电容器-这个词似乎暗示了…的意思能力在字典中，这个词的意思是“拿东西的能力”。这正是电容器的作用-它携带电荷。但是，是什么使它成为几乎所有电子电路中的通用元件呢?让我们分解电容器背后的东西，以了解它做什么和如何使用他们在这篇文章。

什么是电容器?

最原始形式的电容器由由介质隔开的两块导电板组成。“电介质”一词只是一种可以极化的绝缘体的花哨说法，即在相反的表面上形成负电荷和正电荷。当电压加在这两块极板上时，电流就流过导电极板。一边带正电(缺少电子)，另一边带负电(多余电子)。我们都很熟悉不同的电荷相互吸引的事实，因为板块是带相反电荷的，所以板块上的电荷相互吸引。

记住这里有一个绝缘子在板之间，所以收费不能“流动”彼此均衡，并且（理想地）陷入相互吸引力和保持放置的状态。这就是电容器如何实现其最基本的功能 - 保留或存储充电。

电容器的象征

由于电容器有两个平行的金属板如上所述，它们的符号类型是相同的。至少画起来很容易

在实际应用中，电容器不再仅仅是两个板之间有一个间隙，在铝电解的情况下，两个板的形式是金属箔卷起来，在它们之间有一个间隔管。

第二组符号代表极化电容器，指的是通过内部设计定义了正负端子的电容器。如果不小心反转这些终端，几乎肯定会导致严重的故障(特别是对于较大的样品)，从故障现场喷出少量的箔和纸仪表，而且大多数时候气味很难闻。

电容器的电容和额定电压

电容器是用单位来测量的法拉;它以着名的英国电化学师，迈克尔法拉德排名。电容单位，站在每伏的库仑。库仑（发音为'Koo-Lom'）是S.I.INGENSION，仿照电压的电压是电压或电位差的单位。这使得FARAD每伏势差的电荷量。这种简单的方式在数学上查看电容器在电容器上提供了广泛的解释，这表明了很多致命的复杂数学方程式，如集成量和指数和我们工程师在使用电容器时使用的矢量，这是超越的方式本文的范围。但是，我们将进入有点有趣的数学数学，可以帮助我们在文章中使用电容器设计电路

当然,法拉(每伏一库仑)是一个非常大的单位对于大多数实用目的(由于库仑本身是一个相当大量的电荷,正如你可能已经知道的),所以大部分电容器(非常大的除外)是以法拉,或一百万(0.000001)法拉。假设你有一个电容，在塑料外壳上的读数是25V 10uF(“u”前缀表示micro，它是希腊符号“µ”(“mu”表示micro)的变体)。由于电容帽(电子学中简称电容)的额定容量为10uF，所以它的两端每伏特电压可以充电10微库仑(即百万分之一库仑，0.000010 C)。这意味着，在最大电压为25V时，电容器可以容纳25V x 10uF的电荷，计算出来是0.000250库仑。

记得我说过“最大”电压。最大电压可能是对电容器最重要的额定值。它告诉你多少电压电容器可以处理它的终端在它去KABOOM.........!

电容器的工作原理

基本上，电容器内部发生的事情是，这些板之间的绝缘体正在经历一个称为“介电击穿”的过程，这意味着绝缘体不能再绝缘了，因为绝缘体上的电压太高，使它不能保持绝缘体的状态。基本的物理原理有些超出范围，但要理解为什么会发生这种情况，你只需要知道没有绝缘体是完美的，也就是说，在一定程度上。即使最坚固的桥在超载时也会倒塌。这里发生的事情是相似的。为了减少击穿，你可能会增加两个极板之间的间隙，但这也带来了一个折衷——降低电容，因为极板之间的距离更远，电荷的吸引力不如它们靠近时那么大——就像磁铁的行为一样。

一个好的经验法则是使用额定电压的盖子比电压的电压更大，而不是预期的电压。这留下了宽阔的安全保证金。例如，如果您需要一个帽子去解耦（担心没有，则在物品后面解脱解耦）12V电源轨，您可以使用16V电容器拆除，但建议使用25V电容，因为它为您提供了一个安全裕度宽。好的，你找到了!!是25V当然不是25％大于12V，但是18V不是标准电容值 - 你将无法找到任何电压额定值。最近的是25V。

