凡亿硬件入门Day2：电容，电感基础，涉及部分应用

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分类专栏：硬件工程师入门/stm32基本结构、hal、标准库开发文章标签：嵌入式硬件 mcu 硬件工程 pcb工艺 arm开发

于 2025-07-03 17:28:56 首次发布

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5.电容的稳压作用和滤波功能(滤波-->稳定电压)

电容

1.电容基础

电容---两块不连通的导体中间加绝缘材料，用于存储电荷和能。单位为法拉(F)。电容器是能够储蓄电能，并可在必要的时候放电的零部件。放出电荷(放电)时，会不断衰减，只能在短时间内供给电流，但是可反复进行充电和放电。(充电：当电容器连接到电源时，正极板上的电荷会被推入电容器，而负极板上的电荷则会被吸引到电源。这样，电容器内部就会储存起电荷。)

电容容抗计算公式：

（直流电中，f=0，则R=无穷，则断路；而交流电中，f!=0,则 $R_{C}$ =值，与其他负载分压）

电容分类详解：二十种电容分类详解（附常用电子元件实物图片大全）_电容图片型号对照表-优快云博客

(注意点：1>电容，特别是电解电容的方向不能接反 2>电解电容的灰色引脚一侧为负极)

电解电容用途：

通常在直流电源电路或中、低频电路中起滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。注意:不能用于交流电源电路。(交流电源的电压方向是周期性交替变化的，会对电容施加反向电压)在直流电源中作滤波电容使用时极性不能接反。

电容类型：

二十种电容分类详解（附常用电子元件实物图片大全）_电容图片型号对照表-优快云博客

2.电容特性

电子元器件解析之电容(一)——定义与性能参数_电容交流耐压和直流耐压换算-优快云博客

ESR：Equivalent Series Resistance，电容器的等效串联电阻

ESR越低，则电容能提供的瞬态电流越高；ESL越高，则电容的高频特性越好。

3.电容两端电压不能突变

电容两端电压不能突变，只要电容不充电/放电，电容两端电压就不变。

(电容两端电压不能突变，但两端电压可以同时突变。)

仿真演示：

上图解析：

开始开关S1 未闭合时，电容两端电压都为0；S1接通后，电容上端直接和电压源相连，电压突变为5V；但是哟由于电容的性质，电容下端电压也要突变为5V；之后电容开始充电，两端要形成电压差，下端电压逐渐下降，直到电容充满电，下降到0。

上图解析：

(额外补充：只断开S1的话，没有形成回路，所以电容存储的电荷没法快速转移，所以理想状况下，电容会一直存储这份电荷，不会衰减。但实际上随着时间的推移，即使没有放电回路，电容中的电荷也会逐渐衰减。这是由于电容极板之间的绝缘介质会逐渐放电，导致电荷逐渐流失)

在电容充完电后，形成一个5V的小电压源后,断开S1，连通S2后，相当于5V电压源此时也和电容下端电压直接相连。下端电压突变为5V，但由于电容两端电压不能突变性质，所以上端电压同时突变为10V，这样电容两端电压还是5V。

放电流程：

先连通S1开关后，电容开始充电，从上图看出电容两端电压是逐渐上升，不是突变的，一直到5V结束(在直流电路中，电容相当于断路，所以电阻是分不到电压的，电压源的5V全给了电容。)Vc = 5V时，充电完成，电流成为零.

断开S1并连通S2后，左边形成一个回路(没有电源)，则电容相当于这个回路的电源，开始放电过程，给电阻R2供电，从图中看到，电容电压因为放电逐渐降低。当Vc = 0时，放电完成，电流成为零。

