電容的構(gòu)成與應(yīng)用原理 電容的工作階段分析

很多硬件設(shè)計的初學(xué)者可能對電容的充放電的印象還停留在課本的公式中，并不形象，那么今天就帶大家好好分析一下電容這個元件和充放電的過程，然后用仿真來給大家建立直觀的分析和記憶，在電路設(shè)計中，如果不能深刻理解每個元器件的工作機理和工作階段，那么在遇到問題時，尤其是多個因素組成的問題時，便會一籌莫展。

1.電容的構(gòu)成與應(yīng)用原理：

電容的構(gòu)成是兩個極板，極板之間可以承載電荷，所以電容本質(zhì)上是一個電荷的容器。電容由于封裝和加工問題，不得已會產(chǎn)生寄生的電感和電阻參數(shù)【這個后期會詳細(xì)講】，今天咱們主要分析電容的特性，分析在直流電源給電容充電過程中電容的各個階段的狀態(tài)。

2.電容的工作階段分析：

電容從供應(yīng)商制造出來，必然是不帶電荷的，也就是電容的初始狀態(tài)(無電荷存量)，而我們設(shè)計者，在使用電容構(gòu)成電子產(chǎn)品后，也是無電荷的，當(dāng)我們把產(chǎn)品的電源接上到產(chǎn)品使用完斷開電源恢復(fù)沒電的過程中，電容會經(jīng)歷如下幾個過程：

【過程1:充電階段，過程2：滿電階段，過程3：放電階段?！?/p>

這里把電容的公式【初始電荷為0】寫上，提醒大家別忘記電容還有公式，每一個階段也是有理論計算相支持的。電容充電電路圖：

電容放電電路圖：

電容充電公式：

其中Uc(t)是電容工作過程中的每個時刻電壓。V1是充電電源電壓。exp是指數(shù)形式。

電容滿電公式：

電容放電方式：

電容充電和放電響應(yīng)，其衰減快慢與 RC 有關(guān)。τ=RC 為一階電路的時間常數(shù)，它的大小反映了電路過渡過程時間的長短。

電容的另外兩個基礎(chǔ)公式，可以計算充電時間，以及和電容相關(guān)的掉電保持時間：

這里通過電容C和充電電壓dU可以計算電荷量dQ，再通過電荷量dQ/支路消耗的電流I，就可以得到充電(放電)時間dt。

【注意：電容在充電時，當(dāng)做負(fù)載看待，電容在放電時，當(dāng)做電源看待】

3.電容的充電,滿電與放電階段分析與仿真示意圖：

時刻1-電容無電荷，初始狀態(tài)電壓為0，下一時刻進入充電狀態(tài);

時刻2-電容兩端開始充電，進入充電狀態(tài)，電壓隨之從0升高;

時刻3-電容兩端電荷充滿，電壓不變，進入滿電狀態(tài);

時刻4-電容兩端此刻開始電荷放電，電壓降低，進入放電狀態(tài);

時刻5-電容兩端電荷放電完畢，電壓降為0，進入初始無電荷狀態(tài);

【時刻1-3是充電階段，時刻3-4是滿電階段，時刻4-5是放電階段】

【對比記憶：假設(shè)水池里有2個水龍頭，水龍頭1注水，水龍頭2放水，這架構(gòu)很相似，同樣是三個階段】

階段1：水龍頭1打開給水池注水到滿了，水平面上升;

階段2：:保持滿水狀態(tài);

階段3：水龍頭2打開給水池放水，水平面下降，直到水池?zé)o水。

審核編輯：湯梓紅