電容描述的是器件儲(chǔ)存電荷的能力。電容的定義是器件的電荷量與電勢(shì)之比，常用C表示。電容的量綱是L-2M-1T4I2，國(guó)際單位制下單位是F(法拉)。電容器是一種基本的線性電子元件。電容器在電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、濾波、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔離直流電路中都有應(yīng)用。

電子產(chǎn)品，電容無(wú)疑是一種不可或缺的器件，其廣泛應(yīng)用于電源電路、音頻電路以及射頻電路等多個(gè)領(lǐng)域。接下來(lái)，我們將深入探討電容的基礎(chǔ)知識(shí)，帶你全面了解這一關(guān)鍵電子元件。電容，英文為“Capacitance”，也常被稱作“電容量”，它衡量的是在特定電位差下，電荷的儲(chǔ)存量。這一物理量以C表示，其國(guó)際單位是法拉(F)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)電荷在電場(chǎng)中受到力的作用而發(fā)生移動(dòng)時(shí)，若導(dǎo)體間存在介質(zhì)，便會(huì)阻礙電荷的移動(dòng)，導(dǎo)致電荷在導(dǎo)體上累積，這種現(xiàn)象即為電容的形成。電容的計(jì)算公式為：C=εS/4πkd。其中，ε代表介電常數(shù)，S是電容極板的正對(duì)面積，d是極板間的距離，而k則是靜電力常量。特別地，對(duì)于平行板電容器而言，其電容可簡(jiǎn)化為C=εS/d，其中ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離。

在電路中，當(dāng)電容元件兩端的電壓u給定參考方向后，若q表示正電位極板上的電荷量，那么電容元件的電荷量與電壓之間遵循q=Cu的關(guān)系。電流定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一橫截面的電荷量，因此有I=dq/dt。進(jìn)一步推導(dǎo)得出，電流與電容的關(guān)系為I=dq/dt=C(du/dt)。這個(gè)公式揭示了電流的大小和方向與電壓對(duì)時(shí)間的變化率緊密相關(guān)。當(dāng)電壓增加時(shí)，du/dt大于0，導(dǎo)致dq/dt和i也大于0，這使得極板上的電荷增加，電容器處于充電狀態(tài);相反，當(dāng)電壓降低時(shí)，du/dt小于0，極板上的電荷減少，電容器進(jìn)行反向放電。而在電壓保持不變的情況下，du/dt等于0，此時(shí)電流I也等于0，電容元件相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài)，從而發(fā)揮了隔斷直流的作用。

電容，以C為符號(hào)，其國(guó)際單位是法拉，簡(jiǎn)稱法，符號(hào)F。然而，由于法拉單位過(guò)大，實(shí)際中我們更常使用毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)等單位。這些單位之間的換算關(guān)系如下：

1法拉 = 1000毫法

毫法 = 1000微法

微法 = 1000納法

納法 = 1000皮法

通過(guò)這些換算關(guān)系，我們可以更靈活地處理不同容值的電容。

法拉(F)等于1000毫法(mF)，也等于1000000微法(μF)。

微法(μF)等于1000納法(nF)，也等于1000000皮法(pF)。接下來(lái)，我們將探討電容的參數(shù)。

電容量，即電容在加上電荷后所具備的儲(chǔ)存電荷的能力大小，是衡量電容性能的重要指標(biāo)。而電容量誤差，則是指電容的實(shí)際容量與其標(biāo)稱容量之間的差異，這種差異通常以百分比形式表示，如±10%或±20%。值得注意的是，在射頻電路中的PI匹配環(huán)節(jié)，會(huì)使用到誤差較小，如±0.5%或±0.75%的電容。

額定工作電壓，簡(jiǎn)稱為耐壓，是電容器在電路中能夠安全、穩(wěn)定地長(zhǎng)期工作而不會(huì)發(fā)生擊穿的最大直流電壓。這一指標(biāo)與電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、所采用的介質(zhì)材料以及介質(zhì)的厚度密切相關(guān)。通常，在結(jié)構(gòu)、介質(zhì)相同且容量相等的情況下，耐壓值越高，電容器的體積也會(huì)相應(yīng)增大。

當(dāng)電容器的兩極板間施加電壓時(shí)，極板間的電解質(zhì)會(huì)受到電場(chǎng)的影響。原本呈中性的電介質(zhì)在電場(chǎng)力的作用下，其分子內(nèi)的正負(fù)電荷會(huì)在空間位置上發(fā)生輕微偏移，形成所謂的電偶極子，也就是介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生了電場(chǎng)，打破了原有的電中性狀態(tài)。這一現(xiàn)象被稱為電解質(zhì)的極化。在極化狀態(tài)下，介質(zhì)雖然帶上了負(fù)電荷，但這些電荷仍受限于介質(zhì)本身，無(wú)法自由移動(dòng)。因此，介質(zhì)的絕緣性能并未受到破壞，僅會(huì)產(chǎn)生微小的漏電流。然而，隨著外加電壓的持續(xù)增強(qiáng)，極化電荷會(huì)逐漸擺脫束縛，導(dǎo)致漏電流急劇增加，進(jìn)而介質(zhì)的絕緣性能遭到破壞，使兩個(gè)極板短路，電容功能完全喪失。這一現(xiàn)象即稱為介質(zhì)擊穿，一旦發(fā)生，電容器將遭受永久性損壞。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，必須對(duì)電容器的工作電壓進(jìn)行嚴(yán)格限制，以確保其安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

