电容浅谈的基本认识

电场能

电容 是一种能够储存电荷和电能的电子元件,它由两个相互靠近的导体中间夹一层绝缘介质组成,通电时可以积累电荷,断电后能缓慢释放电能,在电路中起到滤波、隔直流、通交流、稳压和储能的作用。

电容是衡量一个导体或导体系统(最常见的是由绝缘体隔开的两个导体,即电容器)储存电荷能力的物理量

正负极判断

电容

储存电荷的能力。单位是法拉F,符号C

在水管系统中接入的一个储水罐或水塘。容值越大,体积越大、存储电荷的能力越强

F法拉 符号是C

  • 毫法: 1 mF = 0.001 F = 10⁻³ F (不常用)

  • 微法: 1 µF = 0.000001 F = 10⁻⁶ F (非常常用,如电解电容)

  • 纳法: 1 nF = 0.000000001 F = 10⁻⁹ F (非常常用,如瓷片电容、薄膜电容)

  • 皮法: 1 pF = 0.000000000001 F = 10⁻¹² F (非常常用,如小容量高频电容)

电容定义式:

体积越大,容值越大

\\boldsymbol{Q=C\\cdot U

  • Q:极板储存电荷量,单位 库仑 (C)

  • C:电容容量,单位 法拉 (F)

  • U:电容两端电压,单位 伏特 (V)

物理含义:电容存储的电荷,等于电容值乘以两端电压。电压越高,电容上面储存的电荷就越多。

固态聚合物铝电解(固态电容)

特点:固态导电聚合物电解质,耐大纹波、寿命长、不会漏液

用途:主板、显卡、服务器开关电源

钽电容

特点:同容量体积远小于铝电解,漏电流小、稳定性好;

价格贵、耐压偏低,反接 / 过压极易起火

封装:黄色方块贴片为主

用途:精密仪器、车载、军工、小型设备电源稳压

万用表测电容

先放电,短接

1、万用表调整到电容的档位

2、红表笔接电容口,黑表笔接com口

3、电容的正负极,长的正极、短的负极

4、红表笔接正极,黑表笔接负极,充电后可以查看对应的容值,具体看录音

电容的特性

https://www.bilibili.com/video/BV1UU4y1r72W/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click\&vd_source=8464edfc04e519e820a7ef30c922a04c

信号:承载我们想要传递信息的电信号(电压 / 电流变化) 电路依靠电压高低、电流大小来传递指令、数据、采集到的物理量。-示波器观察

噪声:叠加在有用信号上、我们不想要的、随机 / 杂乱的电压 / 电流波动,属于干扰 噪声本身不带任何有效信息,会污染有用信号。

1、充电和放电功能

充电过程:以"电容+电源+led"电路为例 闭合开关瞬间:电源正极向电容正极板充正电,负极向负极板充负电,电路中有电流;极板电荷逐渐积累,极板间电压逐渐接近电源电压,电路电流逐渐减小。

  • 充电结束:极板电压=电源电压,电流=0,电容相当于"开路"(隔直特性的本质)

放电过程:将充电后的电容与led,演示: 开关打开瞬间:电容极板电荷通过电阻释放,电路中有反向电流。

放电中:极板电荷减少,电压降低,电流逐渐减小至0

充电

电容的充电 是指 电容在电源作用下,两个极板上逐渐积累等量异种电荷的过程

放电

电容的放电 是指 充电后的电容,通过外接回路释放极板上积累的电荷的过程

仿真

延时

从零充到90% 很快,从90%充满很慢

通过电容达到延时作用

耦合

滤除了直流 ,让交流信号传递给后级电路,通过耦合电容的是有用的信号 ---过滤的作用

旁路

滤除高频交流信号

给芯片供电时加一个电容,高频干扰信号通过小电容流向地

电容所在的电路(旁路电路)与芯片必须紧靠 ,不然他们之间的距离太远会受噪声、电磁干扰影响

电容的串联和并联

  • 电容并联:总容量相加。

  • 公式:C总 = C1 + C2 + ... + Cn。

并联后容量变大。

  • 电容串联:总容量变小。

  • 公式:1/C总 = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn。

2、电容通交流 阻直流

AC 交流电 DC 直流电

示波器

直流电

通过函数发生器,产生交流电波形

1、可以产生不同的波形

2、常见的波形:正弦波 、三角波、方波

3、频率:单位时间周期性变化次数

3、占空比:在周期性脉冲信号 中,高电平持续时间整个信号周期的百分比。

4、振幅:10vp 等于10v,-10v

5、偏置:调整上下位置

练习

1、观察交流电和直流电的波形

2、函数发生器观察交流电的波形

通过交流电,阻碍直流电

直流电的时候:

当两个极板上的电荷 "装满" 时(电容两端电压 = 电池电压),"水压平衡" 了 ------ 电池再也推不动更多电荷流向极板(就像水桶两边的水都满了,水流停止)

交流电的时候:

电容对交流不是 "真的让电流穿过",而是通过 "反复充放电",让电路中产生了持续的交流电流,看起来就是 "交流能过去"。

3、电容的容抗

容抗,顾名思义,就是电容对交流电的阻碍作用。

你可以把它想象成类似于电阻对电流的阻碍,但其物理本质和特性与电阻截然不同。

  • 核心原理:电容是由两块极板中间夹着绝缘介质构成的。直流电无法通过电容,因为绝缘介质阻断了电荷的直接流动。但在交流电路中,由于电压的方向和大小在不断变化,它会对电容进行反复的充电和放电。这个充放电的过程,在电路外部看来,就好像有交流电流"通过"了电容一样。

  • 阻碍的来源:容抗的阻碍作用,本质上来自于电容储存和释放电荷的能力。频率越低,电容充电到峰值电压的时间就越长,单位时间内电荷移动的速率(即电流)就越小,表现为阻碍大;频率越高,电容迅速充放电,单位时间内电荷移动的速率大,表现为阻碍小。

计算公式

X_C = \\frac{1}{2\\pi f C}

  • X_c 是容抗,单位是欧姆 (Ω)

  • \\pi是圆周率,约等于 3.14

  • f是交流电的频率,单位是赫兹 (Hz)

  • 频率的基本单位是 赫兹(Hz) ,定义为每秒周期性变化的次数

  • C 是电容值,单位是法拉 (F)。

频率越高,容抗越小

频率越低,容抗越大

直流电的时候,f频率为0,无限大

练习:

频率100hz、容值 1f、容抗值:0.0015欧姆

1、220v交流电,频率是100hz,电容值是1nf;求容抗是

Xc = 1/2ΠfC = 1/6.28*100*10的-9次方 =1592356欧姆

2、220v交流电,频率是10hz,电容值是1微法;求容抗是

Xc = 1/2ΠfC = 1/6.28*10*10的-6次方 =15923欧姆

4、电容两端的电压不能发生突变

电容两端的电荷不是一下子全部添加进来的,释放的,缓慢增加的过程

5、RC 高通滤波和低通滤波

https://www.digikey.cn/zh/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-low-pass-and-high-pass-filter

RC-电阻和电容

高通滤波 :通高频,电阻和电容的容值,会有对应的截止频率,高于这个截止频率的信号会通过,低于这个截止频率的信号会被削弱

先电容,后电阻

低通滤波:通低频 ,电阻和电容的容值,会有对应的截止频率,低于这个截止频率的信号会通过,高于这个截止频率的信号会削弱

电阻再电容

作业

1、abc的电压和电流和总电阻

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