电容的历史、结构、电特性！有趣又实用的元器件知识！

一、电容的基本作用

1、电容的历史

（1） 电容的两个基本原理

1） 存在两种不同性质的电荷，正电荷和负电荷，同种电荷排斥异种电荷吸引。

最初人们发现不同物体带有不同性质的电荷，而且不同电荷之间有相互吸引的现象，这个实验想必大家小学物理课都玩过。

图1：摩擦起电

图2：同种电荷相斥，异种电荷吸引

2）电荷是可以流动和储藏的

富兰克林的风筝实验证明雷电是放电现象，且电荷是流动的且可以储藏的。

图3：富兰克林和他儿子的风筝实验

（2） 电容器的雏形

电容器的雏形是莱顿瓶，当时人们用来娱乐！

图4：莱顿瓶实验

2、电容的作用

储存与释放电荷。

二、电容的结构

电容有两层金属板和中间的绝缘介质构成，见图5，实际电容的结构见图6。

图5：电容原理结构图

图6：实际电容器结构

三、电容的直流特性

电容充放电过程中存在电阻，导线电阻、电容的引线电阻、内阻，所以电容的充放电是和电阻密切相关的，电容充放电需要一定的时间，这个时间和R与C的值有关

图7：电容的充电电路

1、 RC时间常数

t=R*C

t : 单位秒 S

R：单位欧姆Ω

C：单位法拉F

2、充放电曲线

图8：充放电曲线

充电规律：1t 63%、2t 86%、3t 95%、4t 98%、5t 99%，通常认为5t充电完成。

放电规律：1t 37%、2t 14%、3t 5%、4t 2%、 5t 1%，通常认为5t放电完成。

3、充放电公式

更加准确的知道电压与时间的关系，最方便的方法是仿真，其次是通过公式计算，计算公式略。

四、电容的交流特性

1、容抗

电容对交流电有阻碍作用，类似于电阻对电流的阻碍作用。

2、 电流超前电压90°

图9：电容交流特性实验

给电容施加1V，频率1KHz，初始相位0的交流电，见图9,电容的电压与电流见图10。

图10：电容电流超前电压90°

从图10中可以看出电流超前电压90°，从峰值电流7.5A也可以看出电容对交流电的阻碍作用。

五、真实电容的模型

一般教材中总是说理想元器件，实际电路设计中，特别是高频电路设计中，不能忽视内阻和电感的作用，否则很难成功设计电路。

实际电容有三部分组成，

1、ESR（内阻）

这个主要由有引脚和内部极板的电阻构成。

2、C（理想电容）

3、ESL（内部电感）

电容的引脚、极板等构成的电感。

实际电容的模型见图11。

图11：真实电容的构成

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