電容

電容器所帶電量Q與電容器兩極間的電壓U的比值，叫電容器的電容。在電路學(xué)里，給定電勢差，電容器儲存電荷的能力，稱為電容（capacitance），標(biāo)記為C。采用國際單位制，電容的單位是法拉（farad），標(biāo)記為F。

電容的符號是C。

C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F，由于法拉這個單位太大，所以常用的電容單位有毫法（mF）、微法（μF）、納法（nF）和皮法（pF）等，換算關(guān)系是：

1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF）

1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF）。

電容與電池容量的關(guān)系：

1伏安時=1瓦時=3600焦耳

W=0.5CUU

一個電容器，如果帶1庫的電量時兩級間的電勢差是1伏，這個電容器的電容就是1法拉，即：C=Q/U 。但電容的大小不是由Q（帶電量）或U（電壓）決定的，即電容的決定式為：C=εS/4πkd 。其中，ε是一個常數(shù)，S為電容極板的正對面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。常見的平行板電容器，電容為C=εS/d（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）。

定義式：

電容器的電勢能計(jì)算公式：E=CU^2/2=QU/2=Q^2/2C

多電容器并聯(lián)計(jì)算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn

多電容器串聯(lián)計(jì)算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

三電容器串聯(lián)：C=（C1*C2*C3）/（C1*C2+C2*C3+C1*C3）[1] 

1）旁路

旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降[2]  。

2）去耦

去耦，又稱解耦。從電路來說， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大， 驅(qū)動電路要把電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感）會產(chǎn)生反彈，這種電流相對于正常情況來說實(shí)際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。

去耦電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾，在電路中進(jìn)一步減小電源與參考地之間的高頻干擾阻抗。

將旁路電容和去耦電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實(shí)際也是去耦合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提供一條低阻抗泄放途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等；而去耦合電容的容量一般較大，可能是10μF 或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別[2]  。

3）濾波

從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說，電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實(shí)際上超過1μF 的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容，這時大電容濾低頻，小電容濾高頻。電容的作用就是通交流隔直流，通高頻阻低頻。電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中，大電容（1000μF）濾低頻，小電容（20pF）濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程[2]  。

4）儲能

儲能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40～450VDC、電容值在220～150 000μF 之間的鋁電解電容器是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于功率級超過10KW 的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器[2]  。

用數(shù)字萬用表檢測電容器，可按以下方法進(jìn)行。

一、用電容檔直接檢測

某些數(shù)字萬用表具有測量電容的功能，其量程分為2000p、20n、200n、2μ和20μ五檔。測量時可將已放電的電容兩引腳直接插入表板上的Cx插孔，選取適當(dāng)?shù)牧砍毯缶涂勺x取顯示數(shù)據(jù)[3]  。

2000p檔，宜于測量小于2000pF的電容；20n檔，宜于測量2000pF至20nF之間的電容；200n檔，宜于測量20nF至200nF之間的電容；2μ檔，宜于測量200nF至2μF之間的電容；20μ檔，宜于測量2μF至20μF之間的電容[3]  。

經(jīng)驗(yàn)證明，有些型號的數(shù)字萬用表（例如DT890B+）在測量50pF以下的小容量電容器時誤差較大，測量20pF以下電容幾乎沒有參考價(jià)值。此時可采用串聯(lián)法測量小值電容。方法是：先找一只220pF左右的電容，用數(shù)字萬用表測出其實(shí)際容量C1,然后把待測小電容與之并聯(lián)測出其總?cè)萘緾2，則兩者之差（C1－C2）即是待測小電容的容量。用此法測量1～20pF的小容量電容很準(zhǔn)確[3]  。

二、用電阻檔檢測

實(shí)踐證明，利用數(shù)字萬用表也可觀察電容器的充電過程，這實(shí)際上是以離散的數(shù)字量反映充電電壓的變化情況。設(shè)數(shù)字萬用表的測量速率為n次/秒，則在觀察電容器的充電過程中，每秒鐘即可看到n個彼此獨(dú)立且依次增大的讀數(shù)。根據(jù)數(shù)字萬用表的這一顯示特點(diǎn)，可以檢測電容器的好壞和估測電容量的大小。下面介紹的是使用數(shù)字萬用表電阻檔檢測電容器的方法，對于未設(shè)置電容檔的儀表很有實(shí)用價(jià)值。此方法適用于測量0.1μF～幾千微法的大容量電容器[3]  。

三、用電壓檔檢測

用數(shù)字萬用表直流電壓檔檢測電容器，實(shí)際上是一種間接測量法，此法可測量220pF～1μF的小容量電容器，并且能精確測出電容器漏電流的大小[3]  。

電容的種類可以從原理上分為：無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等，從材料上可以分為：CBB電容（聚乙烯），滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨(dú)石電容、電解電容、鉭電容等[2]  。

無極性可變電容

制作工藝：可旋轉(zhuǎn)動片為陶瓷片表面鍍金屬薄膜，定片為鍍有金屬膜的陶瓷底；動片為同軸金屬片，定片為有機(jī)薄膜片作介質(zhì)

優(yōu)點(diǎn)：容易生產(chǎn)，技術(shù)含量低。

缺點(diǎn)：體積大，容量小

用途：改變震蕩及諧振頻率電路。調(diào)頻、調(diào)幅、發(fā)射/接收電路[2] 

無極性無感CBB電容

制作工藝：2層聚丙乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后捆綁而成。

優(yōu)點(diǎn)：無感，高頻特性好，體積較小

缺點(diǎn)：不適合做大容量，價(jià)格比較高，耐熱性能較差。

用途：耦合/震蕩，音響，模擬/數(shù)字電路，高頻電源濾波/退耦[2]