4.电容的储能特性

1>充电时间常数：

电容可以用于存储电荷和能，可以简单理解为小电池，电容的充电速度与电容大小/充电电流有关；电容的充电时间常数：

$\Upsilon =R*C$ ------------//C为电容大小，R为表示电流大小的量

在电容充电时，一个R.C的时间我们认为是电容充电的周期，RC时间就认为大概充到了电容电压的63%，当到达3*RC时间后，我们就认为电容充满电了，具体如下：

下面用电路仿真举例说明电容充电时间：

$\Upsilon =R*C$ = $1k*1UF$ = $1ms$

那么我们就让认为1ms是这个电路中电容充电的周期，当经过1ms后，电容就充电到了63%，就是

$10*0.63=6.3V$ 左右，会有误差；到3ms后，我们就认为已经充满电了。

左图为充电1.080ms时，电容两端电压达到了6.263V;右图为充电2.017ms时，电容两端电压达到了8.537V，基本符合电容充电时间常数。

研究电容充电时间常数，就是为了了解电容多少时间充满电，借此进行一些操作。

2>实现上电延时,关断延时：

上电延时：(是利用电容的储能特性)

电容充电时间公式： $t = \Upsilon * ln(\frac{V_0}{V_0 - V_t})$ ；

$\Upsilon$ :充电时间常数； $V_{0}$ ：总电压； $V_{t}$ ：目标电压；

用此公式，通过控制R,C的值构造RC电路(就是一条电阻和电容串联的电路)，就可以得到我们想要到达某电压值的时间。

假如我现在总电压为5V,有一个使能引脚，3.3V时使能(引脚被置于1)，现在我要控制到3.3V前要有2ms的延时；

$2ms=\Upsilon *\ln(5/(5-3.3))$

$\Upsilon=2*10^{-3}/\ln(5/1.7)=0.001853......$

接下来，我们要确定R,C值，一般我们先选定C值(C值一般只有1UF，2UF...),而电阻的阻值购买很广，比如这个例子，就可以在立创购买1.8k-1.85k的电阻就行了。

选定C=1UF；

$R=0.001853....../1UF=1853.895\Omega\approx 1853\Omega$

我们选定电阻为1853 $\Omega$ .

电路仿真如下：

可以看到从0--->3.3V的时间为2.444ms，误差为0.444ms(~~应该不算大吧~~)

关断延时：

由于电容的储能特性，在电路中，电容开始积累电荷，充电；当电路开关断开时，左图LED灯立刻熄灭，右图则会慢慢熄灭，因为电容和LED形成了回路，电压源断开后，电容开始放电，相当于一个电压源，给LED灯短暂供电。

这个时间取决于电容大小，电容越大，供电时间越长。

5.电容的稳压作用和滤波功能(滤波-->稳定电压)

1.电压跌落现象

开始开关S4没关时候，R9上面点VOUT电压为1.65V；当开关闭合时，由于电容两端电压不能突变，所以VOUT点电压骤降，理想状态为0(现实一般不会)，该现象被称为“电压跌落"。

(补充：若要验证该现象，开关和电容位置不能放反了，否则电容的性质是不会起作用的，如下图：

这样摆放，电容两端一开始就存在电压差，当开关闭合后，就不会出现电压骤降现象了。

正常其他负载一般摆放顺序无所谓。)

电压骤降：是指供电电压有效值的突然下降或几乎完全损失，然后又回升至正常值附近。我们要尽量避免这种现象

2.用电容可以解决电压跌落现象

一样的电路，支路中间加了一个大电容，这个简单电路几乎消除了电压跌落问题。

原因：(开始时，大电容已经充满电，两端电压1.65V)当开关闭合后，同样的出现了电压骤降现象，但是由于电容充放电的性质，当VOUT点的电压骤降，比电容的电压小的时候，电容开始给他供电，释放一段时间的电流，此时是可以维持住VOUT点的电压的。(电压骤降会存在，但掉的幅值会被电容压的特别小，可以忽略)

电感

【电子元器件篇】2.电容_电容等效模型-优快云博客

(大佬写的太好了，缺了一些应用。博主学电感~~偷懒了，没记笔记，只能大体记录一下知识点~~)

1.电感基础

电感：一根导线+磁性材料，所有由线圈组成的都可以称为电感。符号为L。

电感单位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH）

换算关系： $1H=1000mH=10^{6}\mu H=10^{9}nH$

2.流过电感电流不能突变

电感会将电路中电流给抑制住，电流上升下降速度都会被压制住。

重点：电感只是限制/改变电路中电流变化速度，但不能改变电路的电流最大值

。。。。。。。。。。(有空会补的)