電容的用途

電容種類繁多，應(yīng)用甚廣。筆者就以幾個(gè)實(shí)例拋問題，再舉例著重講述電解電容和瓷 片電容在電路中的儲(chǔ)能、濾波和去耦等功能。

（1）使用吸塵器時(shí)收音機(jī)會(huì)出現(xiàn)“啪啦、啪啦”的雜音，原因是吸塵器的馬達(dá)產(chǎn)生的 微弱（低強(qiáng)度高頻）電壓/電流變化通過電源線傳遞進(jìn)入收音機(jī)，以雜音的形式出現(xiàn)，將這 種干擾稱之為“傳導(dǎo)干擾”。

（2）當(dāng)摩托車從附近道路通過時(shí)，電視機(jī)會(huì)出現(xiàn)雪花狀干擾。這是因?yàn)槟ν熊圏c(diǎn)火裝

置的脈沖電流1產(chǎn)生了電磁波，傳到空間再傳給附近的電視天線、電路上。將這種干擾稱之 為“輻擾”。

（3）冬天的時(shí)候，特別是在北方比較干燥的城市，經(jīng)常會(huì)看到衣 服有“火花”，實(shí)際上這是“靜電放電”現(xiàn)象，稱之為 ESD。測試操作時(shí)，先用兩表筆任意觸碰電容的兩引腳，然后調(diào)換表筆再觸碰一次，如果電容是好的，萬用表指針會(huì)向右擺動(dòng)一下，隨即向左迅速返回?zé)o窮大位置。如果此時(shí)你用手觸摸一些電子元件，說不定會(huì)電1擊毀這些元器件，因?yàn)殡妷河?3~5KV 之高。電壓隨高，但電量很少，所 以對人體危害不大。

（4）開空調(diào)時(shí)，室內(nèi)的熒光燈會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)變暗的現(xiàn)象，這是因?yàn)榇罅侩娏髁飨蚩照{(diào)， 電壓急速下降，利用統(tǒng)一電源的熒光燈受到影響，這種電壓突然驟降的“浪涌”現(xiàn)象，稱 之為 Surge。

電容器充放電現(xiàn)象

除顫器工作時(shí)，一般是讓100 J到300 J的電能，在約2 ms的時(shí)間內(nèi)通過的心臟部位。超級電容器是一種新型的儲(chǔ)能裝置，由于其相對于傳統(tǒng)的平板電容器具有較高的能量密度，而相對于二次電池而言其具有較大的功率密度，因此它常常被描述為能夠“bridgethegapbetweencapacitorandbattery”。除顫器工作時(shí)的電功率在50 kW到150kW之間，這個(gè)功率是相當(dāng)大的，用電池直接供電無法達(dá)到，也大大超過了一般家庭的用電功率，而除顫器還必須便于攜帶，那它使用了什么樣的供電裝置呢？

除顫器工作時(shí)的供電裝置是一個(gè)C＝70 μF的電容器。除顫器內(nèi)帶有電池，先通過電子線路把電池供電的電壓升高到約U＝ 5 000 V，對電容器充電，充電后電容器儲(chǔ)存的能量約為W＝ 12CU2＝875 J。如果表針向右偏轉(zhuǎn)后所指示的阻值很?。ń咏搪罚f明電容器嚴(yán)重漏電或已擊穿。由于電容器電壓很高，所以可以在很短的時(shí)間內(nèi)釋放一部分能量，通過電子線路控制放電的能量了。除顫器的核心就是這個(gè)耐壓5 000 V以上、70 μ F的電容器，它耐壓較高、容量較大，并且體積較小、重量較輕，因此需要精心設(shè)計(jì)和制造。

電容器是常用的電子元件，而且不斷應(yīng)用在新的領(lǐng)域中。在現(xiàn)在推廣的新能源汽車中，電動(dòng)汽車占有重要地位。電動(dòng)汽車多數(shù)用鋰電池供電，鋰電池電動(dòng)汽車的主要缺點(diǎn)就是充電時(shí)間長，使用不夠方便。

