【自学嵌入式笔记：模电】13. 电容器

13. 电容器

电容就是装电的容器

电容器是一种电子元件，用于储存电荷和能量。它由两个导体板和介质层组成，介质层位于两个导体板之间。
当电容器接入电路时，负电荷被储存在导体板上，并在两板之间产生电场。
电容器的单位是法拉（F），一个法拉等于存储一库仑电荷所需的电势差为一伏特的电容器。常见的电容器有电解电容器、陶瓷电容器、聚酯薄膜电容器、铝电解电容器等。
不同的材料介质，容纳电荷的能力不一样。电容的充放电是基于静电力的，不涉及化学反应变化，比锂电池更安全一些。

• 电容器学习笔记

  • 一、基础认知

    • 1. 定义与结构
         电容器是存储 电荷和电能 的电子元件，由 两个导体板 + 中间介质层 组成。接入电路时，负电荷聚集在导体板，极板间产生电场（类似“电子容器”）。
    • 2. 单位换算（核心公式）
         基本单位为 法拉（F），因数值过大，常用更小单位：
         \(1\,\text{F} = 1000\,\text{mF}\)（毫法）
         \(1\,\text{mF} = 1000\,\mu\text{F}\)（微法）
         \(1\,\mu\text{F} = 1000\,\text{nF}\)（纳法）
         \(1\,\text{nF} = 1000\,\text{pF}\)（皮法）
         类比：1F ≈ 大水池，1μF是水池里的一杯水，1pF则是一滴水。
    • 3. 三大核心作用
      • 阻电压突变：像“缓冲器”，阻止电压突然跳变（如电源上电冲击）。
      • 储能：临时储电（比电池充放电快），如超级电容给LED供电。
      • 滤波：区分“大滤低频，小滤高频”：
        • 大电容（如100μF电解电容）→ 滤除 缓慢波纹（低频噪音）；
        • 小电容（如100nF陶瓷电容）→ 滤除 快速干扰（高频噪音）。
          生活例子：
      • 充电器指示灯“延迟灭”→ 电容放电；
      • 耳机噪音大→ 滤波电容性能差。

  • 二、常见电容类型及应用（按介质/结构分）

    • 1. 玻璃电容
      • 介质：玻璃
      • 特点：高温稳定、低损耗（高温下正常工作，能耗低）
      • 应用：高频、高温电路（如汽车发动机舱控制板）。
    • 2. 钽电容
      • 电极：钽金属
      • 特点：体积小、容量大、高频性能好（小空间存电多，处理高频信号）
      • 应用：微型电路（手机、平板电源模块）。
    • 3. 薄膜电容
      • 电极：金属膜/金属箔
      • 特点：高精度、稳定性强（电容值准，受温度影响小）
      • 应用：高性能电子器件（精密仪器、音响功放）。
    • 4. 铝电解电容（重点！有极性！）
      • 结构：铝箔 + 电解液 + 氧化铝薄膜（绝缘层）
      • 特点：容量大、成本低，但 有正负极性！
      • 风险：反接会爆炸！
        • 正接：电解液离子有序移动，形成稳定电场；
        • 反接：离子混乱，产生氢气，导致电容爆浆（外壳鼓包/炸裂），损坏周边元件。
      • 应用：低频、直流电路（如电源滤波，常用100μF、470μF）。
    • 5. 云母电容
      • 介质：云母（天然绝缘材料）
      • 特点：高精度、高频特性好（电容值准，处理高频信号）
      • 应用：精密仪器、高频电路（如射频通信模块）。
    • 6. 空气电容
      • 介质：空气
      • 特点：高精度、稳定，但体积大（性能好，占空间）
      • 应用：高频、高压电路（老式收音机调谐旋钮）。
    • 7. 陶瓷电容
      • 介质：陶瓷
      • 特点：体积小、高频性能好、高温稳定（小而强，适应恶劣环境）
      • 应用：各类电子设备（主板贴片电容，常用100nF、104pF）。
    • 8. 可调电容
      • 特点：电容值可手动调节（旋转/滑动改变容量）
      • 应用：无线电调谐（如收音机调台，选频率）。
    • 9. 金属纸电容
      • 电极：金属化薄膜（纸基）
      • 特点：高精度、稳定性好
      • 应用：高性能电子器件（类似薄膜电容，早期常用，现逐步替代）。
    • 10. 超级电容（电化学电容）
      • 特点：高能量密度、高功率、长寿命（存电多，充放电快，寿命长）
      • 应用：储能系统（电动汽车、应急备用电源）。
      • 放电时间计算（新手必学公式）：
        \(t = \frac{C \times V}{I}\)
        （\(t\)：放电时间，单位秒；\(C\)：容量，单位法拉；\(V\)：电压，单位伏；\(I\)：放电电流，单位安）
        例子：\(C=1.5\,\text{F}\)，\(V=2.8\,\text{V}\)，\(I=20\,\text{mA}=0.02\,\text{A}\)
        代入得：\(t = \frac{1.5 \times 2.8}{0.02} = 210\) 秒（约3分半钟）
    • 11. 氧化铌电容
      • 特点：稳定、高频性能佳
      • 应用：高性能电子器件（精密电路电源滤波）。
    • 12. 修剪电容
      • 特点：精细调节电容值（微小调整，用于电路校准）
      • 应用：精密仪器参数校准（如传感器信号调理电路）。

  • 三、新手必避坑：极性电容的接线

    • ✅ 铝电解、钽电容等 有极性电容 必须区分正负极：
      • 看标识：电容上的“-”符号（或短引脚为负）；
      • 电路中，正极接高电位，负极接低电位（如电源正极→电容正极，电容负极→地）。
    • ❌ 反接后果：轻则电容失效，重则爆炸、损坏电路板！