很多硬件設(shè)計(jì)的初學(xué)者可能對(duì)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(gè)元件和充放電的過(guò)程，然后用仿真來(lái)給大家建立直觀的分析和記憶，在電路設(shè)計(jì)中，如果不能深刻理解每個(gè)元器件的工作機(jī)理和工作階段，那么在遇到問(wèn)題時(shí)，尤其是多個(gè)因素組成的問(wèn)題時(shí)，便會(huì)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(gè)極板，極板之間可以承載電荷，所以電容本質(zhì)上是一個(gè)電荷的容器。電容由于封裝和加工問(wèn)題，不得已會(huì)產(chǎn)生寄生的電感和電阻參數(shù)【這個(gè)后期會(huì)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(guò)程中電容的各個(gè)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(lái)，必然是不帶電荷的，也就是電容的初始狀態(tài)(無(wú)電荷存量)，而我們?cè)O(shè)計(jì)者，在使用電容構(gòu)成電子產(chǎn)品后，也是無(wú)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(kāi)電源恢復(fù)沒(méi)電的過(guò)程中，電容會(huì)經(jīng)歷如下幾個(gè)過(guò)程：

【過(guò)程1:充電階段，過(guò)程2：滿(mǎn)電階段，過(guò)程3：放電階段?！?/p>

這里把電容的公式【初始電荷為0】寫(xiě)上，提醒大家別忘記電容還有公式，每一個(gè)階段也是有理論計(jì)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(guò)程中的每個(gè)時(shí)刻電壓。V1是充電電源電壓。exp是指數(shù)形式。

電容滿(mǎn)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(shí)間常數(shù)，它的大小反映了電路過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短。

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

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

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

3.電容的充電,滿(mǎn)電與放電階段分析與仿真示意圖：

時(shí)刻1-電容無(wú)電荷，初始狀態(tài)電壓為0，下一時(shí)刻進(jìn)入充電狀態(tài);

時(shí)刻2-電容兩端開(kāi)始充電，進(jìn)入充電狀態(tài)，電壓隨之從0升高;

時(shí)刻3-電容兩端電荷充滿(mǎn)，電壓不變，進(jìn)入滿(mǎn)電狀態(tài);

時(shí)刻4-電容兩端此刻開(kāi)始電荷放電，電壓降低，進(jìn)入放電狀態(tài);

時(shí)刻5-電容兩端電荷放電完畢，電壓降為0，進(jìn)入初始無(wú)電荷狀態(tài);

【時(shí)刻1-3是充電階段，時(shí)刻3-4是滿(mǎn)電階段，時(shí)刻4-5是放電階段】

【對(duì)比記憶：假設(shè)水池里有2個(gè)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(gè)階段】

階段1：水龍頭1打開(kāi)給水池注水到滿(mǎn)了，水平面上升;

階段2：:保持滿(mǎn)水狀態(tài);

階段3：水龍頭2打開(kāi)給水池放水，水平面下降，直到水池?zé)o水。

審核編輯：湯梓紅