电容器 及其在电路中的使用方法

大多数关于 电容器 使用的书籍中都是这样写的：电容器本身存储电荷，并在需要时将其放电。 我们需要知道的是电容器什么时候应该充电，什么时候应该放电，这怎么可能？

因此，首先我们必须知道电容器通过接通电流所进行的动作：

假设我们要将一个电容器连接到一个电源，并用一个负载电阻作为限流器。

在连接电源之前，电容器的电压（其引脚之间）和电流为零。

在开始连接电容器的两个引脚时，电压为零，电流处于最大速率。 换句话说，电容器的作用就像一根电线。

经过每个步骤/级别 (τ) 后，电容器的电压增加到其先前值的 63.7%，并且不会让 63.7% 的电流通过。

经过5步（5τ）后，电容器几乎充满电，并且电容器不会让电流通过。

由此可以得出结论，电容器在直流电面前就像一个开关，一段时间后就不通过电流了。

该时间甚至可以小于 0.001 秒，具体取决于电容器的容量和通过的电流量。

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电容器 的种类及其容量

电容器有不同类型如：透镜电容器、电解电容器、陶瓷电容器、云母电容器等。

原理图中容量单位为法拉（F），电容器用C表示。

透镜电容器通常用于较低容量。

电解电容器用于高容量，因为它们是圆柱形的并且具有更多的平行板。

镜头电容：

电解电容（极化）：

当使用极化电容器时，其正极必须连接到较高电压（电流输入），其负极必须连接到较低电压（电流输出/例如接地）。 在这些电容器中，负极引脚（较短的引脚）在主体上标记为引脚上方的符号“-”。

• 在空间有限的电路中，例如计算机和移动设备内部的电路板，会使用 ( SMD ) 电容器、二极管、电阻器 和晶体管。
• SMD 零件的容量都写在零件上。 这样最后一位数字表示第一位数字前面零的个数，其单位也是最小的可能单位； 例如，在电容器中，其值为 1 皮法 (pF)。

