Question

电容和电感的特性

Answer 1

电容的特性：电压变化越快，产生的电流越大；通交流、阻直流。电感的特性：电流变化越快，产生的感应电压越大；通直流、阻交流。

电容由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成，符号C，单位是法拉（F），能量以电场形式存在；电感是用绝缘导线绕制成的各种线圈，符号L，单位是亨利（H），能量以磁场形式存在。实际上，交流也不是通过电容，而是电容不停的充、放电过程。交流在通过电感器时，产生的感应电动势与原电动势方向相反。

电容电流超前90度（相对于电压来看）。0-T/2阶段，电压从无到有时，变化最大，此时电流最大；随着电压增大，电流变化率变小，电流也变小。电流的波形比电压的波形超前了90度（其他阶段同理分析）。电容的容抗抑制电压增加，因而电压滞后于电流。电感电流滞后90度（相对于电压来看）。0-T/2阶段，电流从无到有时，电流变化率最大，此时电压最大；随着电流增大，电压变化率变小，电压也变小。电流的波形比电压的波形滞后了90度（其他阶段同理分析）。电感的感抗抑制电流增加，因而电流滞后于电压。超前和滞后都会导致功率因数下降，特别是感性负载电路，这时候需要用电容器补偿，形成LC电路。

电容的作用：
1、旁路
旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚，这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声，地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

2、去耦
去耦，又称解耦。从电路来说， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变。在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流。由于电路中的电感、电阻（特别是芯片管脚上的电感）会产生反弹，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰，在电路中进一步减小电源与参考地之间的高频干扰阻抗。

将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提供一条低阻抗泄放途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF 等。而去耦合电容的容量一般较大，可能是10μF 或者更大，依据电路中分布参数以及驱动电流的变化大小来确定。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

3、滤波
从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上超过1μF的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容滤低频，小电容滤高频。电容的作用就是通交流隔直流，通高频阻低频。电容越大高频越容易通过，具体用在滤波中，大电容（1000μF）滤低频，小电容（20pF）滤高频。曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变，由此可知，信号频率越高则衰减越大，可很形象的说电容像个水塘，不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。滤波就是充电、放电的过程。

4、储能
储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000μF 之间的铝电解电容器是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式。对于功率级超过10KW 的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

电感的作用：
1、阻流
色环电感线圈中的铜芯总是与线圈中的电流变化抗。色环电感对在电路中使用的交流电流有阻碍作用，阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆，它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL。色环电感主要可分为高频阻流线圈及低频阻流线圈。

2、调谐与选频
色环电感与电解电容并联可组成LC调谐电路。色环电感在谐振时电路的感抗与容抗等值又反向，即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等，则回路的感抗与容抗也相等。色环电感的使用一般多不会很高，在电路中使用的色环电感一般来说多还算是比较稳定的。

3、筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等
色环电感器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得色环电感有着种种不同的用途。如今色环电感已经被广大客户所运用了，小小的电感起到的作用却是不小视的。