2.3 电容
2.3.1 什么叫电容？
电容亦称作“电容量”，是指在给定电位差下的电荷储藏量，记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上，造成电荷的累积储存，储存的电荷量则称为电容（图2-3-1）。
图2-3-1 电容
电容是指容纳电荷的能力。任何静电场都是由许多个电容组成，有静电场就有电容，电容是用静电场描述的。一般认为：孤立导体与无穷远处构成电容，导体接地等效于接到无穷远处，并与大地连接成整体。
电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征。它的用途较广，是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。
2.3.2 电容的单位之间如何进行转换？
在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：
1法拉（F）=103毫法（mF）=106微法（μF）=109纳法（nF）=1012皮法（pF）
电容与电池容量的关系：
1V·A·h=1W·h=3600J
W=0.5CUU
2.3.3 电容的计算公式
一个电容器，如果带1库的电量时两级间的电势差是1V，这个电容器的电容就是1F，即：C=Q/U。但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，即电容的决定式为：C=εS/4πkd。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。常见的平行板电容器，电容为C=εS/d（ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离）。
定义式：
电容器的电势能计算公式：E=CU2/2=QU/2=Q2/2C
多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn
多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
三电容器串联：C=（C1·C2·C3）/（C1·C2+C2·C3+C1·C3）
2.3.4 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 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（特别是芯片管脚上的电感），电阻会产生反弹，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。曾有人形象地将滤波电容比作“水塘”。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，可很形象地说电容像个水塘，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40～450V（DC）、电容值在220～150000μF之间的铝电解电容是较为常用的。根据不同的电源要求，储能型电容有时会采用串联、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。
2.3.5 电容的检测
用数字万用表检测电容器，可按以下方法进行。
（1）用电容挡直接检测 某些数字万用表具有测量电容的功能，其量程分为2000p、20n、200n、2μ和20μ五挡。测量时可将已放电的电容两引脚直接插入表板上的Cx插孔，选取适当的量程后就可读取显示数据。
2000p挡，宜于测量小于2000pF的电容；20n挡，宜于测量2000pF至20nF之间的电容；200n挡，宜于测量20nF至200nF之间的电容；2μ挡，宜于测量200nF至2μF之间的电容；20μ挡，宜于测量2μF至20μF之间的电容。
经验证明，有些型号的数字万用表（例如DT890B+）在测量50pF以下的小容量电容时误差较大，测量20pF以下电容时几乎没有参考价值。此时可采用串联法测量小值电容。方法是：先找一只220pF左右的电容，用数字万用表测出其实际容量C1，然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2，则两者之差（C1-C2）即是待测小电容的容量。用此法测量1～20pF的小容量电容很准确。
（2）用电阻挡检测 实践证明，利用数字万用表也可观察电容的充电过程，这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。设数字万用表的测量速率为n次/秒，则在观察电容的充电过程中，每秒钟即可看到n个彼此独立且依次增大的读数。根据数字万用表的这一显示特点，可以检测电容的好坏和估测电容量的大小。下面介绍的是使用数字万用表电阻挡检测电容的方法，对于未设置电容挡的仪表很有实用价值。此方法适用于测量0.1至几千微法的大容量电容。
（3）用电压挡检测 用数字万用表直流电压挡检测电容，实际上是一种间接测量法，此法可测量220pF至1μF的小容量电容，并且能精确测出电容漏电流的大小。