电子元件——电容、电感

电容：两个金属片都是隔开的，直流通不过。
      通交流是因为电场感应，当一边感应成正电荷是，另一边就会变成负电荷，这样相当于有短暂的电荷移动，交流电是不停的变化的，所以他就不停的有短暂的电流。频率越高，容抗越小。
电感：通直流很好理解，只是把线绕了几圈。
      阻交流是因为磁场的感应，因为电流发生变化时，线圈的磁场也会变化，而愣次定律告诉我们，线圈本身会阻止这种变化，宏观上表现为产生一个感应电压来减弱外部电压的变化。

电容:

所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电， 当然
还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和 
夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。在计算机系统 
的主板、插卡、电源的电路中，应用了电解电容、纸介电容和瓷介电容等几类电容，并以 
电解电容为主。 

纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体 
长方形。额定电压一般在63V～250V之间，容量较小，基本上是pF(皮法)数量级。现代纸 
介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区， 
且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发 
热。 

瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁圆形。其电容量较小，都 
在pμF(皮微法)数量级。又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在1～3kV左右， 
很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。在计算机系统中应用极少，每个电路板中分别 
只有2～4枚左右。 

电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同(所以在电解 
电容上有正负极之分，且一般只标明负极)，两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在 
盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。因此，如若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从 
而出现外壳鼓起或爆裂现象。电解电容都是圆柱形(图1)，体积大而容量大，在电容器上 
所标明的参数一般有电容量(单位:微法)、额定电压(单位:伏特)，以及最高工作温度(单 
位:℃)。其中，耐压值一般在几伏特～几百伏特之间，容量一般在几微法～几千微法之 
间，最高工作温度一般为85℃～105℃。指明电解电容的最高工作温度，就是针对其电解 
液受热后易膨胀这一特点的。所以，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出 
现，工作环境温度过高同样也会出现。 



1.电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流的作用。 
2.电容既不产生也不消耗能量，是储能元件。 
3.电容器在电力系统中是提高功率因数的重要器件；在电子电路中是获得振荡、滤波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。 
4.因为在工业上使用的负载主要是电动机感性负载,所以要并电容这容性负载才能使电网平衡. 

5.在接地线上,为什么有的也要通过电容后再接地咧? 
答：在直流电路中是抗干扰，把干扰脉冲通过电容接地（在这次要作用是隔直——电路中的电位关系）；交流电路中也有这样通过电容接地的，一般容量较小，也是抗干扰和电位隔离作用. 

6.电容补尝功率因数是怎么回事? 
答：因为在电容上建立电压首先需要有个充电过程，随着充电过程，电容上的电压逐步提高，这样就会先有电流，后建立电压的过程，通常我们叫电流超前电压90度（电容电流回路中无电阻和电感元件时，叫纯电容电路）。电动机、变压器等有线圈的电感电路，因通过电感的电流不能突变的原因，它与电容正好相反，需要先在线圈两端建立电压，后才有电流（电感电流回路中无电阻和电容时，叫纯电感电路），纯电感电路的电流滞后电压90度。由于功率是电压乘以电流，当电压与电流不同时产生时（如：当电容器上的电压最大时，电已充满，电流为0；电感上先有电压时，电感电流也为0），这样，得到的乘积（功率）也为0！这就是无功。那么，电容的电压与电流之间的关系正好与电感的电压与电流的关系相反，就用电容来补偿电感产生的无功，这就是无功补偿的原理。

作为无源元件之一的电容，其作用不外乎以下几种： 
       1、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能的作用，下面分类详述之：
       
      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。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。 
       2）去藕，又称解藕。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。这就是耦合。 去藕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。 将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，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高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10uF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1uF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，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过，电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000uF)滤低频，小电容(20pF)滤高频。曾有网友将滤波电容比作“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 000uF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的 B43504或B43505）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。
 
         2、应用于信号电路，主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用： 

        1）耦合 举个例子来讲，晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻，它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合，这个电阻就是产生了耦合的元件，如果在这个电阻两端并联一个电容，由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应，故称此电容为去耦电容。
 
        2）振荡/同步 包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。
 
        3）时间常数 这就是常见的 R、C 串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时，电容（C）上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻（R）、电容（C）的特性通过下面的公式描述： i = (V/R)e-(t/CR)

