电容的构成与应用原理 电容的工作阶段分析

很多硬件设计的初学者可能对电容的充放电的印象还停留在课本的公式中，并不形象，那么今天就带大家好好分析一下电容这个元件和充放电的过程，然后用仿真来给大家建立直观的分析和记忆，在电路设计中，如果不能深刻理解每个元器件的工作机理和工作阶段，那么在遇到问题时，尤其是多个因素组成的问题时，便会一筹莫展。

1.电容的构成与应用原理：

电容的构成是两个极板，极板之间可以承载电荷，所以电容本质上是一个电荷的容器。电容由于封装和加工问题，不得已会产生寄生的电感和电阻参数【这个后期会详细讲】，今天咱们主要分析电容的特性，分析在直流电源给电容充电过程中电容的各个阶段的状态。

2.电容的工作阶段分析：

电容从供应商制造出来，必然是不带电荷的，也就是电容的初始状态(无电荷存量)，而我们设计者，在使用电容构成电子产品后，也是无电荷的，当我们把产品的电源接上到产品使用完断开电源恢复没电的过程中，电容会经历如下几个过程：

【过程1:充电阶段，过程2：满电阶段，过程3：放电阶段。】

这里把电容的公式【初始电荷为0】写上，提醒大家别忘记电容还有公式，每一个阶段也是有理论计算相支持的。电容充电电路图：

电容放电电路图：

电容充电公式：

其中Uc(t)是电容工作过程中的每个时刻电压。V1是充电电源电压。exp是指数形式。

电容满电公式：

电容放电方式：

电容充电和放电响应，其衰减快慢与 RC 有关。τ=RC 为一阶电路的时间常数，它的大小反映了电路过渡过程时间的长短。

电容的另外两个基础公式，可以计算充电时间，以及和电容相关的掉电保持时间：

这里通过电容C和充电电压dU可以计算电荷量dQ，再通过电荷量dQ/支路消耗的电流I，就可以得到充电(放电)时间dt。

【注意：电容在充电时，当做负载看待，电容在放电时，当做电源看待】

3.电容的充电,满电与放电阶段分析与仿真示意图：

时刻1-电容无电荷，初始状态电压为0，下一时刻进入充电状态;

时刻2-电容两端开始充电，进入充电状态，电压随之从0升高;

时刻3-电容两端电荷充满，电压不变，进入满电状态;

时刻4-电容两端此刻开始电荷放电，电压降低，进入放电状态;

时刻5-电容两端电荷放电完毕，电压降为0，进入初始无电荷状态;

【时刻1-3是充电阶段，时刻3-4是满电阶段，时刻4-5是放电阶段】

【对比记忆：假设水池里有2个水龙头，水龙头1注水，水龙头2放水，这架构很相似，同样是三个阶段】

阶段1：水龙头1打开给水池注水到满了，水平面上升;

阶段2：:保持满水状态;

阶段3：水龙头2打开给水池放水，水平面下降，直到水池无水。

审核编辑：汤梓红