電容器在特定溫度范圍內(nèi)，其電容量會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生相應(yīng)的改變。這種變化率，即溫度每變化1℃時(shí)，電容量所發(fā)生的相對(duì)變化值，被稱為溫度系數(shù)。這一指標(biāo)與電阻的溫度特性具有相似之處。絕緣電阻是衡量電容器漏電大小的指標(biāo)。電容器漏電越少，其絕緣電阻就越高。通常，小電容器的絕緣電阻可達(dá)到幾百兆歐甚至幾千兆歐，而電解電容器的絕緣電阻則相對(duì)較小。

電容的基本定義與原理，電容是表征電子元件儲(chǔ)存電荷能力的物理量，從結(jié)構(gòu)上看，電容器由兩個(gè)相互靠近但被絕緣介質(zhì)隔開(kāi)的導(dǎo)體極板組成。當(dāng)在電容器的兩個(gè)極板間加上電壓時(shí)，電荷會(huì)在電場(chǎng)力的作用下在極板上積累。與電源正極相連的極板失去電子帶上正電荷，與電源負(fù)極相連的極板得到電子帶上負(fù)電荷 。電荷在極板上的積累過(guò)程就是電容器的充電過(guò)程，此時(shí)電容器儲(chǔ)存了電場(chǎng)能量。

電容用字母“C”表示，單位為法拉(F)。在國(guó)際單位制中，1 法拉等于 1 庫(kù)侖每伏特(1F = 1C/V) 。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)電容器在極板間電壓為 1 伏特時(shí)能儲(chǔ)存 1 庫(kù)侖的電荷，那么它的電容就是 1 法拉。不過(guò)，法拉是一個(gè)非常大的單位，在實(shí)際應(yīng)用中，更多使用微法(μF，1μF = 10??F)、納法(nF，1nF = 10??F)和皮法(pF，1pF = 10?12F) 。

電容的大小與極板的正對(duì)面積、極板間的距離以及絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。極板正對(duì)面積越大、極板間距離越小、絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)越大，電容就越大 。用公式表示為：

, 其中C是電容，d是極板間距離， ε是絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，S是極板正對(duì)面積。

儲(chǔ)能與緩沖，電容能夠存儲(chǔ)電能，在電路中起到能量緩沖的作用。例如在開(kāi)關(guān)電源輸出端，電容可以存儲(chǔ)電能。當(dāng)負(fù)載瞬間需要較大電流時(shí)，電容能夠迅速釋放儲(chǔ)存的電能，補(bǔ)充電流，平緩電壓突變，避免因負(fù)載變化導(dǎo)致電壓的大幅波動(dòng)，維持電路電壓的相對(duì)穩(wěn)定 。在一些需要后備電源的場(chǎng)合，如 MCU(微控制器)的后備電源電路中，電容也能在主電源斷電時(shí)，短暫地為電路供電，保證一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保存或電路狀態(tài)的維持 。

濾波去耦，在電源電路中，電容利用其對(duì)不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同阻抗的特性進(jìn)行濾波去耦。對(duì)于高頻噪聲信號(hào)，電容的容抗(其中f是信號(hào)頻率，C是電容值)較小，高頻噪聲信號(hào)容易通過(guò)電容流入地，從而被濾除 。例如在數(shù)字電路中，芯片的電源引腳附近通常會(huì)放置一個(gè) 0.1μF 的陶瓷電容，這個(gè)電容就是起到去耦的作用，將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲旁路到地，防止噪聲在電源線上傳播，干擾其他電路元件的正常工作 。

耦合與隔直，電容具有阻隔直流信號(hào)、傳遞交流信號(hào)的特性，這在信號(hào)傳輸電路中非常重要。在音頻信號(hào)耦合電路中，電容可以將前級(jí)電路輸出的音頻交流信號(hào)傳遞到下一級(jí)電路，同時(shí)阻止前級(jí)電路的直流偏置電壓影響下一級(jí)電路 。在放大器級(jí)間連接中，通過(guò)電容耦合能夠保證各級(jí)放大器的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立，而交流信號(hào)可以順利通過(guò)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效放大和傳輸 。

諧振與調(diào)諧，電容與電感組成 LC 諧振回路，在特定頻率下，電容和電感的電抗相互抵消，電路呈現(xiàn)純電阻特性，此時(shí)電路發(fā)生諧振。諧振頻率 (其中L是電感值，C是電容值)。在射頻電路中，通過(guò)調(diào)節(jié)電容值可以改變 LC 諧振回路的諧振頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率信號(hào)的選擇和處理 。在收音機(jī)的調(diào)諧電路中，通過(guò)改變可變電容的電容值，調(diào)整 LC 諧振回路的諧振頻率，使其與不同電臺(tái)的廣播頻率匹配，從而接收到不同的電臺(tái)信號(hào) 。

能量轉(zhuǎn)換，電容通過(guò)充放電過(guò)程實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，在一些電路中用于能量轉(zhuǎn)換。例如在電荷泵電路中，電容在充電階段存儲(chǔ)能量，在放電階段將能量傳遞給負(fù)載或其他電路部分，實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換(如升壓或降壓) 。在閃光燈電路中，電容在充電時(shí)儲(chǔ)存電能，當(dāng)閃光燈觸發(fā)時(shí)，電容迅速放電，為閃光燈提供瞬間的大電流，使其發(fā)出明亮的閃光 。


審核編輯 黃宇