电容篇-电容器件工作原理及参数分析理解

在分析电路时，我们经常将电流比作水流。分析电路实际上是分析水流的动态。

我们通常把电容理解为水缸，如下图所示， 右下角有一根管子向外排水，左上角有一根管子用于进水，即外面不稳定的水通过管子流入水箱，注满水箱，从右下角的管子排出。

我们发现流入的水类似于图中的纹波(类似)AC-DC电流纹波)纹波)不稳定。如果直接从缸口流出而不通过水缸，则保持原来的不稳定状态，即水面不稳定。

然而，如果我们把它放在水箱里，从水箱底部的管道中排出，水是相当稳定的，最多会导致水平面不稳定。

这时，我们说水箱起到了滤波的作用。过滤掉输入水的纹波，从缸底管道输出非常稳定，几乎没有波动水。

这对我们的电容应用有很大的启发。

电容对电压的影响相当于水缸对水的影响，也就是说，电容储存在电荷中，正电荷一个接一个地放置在里面，从外面进来的电荷不断积累，然后平稳输出，电荷数平稳输出，无波动。

因此，我们后面电路的负载可以获得稳定的连续输出。稳定无波动的电压可以使负载工作更可靠，不会损坏负载。

因此，我们需要过滤负载电源的电压，过滤器是通过电容器使用类似于水缸原理的方法。

电容量有限，就像电阻一样，它的单位，我们用法拉（F）为了测量，法拉是一种常见的右微法单位，可以存储电容的电荷数量（uF）,纳法（nF），皮法（pF）。

电容转换：1法拉=10^6微法=109纳法=10^12皮法

在实践中，我们做不到1法拉这么大的电容，大部分都是微法为量级。

在电路中，电容器通常用于储能。正如我们刚才所说，电容器的大小与水箱有什么关系？ 如下图所示：

左边是1号水箱，右边是2号水箱，高度一致，底面积不同。

这时，我们都在这两个水箱里加水。当我们把水加满或两个水箱的水加到同一高度时，我们发现2号水箱中加入的水远远大于1号水箱。如果家里有相同的水，1号水箱的水位会上升得更高，2号水箱的水位会上升得更低。

然后我们将这两个水箱与电容器进行比较，我们说电容器的单位越大，其截面积越大，相当于水箱的底面积越大。

如果我们给电容器充电并充电到相同的高度，比如10V，所以我们知道2号电容需要更多的电荷，1号电容需要更少的电荷。

因此，我们引入了一个电容公式：C=Q/U，C是电荷容量，Q是电荷数，U是电压，这是什么意思？

就像我们刚把电容比作水缸一样，那么我们也认为Q是水缸的体积，U是水缸的高度，C与水缸底面积相比。

对于水缸而言，其高度乘以底面积等于体积。然后我们得到这个公式：Q=C*U，是我们上面电容器的公式吗？

因此，对于相同体积的电容器，您的底面积C越大，您的水位U越低，相反，电容C越小，电压U越高。

下图分析： 我们认为水缸的底面积是C，高度就相当于V，水箱外面有一个电源。现在这个电源开始给它充电，也就是说，把电荷Q放进水箱。在放电过程中，电压从低到高开始上升。在充电过程中，电容自然会产生阻力，阻碍充电过程，即在此过程中，电容自然会被拒绝，不希望其他人加电，我们称这种抵抗为容抗。

为了便于理解，我们也可以理解，当一辆公交车挤满了人，来到下一个站台，有很多人想上车，公交车里的人自然会有抵抗，不想有更多的人挤公交车，所以这会导致公交车更拥挤。

假如从这从这方面理解电容器，也就是说，当外部电源给电容器充电时，电容器会表现出自然的阻力。

然后我们先观察电容充电时的电压波形曲线。 如下图分析：

水缸外有一个电源，例如，这个电压是30V，当这个30V电源供电给电容器。一开始，电容器中没有电荷，所以电源和电容器之间有30个差异V绝对高度。

此时，如果电荷进入电容器，我们说它的流动速度非常快，相当于在水箱外高30米的地方向水箱注水。此时，水流速度相当快。

如果这个高度降低了，比如在15米处给水箱注水，我们可以清楚地看到它的斜率变小了，也就是说水流速度变慢了。

因此，高度越高，流入速度越快。可以说，前30名V充电电容器时，其斜率最大，流速最快。我们也可以说，此时电荷的阻力最小，即容抗小，所以我们知道阻力越大，容抗越大。

在刚开始，30V在给电容器充电的那一刻，电荷流动最快。然而，随着充电过程，水箱的水位不断上升。如果水箱的高度等于电压，也就是说，当电容器的电压上升到15时，电压会上升V从图中可以看出，电荷流入电容容器时，我们可以清楚地看到它的斜率随着电容器中电压的升高而变慢，斜坡越来越小，电荷流入电容器的速度越来越慢。因此，充电速度与电源和电容器之间的压差有关。压差越大，充电速度越快。

这种情况和上述规律可以在电容充电时画出电压波形。 电容充电电压的公式：

其中Vin为外部电源电压，τ为充电时间常数，τ=RC，这个R时电压源的内阻，C即为电容。

有电压波形自然有电流波形，而电流波形正好与电压波形是相反的，通过以上分析，我们知道，起始时刻，电荷流速最快，因此充电电流是最大的，随着充电时间的推移，电荷流速越来越慢，那么，电流也就越来越小了，因此，充电电流的曲线是递减的。

上述内容摘抄之张飞电子电容讲解部分。