电容器的基础知识

电容器是与电阻、线圈并存的三大被动元器件之一。不仅在电气或电子电路中会使用电容器，而且如果没有电容器电路就不会正常工作。这在智能手机和IoT设备、服务器和网络、以及无线通信系统之类的尖端设备上也是一样的。此外，电容器的性能会对各种电子设备的性能产生影响，因而已成为非常重要的零部件。

电容器的基本结构

简而言之，电容器是能够储蓄电能，并可在必要的时候放电的零部件。可蓄积起来的电能(电荷)与电池相比较少，因而在放出电荷(放电)时只能在短时间内供给电流，但是可反复进行充电(电荷的蓄积)和放电。

这里列出电容器的示意(模式)图。将绝缘体(电介质)平行地夹在金属板(电极)之间而构成的就是电容器。如果向该金属板(电极)间施加直流电压，就可将电荷蓄积起来。这就是电容器的蓄电原理。被蓄积起来的电荷量叫做静电电容，静电电容C是由绝缘体的介电常数ε、电极的表面积S、绝缘体的厚度d来决定的。

可通过增大绝缘体的介电常数ε，增大电极的表面积S，减薄绝缘体的厚度d来增大静电电容C。

电容器的电压和电流

电容器由于其内部是绝缘的，因而不会有直流电流流过，但伴随着所施加电压的变动，通过进行充电和放电，看似好像有电流在电容器中流动。电压随时间变化率越大，流经电容器的电流就越会增大，如下式所示。

在对此电压和电流的波形进行观察时，如果电压波形为正弦波，则电流波形也为正弦波，此外还可弄清电流波形在电压波形之前偏移1/4周期(电流的相位先行90°)的情况。
此外，电压的变化大就会有较大的电流流过这种情况表明，越是电压变化大，高频流过的电流就会越大。
此时流过的电流(有效值)如下式所示。

电容器的基本使用方法

如前所述，电容器具有以下特性，即①能够在瞬时进行充电和放电；②直流不会通过，但交流则会通过；③频率越高交流就越容易通过，电路中采用借助于这些特性的使用方法。

这里列出典型的使用方法的电路。

• 【放电电路】

• 放电电路是通过释放蓄积在电容器中的电荷来使得被连接的负荷发生动作的电路。由于放电电路可在瞬时将大电流释放出去，因而可将其作为相机的闪光灯或紧急时的后备电源来使用。电路例中，若将开关连接到电源侧，电容器就会被充电；而当电荷蓄积至电源电压时，充电就会停止。若将开关连接到负荷(灯泡)侧，电容器就会开始放电，灯泡点亮。

• 【平滑电路】

• 平滑电路是使得对交流进行整流后的脉动电流变得平滑并将其转换为直流的电路。电源电路就是其典型的例子。通过电容器来使得利用二极管桥对交流的输入电压进行整流(电路例中为全波整流)而得的电压波(脉动、脉动电流)变得平坦。

• 【去耦电路】

• 去耦电路如其名称所示，是为了分离信号耦合而利用电容器的电路。此例中，如图所示，通过对基本直流中含有频率高的交流成分(噪声)的信号路径加入电容器，只有频率高的噪声成分通过电容器后被分离，之后令噪声不会被传递。去除开关电源中的开关噪声的用途就属于此种目的。

• 【耦合电路】

• 耦合电路是不让直流成分通过而只让交流成分通过的电路。希望在音频信号的放大电路等中排除直流成分造成的影响(也称之为DC截除等)时使用耦合电路。
  除此之外，还有例如谐振电路、滤波器电路、备用电路、时间常数电路和功率因数改善等各种使用方法。

电容器的特性

理想的电容器只含有静电电容成分，但是实际的电容器则含有电阻成分和电感成分。这些寄生成分对电容器的性能产生较大的影响。电容器的简易等效电路如图所示。
实际的电容器的等效电路中包含有ESR(等效串联电阻)、ESL(等效串联电感)。此外，理想的电容器的电极间是绝缘的，但是实际上会存在若干的漏电流。

这里对这些成分进行了归纳。

此外，另外一个重要的特性是具有阻抗。简单地说，阻抗即为交流电路中的电压与电流之比，相当于直流电路中的电阻。符号使用Z，单位与电阻相同，使用Ω。
电容器的阻抗(Z)用下式①来表示，阻抗的绝对值可通过下式②来计算。

电容器的阻抗Z，在谐振频率之前呈容性下降，而在谐振频率C和ESL的影响成为零，只受ESR的影响，过了这一点则成为电感性(ESL)，并与频率一起增加。

在将电容器用于其主要用途即噪声吸收(去耦)中时，噪声吸收效果是由阻抗来决定的，因而需要按照以下的要点来选定零部件。

• 1) 噪声的频率与电容器的谐振频率接近。

• 2) ESR小。

• 3) 高频噪声时，ESL小。

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