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电容 (Capacitor)
基本概念
电容 — 储存电荷的被动元件，两个导体被绝缘体隔开。
+Q -Q
┌─────┐ ┌─────┐
│ ┌──┴───┴──┐ │
│ │ │ │
│ │ 介质 │ │ ← 绝缘体
│ │ │ │
│ └────────┘ │
└──────┬───────┘
│
GND
参数
| 参数 | 符号 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 电容值 | C | 法拉 (F) | 储存电荷能力 |
| 耐压 | V | 伏特 (V) | 最大工作电压 |
| 温度系数 | TC | ppm/°C | 随温度变化 |
| ESR | - | Ω | 等效串联电阻 |
常用单位
- 1 F (法拉) = 10³ mF = 10⁶ μF = 10⁹ nF = 10¹² pF
核心公式
电容值定义
C = Q / V
Q: 电荷量 (库仑)
V: 电压 (伏特)
容抗 (交流阻抗)
Xc = 1 / (2πfC)
f: 频率 (Hz)
C: 电容值 (F)
特点: 频率越高，容抗越小 → "隔直通交"
储能
W = ½CV²
C: 电容值 (F)
V: 电压 (V)
重要特性
1. 隔直通交
- 直流: 稳定后相当于开路（充电完成后）
- 交流: 频率越高，阻抗越低
2. 电压不能突变
- 充电时电压逐渐上升
- 放电时电压逐渐下降
- 时间常数: τ = RC
3. 频率特性
常见类型
| 类型 | 容值范围 | 耐压 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
| 陶瓷电容 | pF ~ μF | 低~中 | 便宜、小 | 去耦、滤波 |
| 电解电容 | μF ~ F | 中~高 | 有极性、大容量 | 电源滤波 |
| 钽电容 | μF ~ mF | 低~中 | 贵、稳定 | 精密滤波 |
| 薄膜电容 | nF ~ μF | 高 | 稳定、低ESR | 音频、功率 |
电路应用
1. 滤波
┌──┐
Vin ─┤C ├─── Vout
└──┘
- 纹波平滑
- 电源去耦
2. 耦合
- 隔断直流，只通过交流信号
3. 定时/振荡
- RC 时间常数电路
- 与电感组成振荡电路
选型要点
-
容值 — 根据滤波频率选
f = 1/(2πRC) → 滤波截止频率 -
耐压 — 选择 ≥ 1.5x 工作电压
-
类型
- 电源滤波 → 电解/钽电容
- 高频去耦 → 陶瓷电容 (MLCC)
- 精密电路 → 薄膜/钽电容
-
ESR — 开关电源需低ESR
关键词: 电容, 容抗, 隔直通交, 滤波, 储能