作者：Will Siffer

在電路設(shè)計方面，當(dāng)您只是嘗試構(gòu)建一個簡單的電路時，很容易忘記添加電容器。事實是，直到幾年前，我從未真正在我的項目中添加電容器，因為我不確定我是否需要它們。最終，我在學(xué)校參加了一些課程，并獲得了一些關(guān)于何時使用電容器以及它們?nèi)绾喂ぷ鞯恼鎸嵤纠碾娐繁Ｗo到濾波，從能量存儲到傳感，我正在深入研究簡單而復(fù)雜的電容器世界。

這些東西是如何運作的？

事實上，構(gòu)成電容器的只是由絕緣體隔開的兩個導(dǎo)體。實際上，您甚至可以自己制作一個，將兩根電線并聯(lián)放置，中間放置一個絕緣體，甚至可以制作一個（非常弱的）電容器。但它是如何運作的呢？如果兩側(cè)被絕緣體隔開，那電流怎么能流過呢？

答案就在于所謂的“電場”。想象一下電容器處于靜止?fàn)顟B(tài)，兩端都沒有電源。每個導(dǎo)體都具有相同的平衡電荷，并且板之間或板之外不會有電流。

該電容器處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有有效的能量存儲。當(dāng)你將它連接到電池時，奇跡就會發(fā)生。想象一下，現(xiàn)在我們采用相同的電容器，并將左側(cè)連接到正極，右側(cè)連接到接地。現(xiàn)在，極板之間存在 電壓電勢 ，并且由于極板非常靠近，因此它們實際上會相互影響。

現(xiàn)在注意到發(fā)生了什么嗎？電池充當(dāng)泵，將所有電子從電容器的一側(cè)推到另一側(cè)。在很短的一段時間內(nèi)，這種情況一開始發(fā)生得很快，因為有更多的電子需要移動，但隨著電容器“充電”并且每個極板都帶有自己獨特的電荷，這種情況就會減慢。當(dāng)使用直流電池時，這種情況只會發(fā)生一次，直到電容器有機會恢復(fù)平衡為止，這是我在本博客后面討論應(yīng)用時要記住的一個非常重要的事實。

當(dāng)您從電容器中取出電池時，每個極板仍將攜帶之前的電荷，等待放電并返回到更穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。如果將兩條引線短接在一起，電容器的行為方式與充電時相同，但相反，很快恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且由于更少的電荷必須到達各自的一側(cè)而減慢速度。

這很酷，但基本上，我們所做的只是展示電容器如何像電池一樣可以快速充電和放電。這幾乎只在需要短時高能量爆發(fā)的應(yīng)用中有用，例如一次性相機閃光燈和電子煙花點火器。那么他們其他一些不太明顯的應(yīng)用呢？

交流應(yīng)用：濾波

我上面剛剛提到的相同原理可以應(yīng)用于其他應(yīng)用程序，但在這種情況下，我們將討論過濾頻率。考慮低頻信號；隨著頻率越來越低，信號最終看起來是一個簡單的直流源。正如我們在上面發(fā)現(xiàn)的，電容器不會讓直流源通過，因此如果我們想阻止低頻，我們可以簡單地在設(shè)備的輸入端添加一個電容器，并且電容器將只允許信號的高頻部分通過。這稱為高通濾波器

高通濾波器示例

如果我們只想讓低頻通過怎么辦？那么，我們所要做的就是切換電容器和電阻器的順序，信號的高頻部分將短路接地，而低頻部分可以“浮動”通過電容器到達輸出。這稱為 低通濾波器 。

低通濾波器示例

交流應(yīng)用 2：噪聲過濾

現(xiàn)在想象一下，您采用了與低通濾波器相同的想法，但只是用電容器將電源和接地連接在一起。起初，電容器會像短路一樣起作用，但很快就會充電，并且它只會允許電源的直流部分繼續(xù)，同時將任何高頻噪聲短路到地。這就是為什么在許多具有集成電路 (IC) 的電路中，建議在物理上靠近芯片的位置的電源和接地引腳之間放置一個電容器。這樣可以最大限度地減少進入 IC 并影響其功能的噪聲。

獎勵應(yīng)用：傳感

我想在這里討論的最后一個應(yīng)用是設(shè)備使用電容作為傳感器的能力。想象一下您的手機屏幕，或者現(xiàn)在花點時間看看它，也許您正在閱讀此博客并使用觸摸屏滾動。手機屏幕內(nèi)部內(nèi)置有一個大導(dǎo)體，每個角都通過電阻器連接到傳感電路。該層的頂部是液晶顯示屏，最終是玻璃表面。你的手指是導(dǎo)電的，你的身體形成了一條接地路徑。當(dāng)您觸摸屏幕時，感應(yīng)電路會感應(yīng)到大導(dǎo)電區(qū)域的電容變化，并且該電路可以使用該層的四個連接點，根據(jù)電流流經(jīng)每個位置的方式來確定您的手指必須位于屏幕上的哪個位置。

包起來

這絕不是關(guān)于電容器如何工作的完整列表或教育，但我希望本指南能夠為您構(gòu)建下一個項目時提供一些有關(guān)該組件“原因”的見解。我發(fā)現(xiàn)有時“為什么”與如何使用某物的技術(shù)方面同樣重要，甚至更重要。

下次再見，我叫威爾，我希望你今天學(xué)到了一些新東西。

審核編輯 黃宇