片电容常用于倍压整流电路中，常见于高电压电路，比如电蚊拍。低压瓷片电容常见于磁带播放机或收音机里（一般使用电压不会高于20V）

低压瓷片电容

高压瓷片电容

安规电容因其失效后，不会导致电击，不危及人身安全，而常用于抗干扰电路中的滤波作用，在开关电源的EMI滤波电路中常见到它的身影，开关电源中的X电容和Y电容只是接法不同，其电容本质都是这种电容

安规电容

钽电容电容中的贵族，特点是容量大，无电解液，所以使用寿命长，但耐压较低，可以在空间较小的电路中代替电解电容，因其价格昂贵，能用电解电容的地方绝不会使用它。容量一般直接标出，耐压使用字母表示，比如图中的V226表示耐压35V，容量22uF

钽电容

钽电容耐压表

贴片电容容量较小，耐压较小，稳定性好，一般用在高密度、低电压的电路中，在手机、电脑、便携式设备中较常见

贴片电容

电容在实际电路的应用

在说电容的应用时，我们应该了解电容的特点，电容具备如下三点特点：

1.它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力。

2.在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即电压有建立过程，因此，电容器上的电压不能突变。

3.电容器的容抗与频率、容量之间成反比。即分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小

滤波--其实它的过程就是储能，一个电压不是平稳的，它时大时小，就比如一个220V的交流整流后得到的脉动直流一样，它按100Hz（全波整流）从最小0V变化到峰值310V，如果我们不滤波，假如后续电路的最小工作电压是50V，在电压0V到50V之间的时间内，轻则电路不工作，重则直接损坏。如果我们选择的滤波电容容量足够，电压在0V到50V之间变化的时间内，我们也能从电容里面获得能量供给后续电路。附上开关电源输入与输出电容粗略选择经验，交流电压85V--265V时按输出功率每瓦2--3uF，输入230V+-15%时每瓦1uF，输出电容按输出电流每安培1000uF,较直接的计算方法是 RL*C >> 1/f

电容在滤波中的应用

旁路--通俗的讲就是给不希望出现在电路中的信号（噪声也是一种信号）提供一条通道到地（电子学中的地并非指大地，而是一个电路中的公共点），使其不会影响到后续电路。附上数字电路芯片VCC脚旁路电容（也可叫去耦电容）选择值10MHz选0.1uF,100MHz选择0.01uF

旁路电容

耦合--耦合和旁路的区别是，旁路是把信号传到地，而耦合是传递信号到后续电路，在放大电路中，用以隔绝两级放大电路的直流影响（电容是隔直通交的），并且传递信号

耦合电容

谐振--在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。通俗的讲就是给谐振电路注入和谐振频率相同的信号，谐振电路就会发生谐振,谐振频率仅由电感L和电容C决定，电阻R决定谐振电路的品质因数。谐振计算公式 f = 1/(2π√LC)

a并联谐振 b串联谐振

延时--从电容的特点我们可以知道，电容的电压是不可以突变的，不管放电还是充电，电压都是缓慢变化的。如图所示，如果我们在Vin端接上一个12V的电源，相应的电容两端（Vout）的电压会缓慢上升，直到等于电源电压，现在我们撤去电源电压，电容不再有充电电流，因为电容有漏电流，此时电容两端电压又会缓慢下降。当然，较准确的控制放电时间的做法是并联一个电阻

延时电路

电容的进阶学习

电容其实可以近似的看成一个依赖频率的电阻元件，因为它是依赖频率的，所以欧姆定律在电容的计算上是无法使用的，而相应的变成I = C*(dV/dt），公式中 I 是充电电流，C是电容容量，dV是电源加在电容两端的电压（如果电容原来有电压，dV是减去电容电压后的值），dt是时间

电容公式

时间常数--一个由电阻和电容构成的充电电路中，它的充电时间和电压的关系可以从时间常数中反映出来t = RC，一个电容从0V冲电到电源电压需要的时间是5个RC时间，而第一个RC时间可以充电到0.707个电源电压，如图所示，假如R1 = 10K，C = 100uF，Vin= 10V，t = RC = 10000*0.0001 = 1(s),即Vout电压等于0.707*10V = 7.07V（一RC时间）时所用的时间为1秒

编辑：黄飞