不同类型的电容器

击穿电压范围的原因是因为用作电介质的材料，也是电容器分类的基础：

铝电解电容器

这些可能是最容易辨认的类型的电容器．它们装在独特的金属罐中，带有塑料外壳，上面清楚地标明电压和电容额定值，白色的带子表示阴极。这个名字来自于一个事实，就像上面提到的，“板”是由化学腐蚀的铝箔制成的。蚀刻过程使铝多孔(很像海绵)，并大大增加其表面积，从而增加电容。电介质是一层薄薄的氧化铝。这些电容器充满了像电解质一样的油，因此得名。电解电容器是由于他们的内部结构。与电容器家族的其他成员相比，它们的电容大，但电压低得多。你可以看到0.1uF到100mF之间的电解，额定电压从几伏到大约500V。然而，他们的内部阻力往往很高。

注:电容的内阻是由电容帽的材料引起的，例如铝箔的电阻或引线的电阻。

陶瓷电容器

这些是带有陶瓷介质的电容。由于陶瓷介质的击穿极限是相当高的，你可以期待看到陶瓷电容疯狂的击穿电压，如10kV。然而，电容往往很低，在皮法拉(0.000000000001F)到几十微法拉的范围内。它们通常比其他类型的电容器，如图所示。它们也有非常小的内阻。

识别陶瓷电容器

陶瓷电容的值不会直接提到陶瓷电容器．总是有一个三位数后面跟着一个变量;让我们学习如何使用这些数字来识别值。考虑以下电容器。

正如你所注意到的，这三个数字被分成了两个数字，第三个数字是乘数。在这种情况下，68是数字，3是乘数。所以68应该乘以10^3。简单地说，就是68后面跟着3个零。因此，这个电容的值将是68000 pF。注意，单位应该总是pF。类似地，一个带有220码的电容意味着它是22皮法拉，因为10^0是0。

电容器的额定电压可通过使用本代码下的线来确定。有线路则电压值为50/100V，无线路则电压值为500V。

下面给出了最常用的电容值及其在皮法拉、纳法拉和微法拉的转换。

代码	Picofarad（PF）	毫微法拉(nF)	微法拉(超滤)
One hundred.	10	0．01	0.00001
150	15	0.015	0.000015
220	22	0.022	0.000022
330.	33	0.033	0.000033
470	47	0.047	0.000047
331.	330.	０．３３	0.00033
821	820	0．82	0.00082
102	1000	1.0	0.001
152	1500	1.5	0.0015.
202.	2000	2．0	0.002
502	5000	5．0	0.005.
103	10000	10	0．01
683.	68000	68	0.068
104	100000	One hundred.	0．1
154	150000	150	0．15
334	330000	330.	０．３３
684.	680000	680.	0.68
105	1000000	1000	1.0
335	3300000	3300	3．3

薄膜电容器

顾名思义，这些电容器中的介质是一种塑料薄膜，通常是大家熟悉的塑料，如聚酯薄膜和聚酯薄膜。它们具有与陶瓷电容相同的特性，高击穿电压(因为塑料聚合物的行为方式)和低电容。唯一的区别是，虽然表面看起来像陶瓷帽，但它们往往更大一些。内阻可与陶瓷帽相媲美。

钽和铌电容器

这些雷管在技术上属于电解电容器的范畴。在这里，电解液是由钽或铌氧化物制成的固体材料。对于给定的电容，它们有非常低的内阻，然而，与其他类型相比，它们对过电压的免疫能力更弱(陶瓷的最好)，而且往往在没有任何警告的情况下就会坏掉，产生大量讨厌的黑烟。

特殊目的的电容器

这些包括银云母帽，X和Y级帽等。例如，X和Y额定电容器是为线滤波而设计的——结构更坚固，电压额定值更高，电容也更低，如果施加交流电压，可以减少通过它的电流，如果施加直流电压，则可以限制储能帽内的能量。

超级电容器,超级电容

他们将电容器提升到一个全新的水平，大大增加了电容，有时在数百法拉的范围内!这是可能的，因为一些聪明的化学。超级电容器和超级电容器架起了电容器和化学电池之间的桥梁。然而，它们的电压非常低。

这些几乎都是常见类型的电容器你可能在电子世界中经常遇到。

电容器在电路中的表现

有用的第一任务是学习如何计算由公式给出的电容器中的能量存储器，

E = 1/2CV²

E是焦耳储存的能量，C是法拉的电容，V是伏特的电压。请注意，这个方程采用了许多其他牛顿能量方程的形式，一个整洁的复活节彩蛋!

