3.5 元器件插曲之三：电容

3.5.1 电容基础知识

电容器（capacitor，简称电容，代表电路符号 ）是一种储能器件，它不允许直流通过，但能让交流通过。

在中学我们就知道，电容的原始模型是由电介质分隔的两块平行放置的金属板组成的，如图3-11所示，闭合开关，电容两端就接到了电池的+、－极上，此时电容进行充电。上金属板的电子被电池+极吸引走而形成多余的+电荷；而下金属板从电池－极得到电子而带－电荷，这一过程使电路出现短暂电流：电流从电池+极出发，依次经过 A 点、 B 点、 C 点、 D 点回到电池－极。当电容两金属板之间的电压等于电池电压时，充电过程停止，电路中不再有电流流动，电容相当于开路。

可见，如果给电容施加直流电压，电容只会在充电的过程中“贡献”电流，当它“吃饱”后，电路就不再有电流。也就是最终电容会“隔直流”，而且电容的容量越大，充电的时间越长，电路里电流的持续时间也就越长。

充电之后的电容中已经存储了一定的电荷，如果断开图3-11中的开关，电容和电阻形成一个闭合的环路，因此电容开始向电阻放电，电流方向与充电时电流方向相反——电流从电容上方金属板流出，依次经过 B 点、 A 点、电阻、 D 点、 C 点后回到下方金属板。随着放电过程的进行，电容两金属板间电压降低，当电压降至0V时放电停止，电路中电流消失。

可见，充了电的电容好像一个电池一样，可向电路提供电流。这就是电容的另一个特点——储能。

电容容量的大小用法拉（farads，简写F）来描述，这也是电容容量的单位。由于F（法）是一个非常大的单位，通常还有mF（毫法）、μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法）等，它们之间的换算关系为：

在选购电容时，容量是首要考虑的参数。在一般电路中，电容器容量的选取范围为1pF～150000μF。电容参考E12基准进行取值，E12（允许误差±10%）基准中电容容量为1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2乘以10、100、1000……所得到的数值。所以，在市场上是买不到如25μF这种容量“奇怪”的电容的。

电容采取直观的数字标记法来指明容量，绝大多数电容在其表面上都印有代表其容量的数字标记，如图3-12所示是三种标记电容容量的方法：

· 第一种比较简单，在电容表面印刷有容量的数值和单位，如图3-12（a）所示的1000μF。另外，“10V”表示该电容的耐压值为10V。

· 第二种使用容量加单位缩写的方法来标记，如图3-12（b）所示的3n3代表3.3nF，类似的，33n代表33nF、4p7代表4.7pF等。

· 第三种使用纯数字的方法来标记，如图3-12（c）所示的103，其中“10”代表容量的前两位数，最后一位“3”代表倍数（0的个数），单位一律是pF。所以103代表10 000pF。根据电容容量的换算式（3-1），103=10000pF=10nF=0.01μF。类似的222代表2200pF、474代表470000pF，即470nF等。

电容工作在电路中，自然需要考虑其耐压值的问题。任何一个电容都有一个最大耐压值，如果在其两端的电压超过了这个值，电容肯定是要烧毁的。如果电压超过得很夸张，那电容还会发生爆炸，殃及其他元器件。电容的耐压值一般都会标记在其外壳上，如图3-12所示，在容量参数旁边往往都能找到其耐压值，如3n3的电容，其耐压值为2000V，说明施加在该电容两端的电压不能超过2000V，否则电容休矣！

3.5.2 电容的种类

根据电容中电介质的不同，电容分为涤纶电容或叫聚酯电容（polyester capacitor）、云母电容（mica capacitor）、瓷介电容（ceramic capacitor）、电解电容或叫极性电容（electrolytic capacitor）、可变电容（variable capacitor）等几种。

其中涤纶、云母、瓷介电容为无极性电容（non-polarized capactior），它们有如图3-13（a）所示相同的电路符号，而图3-13（b）、（c）、（d）是这几种电容的外观。无极性电容的两个管脚没有极性之分，可以调换使用。

电解电容是一种极性电容（polarized capactior），其电路符号如图3-14（a）所示，它在无极性电容电路符号的基础上多出了一个“+”号。标有“+”号的一端为正极，另一端为负极。

电解电容分为两种，其中一种为铝电解电容（aluminium electrolytic capacitor），如图3-14（b）所示。它是一个圆柱形的器件，在外壳上印有容量和额定电压等信息，如图3-15中所示的电解电容容量为1000μF、额定电压为10V。在外壳上一般还有一个非常明显的银色或灰色条，指明与之同侧的管脚为电容的负极。

另一种电解电容叫钽电解电容（tantalum electrolytic capacitor），如图3-14（c）所示。在低压电路中可以与铝电解电容直接换用，它比铝电解电容有更小的漏电流和较小误差，所以价格稍高。钽电解电容的容量一般都不会超过470μF，而铝电解电容的容量动不动就成千上万μF。钽电解电容外壳上有一侧标有“+”，如图3-14（c）所示，指明同侧管脚为正极。

注意，无论是铝电解电容还是钽电解电容都是有极性的电容，两个管脚有正、负极之分，在使用时切不可接反，否则很容易烧毁器件。此外，电解电容在选用时还需要注意其额定电压，在器件两端施加的电压值如果超过了额定电压，器件就会发热甚至爆炸。常用的额定电压有10V、16V、25V、35V、50V、75V、100V、125V、300V等，如图3-14（b）所示的铝电解电容是一个容量为1000μF、额定电压10V的器件。在已知电路工作电压 V _CC 的情况下，要选择额定电压高于 V _CC 的电解电容器件。

以上介绍的几种无极性电容和极性电容在电路设计中如何选取呢？首先可根据电路图中的电路符号确定是无极性或是极性电容。比如电路图中的电路符号是 ，则需要一个1μF的无极性电容。是选择涤纶电容还是瓷介电容呢？如果是一般用途的电路，选择这两种都可以。瓷介电容一般比较便宜，如果对电容误差要求不高可以选用；而云母电容一般容量较小，在高频电路中应用较多。如果电路符号是极性电容，一般选用的都是铝电解电容。除非电路对电容漏电流要求很高可考虑使用钽电解。表3-2给出不同种类电容的容量选用范围等参数，供取用时参考。

3.5.3 电源滤波

利用电容对电源进行滤波是一种最简单的方法。如图3-15所示，在整流全桥之后加上了一个滤波电容C1，这样一来，从整流全桥输出的单向脉动电压信号在上升段给电容C1充电，而在下降段电容C1向负载R1放电而使电压不会马上掉下来，相当于滤波之后输出了一个直流电压信号。滤波电容C1根据负载电流大小和滤波需要一般选择容量范围为100～10000μF，耐压值应该高于变压器的输出电压。