为了计算容量，我们需要电压和负载。

为了获得负载，应使用特殊的公式。

通常，我们有了容量和电压，我们通过以下公式得到电容器中存储的电荷：

市场上电容器可用容量值的标准与电阻器E12和E24标准相同。

电容器 存储能量的计算

计算电容器中存储的能量可能不是很有用，但可以利用其关系获得其他值。

电能用U表示，单位为焦耳(j)，按下式计算：

上述关系中，Δ表示差值，电能差为ΔU，ΔV为管脚之间或时刻（V2-V1）之间的电压或电位差。

将电容器连接在一起

与电阻器一样，电容器可以通过以下 3 种方式相互连接：

1-并行

2-系列

3-并联和串联

• 除了总容量之外，这些方法中的每一种都对电容器中存储的电压和电荷有效。

并行方法：

在这种方法中，整个电路中存储的电荷等于每个电容器中存储的电荷之和，总容量等于电容器容量之和。

V=V₁=V₂=V₃

C=C₁+C₂+C₃

q=q₁+q₂+q₃

系列法：

在该方法中，整个电路中的电势差等于每个电容器中的V之和，并且总容量的倒数等于每个电容器容量的倒数之和。

q=q1=q2=q3

V=V1+V2+V3

串并联法：

在这种方法中，像电阻一样，我们首先简化电路，然后利用关系式得到所需的值。

• 尽量避免串联电容器并仅使用一个电容器，但并联电容器有助于消除电流噪声。

短路和电容充电时间计算

如果电容器的两个引脚通过导线连接，则会发生短路，电流会流过导线。

短路也会导致电容器放电。

电容器充电所需的时间取决于其容量以及输入电流（每秒通过的电荷量）和电压。

例如，一个可以容纳0.001库仑电荷的电容器，当它在0.001秒内放电时，就会有1安培的电流通过它。

根据短路导线的电阻，确定放电时间。

电容器的充电时间可能会比这个值长（取决于充电源），但大致上我们可以说这个值是正确的。 借助先进的实验室设备可以进行准确的时间计算。

如果我们并联多个电容器，由于容量增加，充电时间会更长，如果串联，由于容量减少，充电时间会更少。

如果希望充电后电流不被完全切断，则需要与电容并联一个电阻。

在这种情况下，电容器充满电后，电流仅流过电阻器。

将电容器相互连接

如果将两个电容器连接在一起，它们的电压将相等，并且取决于以下因素：

1- 每个电容器的容量

2-如何连接电容器的引脚

3- 每个电容器中存储的电压

电容器的容量是已知的，我们也知道每个电容器中存储的电压； 但引脚可以通过以下两种方式相互连接：

1-同极连接销：

在这种情况下，为了计算电压，我们将两个电容器中存储的电荷总和除以电容器的容量总和：

2- 不同极性的连接销：

在这种情况下，我们将电荷相减的绝对值除以电容器的总容量：

• 此功能可用于将电荷转移到电容器。

用电容器将半波信号转换为直流电

正如二极管文章中提到的，二极管从变压器产生的直流电流不断变化，从零电压到最大电压。 为了固定该电流，应使用电容器（通常是极化的）。

使用电容器的原因是其充电功率。

这样，当电压达到最大值时，它自身存储一部分电流，当电流达到最小值，即为零时，它在这段时间内逐渐释放电流。

下图显示了 100 微法拉电容器在频率 50 Hz 和 10 伏电压下产生的电压。

该图是用 示波器 绘制的。

为了实现电流延续的作用，我们需要将电容器与输入并联。

下图展示了这个过程。

• 如果是电解电容，必须正确连接其两极。

如果频率为50Hz，则根据电路的电压要求可以使用以下值来确定电容器的值。 这些值也是在示波器的帮助下获得的。

从2伏到12伏，100微法的电容下降约1伏，电流几乎变成直流。

从2伏到12伏，10纳法下降不到0.5伏，最大和最小电流差更大。

从这些值可以得出结论，容量越高，获得的电流越直接，压降也越高。

• 建议同时使用高容量和低容量以降低噪音。

电流稳定器

您必须使用齐纳二极管来稳定电流。

如前所述，齐纳二极管在反向偏置时的作用类似于电阻器。

当电压变化时，齐纳电阻的值也会变化。

在齐纳管之后，为了确保电流是直流的，可以在输出电流上并联一个电容器。

下图展示了稳压二极管的使用方法：

• 如果您的电源电流消耗超过齐纳限制，请使用稳压器。
• 齐纳二极管将降低最终输出电压，例如，9v 输入应通过齐纳二极管降低至 8.2v。

交流电流及滤波电路中的电容器

交流电路输入中电容器的性能和特点与直流不同。

电容器可以通过交流电流，但仅限于特殊条件。

以下关系确定输入电阻与通过频率之间的比率：

上式中，R为电路电阻，C为滤波电容容量，2π为圆周率（2*3.1415），F为最大频率（并联电容时）或最小频率（串联电容时） 使用电容器）。

在最初的时刻，电容器第一极板后面积累的正电荷在相对极板上产生负风，然后，随着交流输入电源的相位变化，正电荷从第一极板放电 并被负电荷取代，这导致让正电荷取代对面板上的负电荷。

这种变化会导致交流电流耗尽，但相位差为 90 度。 也就是说，当正弦波在电容器的第一极板中上升时，它在第二极板中下降。

但电容器的电容限制了电流消耗，这会在电容器中产生一种电阻。 这种电阻不是散热型的。 不需要计算功率，但必须在两板间电容极限耐压之下。

此功能也可用于过滤器。

如果我们将电容器的输出连接到用电设备，如果电容器的输入频率低于截止频率，通过降低频率，漏极电流将变弱，直到达到零。 这称为高通滤波器。

如果电容器的一个引脚连接到用电设备的输入，而另一个引脚连接到负极，则在截止频率下，可以防止电流进入用电设备（例如并联电阻），并且如果输入频率 低于截止频率，将释放较少的电流，直到达到最小电阻。 这称为低通滤波器。

在接下来的文章中，我们还将学习声音过滤器（均衡器）。

下图显示了两种类型的过滤器。

您可以以任何其他方式使用电容器的这一有趣特性作为滤波器。

滤波器也可用作非通（两个滤波器并联）和中通（两个滤波器连续）。

电容式稳压器

有些零件需要饱和电压，或者为了使交流电流完全通过，需要使负半波变为正半波的电压和电流（特别是通过电容器之后），例如晶体管，这是其一个例子 应用在音频放大中，因此必须通过电阻器向组件的输入提供电流。

一般振荡可能会导致电路运行出现问题，因此可以通过与电阻并联的电容器来避免这些额外的振荡。

以下电路是该过程的示例（R3 是消费者）：

下图显示了上述电路如何防止振荡：

在A信号中，使用了电容器，而在B信号中，没有稳定器电容。 正如你所看到的，一开始，由于电容器的充电，电压不断增加，然后A的电压波动小于B。

电容器 的实际使用

单 LED 闪烁电路：

所需设备：12V电源、开关、LED、180和470欧姆电阻、1毫法电容、5V继电器、一些电线。

如果你按照原理图安装上面的电路，你会看到连接开关后，LED开始亮灭。

电路分析：

电流从电源正极进入电路，然后进入连接在电容器之前的导线，到达继电器的NC引脚，通过它的电流到达180欧姆电阻的后面。

电流经过电阻后，进入继电器线圈引脚，继电器动作，使继电器的NO引脚耗尽电流，灯亮。

这是电容器开始充电的地方。

电容充电后，继电器断开，灯也熄灭，同时两个电容引脚通过继电器的NC引脚相互连接，发生短路（可以用一个 附加电阻，例如 22 欧姆以减少放电时间）。

电容器放电后，该操作再次开始。

• 以上电路仅供火车使用，长时间使用可能会损坏电容器和继电器。

使用交流发电机制作交流转直流适配器：

图中，VG表示交流发电机。

您可以在该电路中添加一块电池，并根据您目前所学到的知识进行充电。