假设你有一个额定电压为50V的电容为1000uF的电容，满50V时的存储能量为:

1/2 * 0.001000f * 50v * 50v

也就是1.25J的存储能量。

这揭示了电容器作为储能装置的缺点-给定尺寸的电池存储能量非常低，相同尺寸的电池存储能量至少要多1000倍!然而，雷管的内阻比化学电池低得多，这使它们能够迅速释放所有储存的能量。短路的电池只会因为内阻耗散的能量而发热，而短路的电容器只会产生少量的火花，因为所有的电荷都是一次性释放的，不会损坏电容器。

第二，关于电压、电流和电容还有一个简洁的公式:

I / C = dV / dt

其中I是供给电容器的电流，单位是安培，C是电容，单位是法拉，dV/dt是电容两端电压的变化率。考虑它的单位-电压/秒对于给定的电流和电容。不要担心这个小d，它只是数学上表示极限为0的一种方式。

假设你有一个电源，它以1mA的恒流输出5V的恒定电压，然后重新排列这个方程，我们可以找到将100uF电容充电到5V所花费的时间:

dt = CdV /我

dt = (0.000100F * 5V)/0.001A

Dt = 0.5秒

所以电容可以在0.5秒内充电到5V。(请记住，电容器只能充电到提供给它的最大电压，永远不会更多，它们不能神奇地“创造”电压。)

电容器的这种可预测的行为使得它在产生延时时非常有用，例如，带有一点额外的电路。你可以重新排列方程来得到时间。

现在是好东西-实际电容电路!

电路中的电容器行为

让我们从简单的开始-不同的方式电容器可以连接在一起。这和连接两个电阻器很相似——你可以将它们串联或并联。

并联电容器

下图显示了三个并联的电容器，所有各自的正负极连接在一起(假设帽是极化的)。这种排列方式的总电容就是电路中所有电容器的总电容之和。这是有意义的，因为连接电容器板并联增加表面积，增加电容。

这种安排可以处理的最大电压是最小的电容器的电压，因为电压是共同的所有帽。

一个例子应该可以说明这一点。假设你有两个电容器，一个额定电压为25V 470uF，另一个为35V 1000uF。总电容为470uf + 1000uF = 1470uF。然而，你可以跨越这个银行(一串电容器连接在一起可以被称为电容器“银行”)的最大电压将仅仅是25V。如果你在这条河上放比这更高的东西，会引起火花的，因为你超过了最大值。25V电容电压。

电容串联

当您想要大的电容时，并联连接电容器特别有用，并且您只有小值。将这些较小的值盖并行放在一起将最终获得更大的价值并做这项工作，假设您注意到电压。

现在把电容器串联起来有点复杂。电容由公式给出:

1/Ctotal = 1/C1 + 1/C2 + 1/Cn

式中C1, C2，…Cn为电路中使用的每个电容器的电容。

银行现在能处理的电压是所有额定电压的总和。

如果给你一个额定电压为10V 1uF的电容和一个额定电压为50V 10uF的电容，那么电池组可以串联处理的电压是10V + 50V = 60V。电容计算出来是0.9091uF。

电容电压VS时间

如果我们想给电容器充电呢?我们可以把它通过一个电压源连接起来，如下图所示。这里会发生的情况是，电压源接通的那一刻，假设电容完全放电，电荷就会在极板上快速累积，导致一个非常大的(理论上是无限的!)电流尖峰，只有电容的内阻才能限制它。当然，如果您的电源碰巧是电池之类的东西，这是不可取的。一个明智的想法是在电容器和电压源的串联上添加一个电阻来限制电流，如图所示，瞧!你有一个工程师称之为RC电路的东西，' R '代表电阻，' C '代表电容!

该电路显示了一些有趣的行为。当电压连接到标记为“I”的电阻器侧时，由于电流限制，电容器上的电压升高。图表看起来像这样：

更倾向于数学的观众会认出斜率的形状-它类似于指数函数!

请记住，我如何使用帽子来产生时间延迟？这是一种在没有恒定电流源（需要一些附加电路）的情况下这样做的一种方法。由于需要达到特定电压的时间是可预测的，如果我们知道电容，电压和电阻，我们可以创建时间延迟电路。

