什么是电容？什么是电容充电和放电？如何计算？

什么是电容？电容有什么作用？

    电容是一种以电场形式储存能量的无源器件。在有需要的时候，电容能够把储存的能量释出至电路。电容由两块导电的平行板构成，在板 之间填充上绝缘物质或介电物质。图1和图2分别是电容的基本结构和符号。

图1: 电容的基本结构
 

什么是电容充电和放电？
    电池负极放出电子到一块极板，电池正极将另一块极板上的电子吸了过去。此时电路是通路，电容的充放电过程，这个电路对电容充放电的时间周期。如果高于交流电的周期，那么电容电还没放完，电流方向就改变，开始反向充电，这样电容电压始终不能回零。 如果小于交流电周期，电流还没有回落到零，电容已放电完毕。 总之，只有两周期相同时，电容电压才和电路电压变化一致。

    将电容器的两端接上电源。(注意电容及电池连接的极性,电解电容器的负极应与电池的负极相接)电容器就会充电,有电荷的积累。两端电压不断升高,当电容器两端电压Uc同电池电压E相等时,充电完毕。此时Uc(电容器两端电压)＝Q(电容器充电的电量)/C(电容器的电容量),当电容器两端去掉电源改加电阻等负载时,电容器进行放电。放电电流I＝Uc/R(注意Q是逐渐减少的,Uc也是逐渐减少的,所以I也是逐渐减少的)。

    当电容连接到一电源是直流电 (DC) 的电路时，在特定的情况下，有两个过程会发生，分别是电容的 “充电” 和 “放电”。

    若电容与直流电源相接，见图3，电路中有电流流通。两块板会分别获得数量相等的相反电荷，此时电容正在充电，其两端的电位差vc逐 渐增大。一旦电容两端电压vc增大至与电源电压V相等时，vc = V，电容充电完毕，电路中再没有电流流动，而电容的充电过程完成。

图3: 电容正在充电
 

    由于电容充电过程完成后，就没有电流流过电容器，所以在直流电路中，电容可等效为开路或R = ∞，电容上的电压vc不 能突变。
    当切断电容和电源的连接后，电容通过电阻RD进行放电，两块板之间的电压将会逐渐下降为零，vc = 0，见图4。

图4: 电容正在放电
 

    在图3和图4中，RC和RD的电阻值分别影响电容的充电和放电速度。
    电阻值R和电容值C的乘积被称为时间常数τ，这个常数描述电容的充电和放电速度，见图5。

图5: 在充电及放电过程中的电压vc 和电流iC
 

    电容值或电阻值愈小，时间常数也愈小，电容的充电和放电速度就愈快，反之亦然。

    电容几乎存在于所有电子电路中，它可以作为“快速电池”使用。如在照相机的闪光灯中，电容作为储能元件，在闪光的瞬间快速释放能量。

 

电容放电和充电的计算方式

设，V0 为电容上的初始电压值;V1 为电容最终可充到或放到的电压值;Vt 为t时刻电容上的电压值。

　　则，Vt="V0"+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)]或，t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]

　　例如，电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电

　   V0=0，V1=E，故充到t时刻电容上的电压为：Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]

　　再如，初始电压为E的电容C通过R放电

　　V0=E，V1=0，故放到t时刻电容上的电压为：Vt="E"*exp(-t/RC)

　　又如，初值为1/3Vcc的电容C通过R充电，充电终值为Vcc，问充到2/3Vcc需要的时间是多少?

　　V0=Vcc/3，V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3，故t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2=0.693RC

　　注：以上exp()表示以e为底的指数函数;Ln()是e为底的对数函