硬件基础知识（电容）5

电容的作用有很多，我们只介绍常用的几种。

①隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。

②旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的组件提供低阻抗通路。

③耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路

例如，DS90UB926Q芯片电路中（见下图）C1与C2，即应该用一个0.1μF电容交流耦合到这个引脚两个引脚。

④滤波：这个对电路而言很重要，MCU背后电容基本都是这个作用。即在MCU每个电源输入口出都会摆放这样一个电容，如下图所示。

即频率f越大，电容的阻抗Z越小。当低频时，电容C由于阻抗Z比较大，有用信号可以顺利通过；当高频时，电容C由于阻抗Z已经很小了，相当于把高频噪声短路到GND上去了。

⑤温度补偿：针对其它组件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。

分析：由于定时电容的容量决定了行振荡器的振荡频率，所以要求定时电容的容量非常稳定，不随环境湿度变化而变化，这样才能使行振荡器的振荡频率稳定。因此采用正、负温度系数的电容释联，进行温度互补。

当工作温度升高时，Cl的容量在增大，而C2的容量在减小，两只电容并联后的总容量为两只电容容量之和，由于一个容量在增大而另一个在减小，所以总容量基本不变。

同理，在温度降低时，一个电容的容量在减小而另一个在增大，总的容量基本不变，稳定了振荡频率，实现温度补偿目的。

⑥计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。

输入信号由低向高跳变时，经过缓冲1后输入RC电路。电容充电的特性使B点的信号并不会跟随输入信号立即跳变，而是有一个逐渐变大的过程。当变大到一定程度时，缓冲2翻转，在输出端得到了一个延迟的由低向高的跳变。

⑦调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。

⑧整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关组件。

⑨储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。

⑩防止电压突变：主要用于负载突然增大或电源输入能力下降时，稳定电路，如下图中C324 C325等电容。

电容器爆炸的情况又分钽电容和电解电容，设计的时候特别注意，所以现在很多设计避免用钽电容，而电解电容使用也要特别注意。

爆炸的直接原因无非是温度升高后，导致电容内部的电解液急速汽化膨胀，冲破外壳束缚而爆发。但造成这一问题的原因可能有以下这些：

1、电压过高，导致电容击穿，通过电容的电流在瞬间急速增加；

2、环境温度过高，超过电容的允许工作温度，引起电解液沸腾；

3、电容极性接反，造成与1同样的结果。

还有其他原因也会导致电容爆裂：

⑴由于制造质量差等原因，电容器的内部元件击穿。
⑵由于套管密封不良而进入潮气，降低了绝缘电阻；由于渗、漏油、油面下降，从而导致对外壳放电或元件击穿。
⑶内部游离和鼓肚。当电容器内部产生电晕、击穿放电和严重游离时，电容器在过电压作用下，会产生一系列物理、化学、电气效应，加速绝缘老化、分解而产生气体，形成恶性循环，以致箱壳压力增大，造成箱壁外鼓进而导致爆炸。
⑷绝缘损坏，尤其是高压侧引出线制造工艺不良、边缘不平、有毛刺或严重变折时，尖端容易产生电晕，电晕使油分解、箱壳膨胀、油面下降而造成元件击穿。此外，在封盖时如果转角处烧焊时间过长，破坏了内部绝缘，降低了击穿电压，也易导致电容器损坏，进而引起爆炸事故。
⑸当进行带电合闸时，在合闸的瞬间，电压极性可能与电容器残留电荷的极性相反，因而引起爆炸。
⑹通风不良、温升过高、严重过电压和电压谐波分量大，也会引起爆炸。

⑴容量在0.01 pF以上固定电容的检测：

将指针式万用表调至R×10k欧姆挡，并进行欧姆调零，然后用万用表的红、黑表笔分别接触电容的两个引脚，观察万用表指针的变化。

如果表笔接通瞬间，万用表有微小变动，然后又回到无穷大处，调换表笔后，再次测量现象相同，则可以判断该电容正常； 如果表笔接通瞬间，万用表的指示至“0”附近，则可以判断该电容被击穿或严重漏电； 如果表笔接通瞬间，万用表变化后不再回至无穷大处，则可判断该电容漏电； 如果两次万用表均不动，则可以判断该电容已开路。

⑵容量小于0.01 pF的固定电容的检测：

检测10pF以下的小电容时，因电容容量太小，故用万用表进行测量，只能检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象：测量时选用万用表R×10k挡，将两表笔分别任意接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。如果测出阻值为零，则可以判定该电容漏电损坏或内部击穿。

电容称为“惯性元件”，即电容器两端的电压，有一定的“电惯性”，不能突然变化。充放电时间，不光电容的容量有关，还与充/放电电路中的电阻R有关。“1UF电容它的充放电时间是多长？”，不讲电阻，就不能回答。以下为RC电路充放电时间计算：

V0 为电容上的初始电压值；

V1 为电容最终可充到或放到的电压值；

Vt 为t时刻电容上的电压值。则，

Vt="V0"+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)]或，t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]

例如：求充电到90%VCC的时间。（V0=0，V1=VCC，Vt=0.9VCC）

代入上式： 0.9VCC=0+VCC*[[1-exp(-t/RC)]

既 [[1-exp(-t/RC)]=0.9；

exp(-t/RC）=0.1

- t/RC=ln(0.1)

t/RC=ln(10)    ln10约等于2.3

也就是t=2.3RC。

带入R=10k   C=10uf得。

t=2.3*10k*10uf=230ms

比如，单片机复位电路。如果复位是高电平复位，加电后电容充电电流逐渐减少，此时经电阻接地的单片机IO是没电压的，因为电容是隔直流的，直到充电完毕开始放电，放电的过程同样是电流逐渐减少的，开始放电时电流很大，加到电阻上后提供给IO高电平，一段时间（电容器的充放电参数：建立时间等）后，电流变弱到0，但是复位引脚已经有了超过3us的高电平，所以复位就完成了。

并联电容器组的等效电容比电容器组中任何一个电容器的电容都要大，但各电容器上的电压却是相等的，因此电容器组的耐压能力受到耐压能力最低的那个电容器的限制。

串联电容器组的等效电容比电容器组中任何一个电容器的电容都要小，但由于总电压分配到各个电容器上，所以电容器组的耐压能力比每个电容器都提高了。

并联电容器组各电容器的两极板间电压U相同，电容器组所带的总电最Q为各个电容器所带电量之和，即并联电容器组的等效电容等于电容器组中各电容之和。

串联电容器组各电容器所带电量相等，就是电容器组的总电量Q、总电压U等于各电容器电压之和。串联电容器组等效电容的倒数等于电容器组中各电容倒数之和。

所以，电容并联，容量增加（各容量相加），耐压以最小的计。

串联电容：串联个数越多，电容量越小，但耐压增大，其容量关系：1/C＝1/C1＋1/C2＋1/C3

并联电容：并联个数越多，电容量越大，但耐压不变，其容量关系：C＝C1＋C2＋C3。