电阻和电容的乘积RC被称为电路的时间常数。如下图所示，这个参数在准确地确定到达给定电压的实际时间时非常有用。

从图表中，您可以看到电容器在一次常数中达到施加的电压的63％，等等。

这是全季555定时器使用的原理，尽管设计公式略有不同。

另一个有趣的应用RC电路IS信号滤波，即从电路中移除不需要的频率的电信号。RC电路采用给定的时间来充电和排出源。如果我们使用大于RC的时间段施加周期性波，则输出中的输出将出现相同的信号，其失真非常小。但是，在增加频率时，信号保持比电路更快的极性可以充电和放电，最终在某个点之后，信号消失，你留下的所有都是干净的直流！这称为信号衰减。如您所见，RC电路就像一个滤波器，该过滤器阻挡AC信号（甚至叠加在DC上，即具有DC偏移）超过某个频率。这种滤波器称为低通滤波器，即，它可以让低频通过但不允许频率通过。

交流电路中的电容器

电容器放置在交流电路中表现出一种有趣的方式。从信号的角度来看，它们可以被认为是频率相关的电阻。正如上面所见，RC电路从一个信号阻塞所有的交流，但是当一个电容串联到一个交流电压源时会发生什么?恰恰相反!

由于电容器只是由绝缘体分开的两个金属板，因此它不会让任何直流电流通过它。然而，AC信号具有不断变化的电压，因此一个板看到变化的电压并引起另一个板上的相对电荷，如图所示：

这具有让电流以相对较高的频率“通过”电容器的整体效果。在输出端并联增加一个电阻就形成了一个高通滤波器，即一个只允许高频通过并阻塞所有直流信号的滤波器。

电容的“交流电阻”或阻抗由以下公式给出:

XC = 1 /(2 *π* f * C)

式中XC为容抗或阻抗，f为频率，C为电容。你可以用这个公式来计算交流电路中电容的实际“电阻”。

在野外电容是在哪里发现的

好了，理论讲得够多了。让我们来看看很多用电容器的用途．

第一个地方，你可能会看到电容器在各种各样的电源滤波器和去耦。它们就像电荷蓄水池——在负载需要时提供快速电流。

这里有两个示波器的镜头，显示了没有和有一个电容跨越电源的引线的影响。正如你所看到的，电容器极大地降低了电源轨道上的“噪音”，从而保护脆弱的部件免受突然电压峰值的影响。

他们也被称为“脱钩”电容器，因为它们可以将电路中与电源相连的部分“解耦”。有时，电路板上的电源引线可能很长，并且有很高的电感和电阻。这可能导致它们提供的电流比平时少。在供电线路的末端有一个电容就像在设备上有一个更小的临时“电池”，在需要时提供突发电流，在设备消耗低功率时充电。

您可以使用公式I/C = dV/dt来计算必要的电容，以消除电源终端上的“纹波”电压。

假设你有一个电源它的电压每10毫秒变化11.5V到12V(纹波)，由于频率为50Hz，这在市电设备中很常见，你需要在终端上放置一个帽以平滑电压。如果在这种情况下负载电流是1A，那么我们可以这样重新排列公式来求电容:

(我* dt) / dV

式中，I为负载电流，dt为噪声的时段，dV为纹波电压。将这些值代入，我们发现我们需要20000uF的电容。这可能看起来很多，但你可以少得多。获取的值仅作为参考。

在现实生活中，您可能会发现多个类型和值的电容跨越功率轨迹，这是为了减少噪声内容跨越许多频率，并有最平稳的电压可能。

电容器的另一个用途是像这样的复杂滤波器:

但更简单的过滤器应该是RC滤波器这里描述了一个有趣的滤波器。

每个人都知道这一点Arduino单片机板．一个多功能的工具，但你有没有想过为什么模拟输出输出数字PWM信号?这是因为他们被设计用来与外部滤波网络平滑PWM电压到一个真正的模拟电压。这可以通过一个1K电阻和一个10uF电容这样简单的部件来实现。试一试!

另一个用途，就像上面提到的，是时间。一个简单的振荡器可以使用一个与非门(试着弄清楚为什么与门不能工作)，一个电阻和一个电容。

假设最初没有电压跨越电容器，NAND输入(连接在一起)看到接近0V跨越他们，并打开输出。帽现在通过电阻器充电。当它达到门的“高”阈值时，输出变低，帽现在放电。这个循环继续产生一个方波输出，其频率依赖于R和C的值。

最后，另一个有趣的电容器使用是能量存储。当然，电容器不匹配电池，但对于一些需要快速的应用，帽是这项工作的最佳。

等设备coilguns(在网上可以找到更多)需要一个大的电流脉冲来加速弹丸，因此高电压电容器被用于这样的目的，通常是额定450V 1500uF，这可以存储大量的能量。

结论

所以有!现在你对电容的了解比一开始要多得多。你现在可以设计简单的电容电路了。记住，还有很多东西要学，不要切换电源端子!