电感:

电感作用

基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波等

形象说法：“通直流，阻交流”

细化解说：在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

由感抗XL=2πfL 知,电感L越大，频率f越高，感抗就越大。该电感器两端电压的大小与电感L成正比，还与电流变化速度△i/△t

电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，储存的电能大小可用下式表示：WL=1/2 Li2 。

可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。

电感的符号
电感量的标称：直标式、色环标式、无标式

电感方向性：无方向
检查电感好坏方法：用电感测量仪测量其电感量；用万用表测量其通断，理想的电感电阻很小，近乎为零。

电感在电路最常见的功能就是与电容一起，组成LC滤波电路。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路（如图），那么，交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉；变得比较纯净的直流电流通过电感时，其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能，频率较高的最容易被电感阻抗，这就可以抑制较高频率的干扰信号。

LC滤波电路
在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容，这二者组成的就是上述的 LC滤波电路。另外，线路板还大量采用“蛇行线＋贴片钽电容”来组成LC电路，因为蛇行线在电路板上来回折行，也可以看作一个小电感

1)定义或解释 

自感对正弦交流电的阻碍作用，叫做感抗。 

(2)单位 

感抗的单位是欧姆。 

(3)说明 

①当交流电通过电感线圈的电路时，电路中产生自感电动势，阻碍电流的改变，形成了感抗。自感系数越大则自感电动势也越大，感抗也就越大。如果交流电频率大则电流的变化率也大，那么自感电动势也必然大，所以感抗也随交流电的频率增大而增大。交流电中的感抗和交流电的频率、电感线圈的自感系数成正比。在实际应用中，电感是起着“阻交、通直”的作用，因而在交流电路中常应用感抗的特性来旁通低频及直流电，阻止高频交流电。 

②在纯电感电路中，电感线圈两端的交流电压(u)和自感电动势(εL)之间的关系是u=-εL，而εL =-Ldi/dt，所以u=Ldi/dt。正弦交流电作周期性变化，线圈内自感电动势也在不断变化。当正弦交流电的电流为零时，电流变化率最大，所以电压最大。当电流为最大值 

时，电流变化率最小，所以电压为零。由此得出电感两端的电压位相超前电流位相π/2 (如图)。 

在纯电感电路中，电流和电压的频率是相同的。电感元件的阻抗就是感抗(XL=ωL=2πfL)，它和ω、L都成正比。当ω=O时则XL =O，所以电感起“通交、阻直”或者“通低频，阻高频”的作用。 

③在纯电感电路中，感抗不消耗电能，因为在任何一个电流由零增加到最大值的1／4周期的过程中，电路申的电流在线圈附近将产生磁场，电能转换为磁场能储藏在磁场里，但在下一个1／4周期内，电流由大变小，则磁场随着逐渐减弱，储藏的磁场能又重新转化为电能返回给电源，因而感抗不消耗电能(电阻发热忽略不计)。 

电气回路的主要组成部分有电阻、电容和电感.电感具有抑制电流变化的作用,并能使交流电移相.把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。 
电力系统中所采取的电抗器,常见的有串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器主要用来限制短路电流，也有在滤波器中与电容器串联或并联用来限制电网中的高次谐波。

电感单位

由于电感是由的科学家发现的，所以电感的单位就是“亨利”。

电感符号： 。

电感单位：亨 (H)、毫亨(mH)、微亨 (μH)、纳亨（nH），他们的换算关系为：1H=1000mH=10^6μH=10^9nH。

换算：数值X10的n次方

如103 即为10X10的三次方nh 为10uh

除此外还有一般电感和精密电感之分如下图：

	精密电感			一般电感
符号	F	J	G	K	L	M
误差	1%	2%	5%	10%	15%	20%

如100M 即为10μH 误差20%

所有的电感器都有储能能力，因电感量（自感应强度）不同而不一样。
但这只是个笼统的说法，按功能划分可以分为滤波电感（与电容组成LC滤波电路）；扼流线圈（抑制直流电流）；功率电感（纯粹的储能元件）。常规电感内贴片电感的储能能力要相对强点，所以习惯把贴片电感叫功率电感，但现在行业内有一种DIP电感也同样有相对较强的功率电感----粉末一体电感