一文图解电容工作原理和应用

一路上

概述

几乎所有的电路上都有一个电容，还有电阻和电感，它们是我们在电子产品中使用的基本的无源元件。

电容是什么?

电容是一种能以电荷的形式储存能量的装置。与同样大小的电池相比，电容能储存的能量要小得多，大约比电池1万倍，但对于许多电路设计来说却足够有用。

电容的构造

电容是由两块金属板构成的，两块金属板由一种叫做电介质的绝缘材料隔开。极板是导电的，通常由铝、钽或其他金属制成，而电介质可以由任何一种绝缘材料制成，如纸张、玻璃、陶瓷或任何阻碍电流流动的材料。

电容的电容量(以法拉为单位)与两个极板的表面积以及电介质的介电常数ε成正比，而极板之间的距离越小，电容越大。话虽如此，现在让我们来看看电容是如何工作的。

电容是如何工作的

首先，我们可以注意到，金属通常具有等量的正电荷和负电荷粒子，这意味着它是中性的。

如果我们把电源或电池连接到电容的金属极板上，就会有电流流动，或者连接到电池正极的极板上的电子开始移动到连接到电池负极的极板上。然而，由于极板之间的介电介质，电子将无法通过电容，因此它们将开始在极板上积累。

当一定数量的电子积聚在极板上后，电池将没有足够的能量推动任何新的电子元件进入极板，因为那些已经存在的电子的排斥作用。

此时，电容实际上已充满电。第一极板产生了净负电荷，第二极板产生了相等的净正电荷，在它们之间产生了一个具有吸引力的电场，该电场保持电容的电荷。

电容介质工作原理

让我们看看介质是如何增加电容的电容量的。电介质中含有极性分子，这意味着它们可以根据两块板上的电荷改变方向。所以分子以这样一种方式使更多的电子被吸引到负极板上，同时排斥更多的电子离开正极板。

所以，一旦它充满电，如果我们取出电池，它将保持电荷很长一段时间，作为能量储存。

现在，如果我们通过一个负载来缩短电容的两端，电流就会开始流过负载。从第一个极板积累的电子将开始向第二个极板移动，直到两个极板又恢复电中性。

这就是电容的基本工作原理，下面我们来看一些应用实例。

电容的应用

1.解耦旁路电容

解耦电容或旁路电容就是一个典型的例子，它们通常与集成电路一起使用，被放置在集成电路的电源和接地之间。

它们的工作是过滤电源中的任何噪声，比如当电源在很短的一段时间内降低电压或当电路的一部分被切换导致电源波动时产生的电压波纹。在压降发生的瞬间，电容暂时充当电源，旁路主电源。

2.AC-DC转换

另一个典型的应用例子是用于DC直流适配器的电容。为了将交流电压转换成直流电压，通常使用二极管整流器，但如果没有电容的帮助，它将无法完成这项工作。

整流器的输出是一个波形。因此，当整流器的输出上升时，电容充电，当整流器的输出下降时，电容放电，以这种方式平滑直流输出。

3.信号滤波

信号滤波是电容的另一个应用实例。由于其特定的响应时间，它们能够阻止低频信号，而允许更高的频率通过。

它用于无线电接收器，用来去除不需要的频率，也用于扬声器内部的交叉电路，用于分离低音扬声器的低频和高音扬声器的高频。

4.电容作为能源存储

电容的另一个相当明显的用途是用于能量储存和供应。虽然与同样大小的电池相比，它们可以储存相当低的能量，但它们的寿命要长得多，而且能够更快地传递能量，这使得它们更适合需要高爆发功率的应用。

好了，这就是介绍电容的全部内容。