硬件电路电容的本质

发表于 2024-7-22 13:56

电容就是装载电荷的容器，从微观角度看，当电荷流入容器时，随着时间的变化极间电场逐渐增大。

以图1为例：

充电开始时Uc=0V，压差△U=Ur=Ui，此刻容器内无电荷，也就无电场排斥流入的电荷；所以电流Ic最大，表现为容抗最小，近似短路；

当Uc上升，压差△U开始减小，该过程形成电场，容器开始排斥流入的电荷；电流Ic逐渐减小，表现为容抗逐渐增大；

当Uc=Ui，压差△U=Ur=0V，此刻容器内电场最强，以最大排斥力阻止流入的电荷；电流Ic=0，表现为容抗最大，近似开路。

图1 电容容器充电模型

当电荷流出容器时，随着时间的变化极间电场逐渐减小；该放电过程的电容可看成是一个内阻为0的电压源，以图2为例（移除电源并接地）：

放电开始时Uc=Ui，此刻容器内充满电荷，因此电场最强，而电阻不变，则放电电流Ic最大（方向与充电相反），电阻两端的电压Ur=Uc，则Ur=Ui；

当Uc下降，该过程电场减弱，放电电流Ic逐渐减小，Ur=Uc也逐渐减小；

放电耗尽Uc=0V，此刻容器内无电荷，因此无电场，Ur=0V。

图2 电容容器放电模型

电容就好比水桶一样，流入的水流无论是大还是小，水位的变化一定是从最低位开始连续上升的；而电容内的电荷也是逐渐从0开始积累起来的，积累过程与自然常数e有关系，这里就不深入讨论了。

图3就是电容充放电的电压-电流曲线。

图3 电容充放电，电压-电流曲线

联系前面的分析，可总结为：

电容电压不能突变，电流可突变（教材的定义是电容的电流与电压的变化率成正比）；

充电过程中的电容可等效成一个可变电阻，放电过程中的电容可等效成一个电压源；

电容电流反映的是单位时间内流动的电荷量，电容电压（或电场）反映的是电荷量的多少。通俗的理解就是流动的电荷才会导致电荷量多少的变化（与①相吻合）；用数学语言描述则是电容的电流超前电压相位90°；

电容充放电速度与电容和电阻大小有关。

发表于 2024-7-22 14:40

电容其实就是相当于水桶，储存电荷

发表于 2024-7-26 23:23

电容充放电速度与电容和电阻大小有关

发表于 2024-7-27 12:32

jf101 发表于 2024-7-22 14:40
电容其实就是相当于水桶，储存电荷

其实就是这样一个原理，电荷桶

发表于 2024-8-10 12:01

电容的本质是一种能够储存电荷的电子元件。它由两个导体（通常是金属板）组成，这两个导体被绝缘材料（称为电介质）隔开

发表于 2024-8-10 13:08

当电容连接到电源时，电荷会在两个导体之间积累，一个导体积累正电荷，另一个导体积累负电荷。这种电荷的分离形成了电场，而电场中储存的能量就是电容储存的能量

发表于 2024-8-10 14:10

电容能够储存电荷，其储存的电荷量与电容的电压成正比，比例常数就是电容的电容量（单位是法拉，F）。

发表于 2024-8-10 15:13

电容两端的电压不能突变，因为电压的变化需要时间来移动电荷

发表于 2024-8-10 16:21

一般来说，电容对不同频率的交流电信号有不同的阻抗，对高频信号阻抗小，对低频信号阻抗大

发表于 2024-8-10 18:15

电容能够储存能量，其储存的能量与电容的电容量和电压的平方成正比

发表于 2024-8-11 08:25

电容的电容量 ( C ) 与电荷 ( Q ) 和电压 ( V ) 之间的关系可以用以下公式表示：[ Q = C \cdot V ]其中，( Q ) 是电荷量（单位是库仑，C），( C ) 是电容量（单位是法拉，F），( V ) 是电压（单位是伏特，V）

发表于 2024-8-11 10:06

电容储存的能量 ( E ) 可以用以下公式表示：[ E = \frac{1}{2} C V^2 ]其中，( E ) 是能量（单位是焦耳，J），( C ) 是电容量（单位是法拉，F），( V ) 是电压（单位是伏特，V）

发表于 2024-8-11 12:30

电容在电子电路中有广泛的应用，包括滤波：在电源电路中，电容用于滤除交流成分，保持直流电压的稳定

发表于 2024-8-11 13:51

在信号传输中，电容用于耦合交流信号，同时阻断直流成分。在集成电路中，电容用于去耦，减少电源线上的噪声。在定时电路中，电容与电阻结合使用，形成RC时间常数，用于产生延时或生成特定频率的波形。在某些应用中，如相机闪光灯，电容用于储存能量并在需要时快速释放

发表于 2024-8-12 14:54

电容连接到电源时，电荷会在两个导体之间积累，一个导体积累正电荷，另一个导体积累负电荷。

发表于 2024-8-14 21:40

teaccch 发表于 2024-8-11 13:51
在信号传输中，电容用于耦合交流信号，同时阻断直流成分。在集成电路中，电容用于去耦，减少电源线上的噪声 ...

其实阻容组合在电路中非常实用的

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