所以還有另一種用電容器作為電源的電動(dòng)汽車。電容器作為電源的優(yōu)點(diǎn)是充電時(shí)間短，可以反復(fù)充電、長期使用，但缺點(diǎn)是一次充電后的行駛里程較短，因此目前還需要對高電壓、大容量的電容器做進(jìn)一步的研究。

關(guān)于電容器的充電，有人提出了一個(gè)很好的問題：“用電動(dòng)勢為E電動(dòng)勢的電源對電容器充電，充電結(jié)束時(shí)電容器的電壓U＝E電動(dòng)勢。一般工業(yè)上是高壓3個(gè)單相的兩接線柱的電容組成Y形，低壓的用1個(gè)三接線柱的電容器接成三角形，因?yàn)樗鼉?nèi)部已經(jīng)接成了三角形了的，留了3個(gè)端子直接接線就OK了。設(shè)整個(gè)充電過程中充電電量為Q，則電源電動(dòng)勢做功QE電動(dòng)勢，而電容器儲(chǔ)存的電能為12QE電動(dòng)勢，電源電動(dòng)勢做功的另外一半能量去哪了？”

在電源給電容器充電過程中的任一時(shí)刻，若電容器所帶電荷量為q，則電容器兩板間的電壓U＝qC。由于制造工藝的原因，會(huì)造成大電容的分布電感比較大，導(dǎo)致高頻性能不好，而小電容則剛剛相反，So，如果為了讓低頻、高頻信號都很好地通過，那么就可以采用一個(gè)大電容再并上一個(gè)小電容的方式（其實(shí)這已經(jīng)是司空見慣的PCB布局之一了）。充電電流必然流經(jīng)內(nèi)阻r，設(shè)內(nèi)阻r兩端的電壓為Ur，根據(jù)歐姆定律可知E電動(dòng)勢＝U＋Ur。所以不難想象，圖6.12中斜直線上方的三角形面積，即為電源電動(dòng)勢做功QE電動(dòng)勢過程中被消耗在內(nèi)阻r上而轉(zhuǎn)變?yōu)榻苟鸁岬哪芰俊?

問題解決了！在用電源給電容器充電的過程中，只能有一半的能量被電容器儲(chǔ)存，必然有另一半能量消耗在回路的電阻之上。如果電容器儲(chǔ)存的能量很多，則消耗在回路電阻上的能量也就同樣的多。如果要接成Y型，可以把一個(gè)這樣的電容器當(dāng)成一相的電容，拿3個(gè)就可以組成Y形了，有些端子是公共端無需接線的。如果這部分能量全部消耗在電源的內(nèi)阻上，則對電源十分不利，這也是在充電回路中另外增加限流電阻的原因。

至此，可能還有一個(gè)疑問：如果對電容器充電的能量利用率僅有50％，給使用電容器作為電源的電動(dòng)汽車充電不是會(huì)浪費(fèi)很多電能嗎？要知道上面討論的是用有固定電動(dòng)勢的電源給電容器充電的情況，如果給大容量電容器充電，應(yīng)該使用可變電動(dòng)勢的電源，這樣可以使充電的能量利用率大大提高。電源（電池）是負(fù)載著電位差的裝置電源是在兩端連接負(fù)載著E[V]電位差的裝置。

在高頻PCB板級EMC設(shè)計(jì)時(shí)，電容通常被選擇作為抑制元件，因?yàn)樵诋a(chǎn)品構(gòu)成之后它們是容易安裝型的——將它們在一個(gè)接收1器中或一個(gè)PCB上的兩個(gè)終端簡單地焊接起來，通過這種方式提供一個(gè)低阻路徑去轉(zhuǎn)移噪聲電流。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個(gè)過程稱為電容器的充電。例如在產(chǎn)品外圍電纜的信號線和回路線之間可以放置一個(gè)電容，這樣做是為了轉(zhuǎn)移高頻噪聲電流并且防止它出現(xiàn)在外圍電纜上，否則它的輻射效率將相當(dāng)大。一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則是：對于轉(zhuǎn)移噪聲電流。