電容知識|電容公式、電容單位、電容作用及檢測-KIA MOS管

電容知識詳細分析

電容簡介

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。在電路學里，給定電勢差，電容器儲存電荷的能力，稱為電容（capacitance），標記為C。采用國際單位制，電容的單位是法拉（farad），標記為F。

電容的符號是C。

C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

電容單位及轉換

在了解電容公式前，我們要先來看看電容單位及轉換。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系：

1伏安時=1瓦時=3600焦耳

W=0.5CUU

電容公式

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，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為極板間介質的介電常數，S為極板面積，d為極板間的距離）。

電容公式-定義式：

電容器的電勢能計算公式：E=CU^2/2=QU/2=Q^2/2C

多電容器并聯計算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn

多電容器串聯計算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn

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

電容的作用

作為無源元件之一的電容，其作用不外乎以下幾種：

（一）應用于電源電路，實現旁路、去藕、濾波和儲能的作用。下面分類詳述之：

（1）旁路

旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩壓器的輸出均勻化，降低負載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進行放電。

為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負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致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。

（2）去藕

去藕，又稱解藕。從電路來說，總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。

如果負載電容比較大，驅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，會產生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。

去藕電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅動電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解。

旁路電容實際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。

高頻旁路電容一般比較小，根據諧振頻率一般取 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，依據電路中分布參數、以及驅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。這應該是他們的本質區別。

（3）濾波

從理論上（即假設電容為純電容）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了一個小電容，這時大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過，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而引起水量的變化。

它把電壓的變動轉化為電流的變化，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。

（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。

根不同的電源要求，器件有時會采用串聯、并聯或其組合的形式，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。

（二）應用于信號電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數的作用

1）耦合

舉個例子來講，晶體管放大器發射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號 產生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合，這個電阻就是產生了耦合的元件，

如果在這個電阻兩端并聯一個電容，由于適當容量的電容器對交流信號 較小的阻抗，這樣就減小了電阻產生的耦合效應，故稱此電容為去耦電容。

2）振蕩/同步

包括 RC、LC 振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。

3）時間常數

這就是常見的 R、C 串聯構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時，電容（C）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。

電流通過電阻（R）、電容（C）的特性通過下面的公式描述：

i=(V/R)e-(t/CR)

萬用表檢測電容

一、用電容檔直接檢測

某些數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，選取適當的量程后就可讀取顯示數據。

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。

經驗證明，有些型號的數字萬用表（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值。此時可采用串聯法測量小值電容。

方法是：先找一只220pF左右的電容，用數字萬用表測出其實際容量C1,然后把待測小電容與之并聯測出其總容量C2，則兩者之差（C1－C2）即是待測小電容的容量。用此法測量1～20pF的小容量電容很準確。

二、用電阻檔檢測

實踐證明，利用數字萬用表也可觀察電容器的充電過程，這實際上是以離散的數字量反映充電電壓的變化情況。

設數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個彼此獨立且依次增大的讀數。根據數字萬用表的這一顯示特點，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字萬用表電阻檔檢測電容器的方法，對于未設置電容檔的儀表很有實用價值。此方法適用于測量0.1μF～幾千微法的大容量電容器。

三、用電壓檔檢測

用數字萬用表直流電壓檔檢測電容器，實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。

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