電容，是一個容器，以電場的方式儲存著能量。

一、電容的經典電路

儲能需要充放電，一個經典的對電容進行充放電的電路如下：

圖1-電容充放電電路

其中，左側電阻是限流電阻，用于限制電容充電的電流；右側電阻代表負載。再者，左側開關稱為充電開關；右側開關稱為放電開關。

這個電路的工作模式如下：

你可能覺得奇怪，既然有電源存在，為何不讓電源直接給負載供電呢？

這有很多種原因，常見的比如電源供電不穩(wěn)定，需要電容來緩沖；另外，就算電源是穩(wěn)定的，放一個電容在這，可以增加電流驅動能力，譬如很多電動助動車在電機上增加了啟動電容，這種電容能夠提供比電池大的多的輸出電流，讓車輛瞬間提速。

圖2-電動助動車啟動電容二、電容的充放電過程（直流）

讓我們來模擬一下電容的充放電過程，重點關注電容上的電壓和電流變化。

1. 電容充電過程

我在限流電阻和電容上增加了電壓表，電路仿真軟件可以查看這兩個電壓表的波形。對于限流電阻上的電壓波形，除以其阻值，就是充電回路上電容的電流波形，兩者波形的形態(tài)應該是一致的。

圖3-電容充放電電路上增加了電壓表

注意看如下充電過程動畫：

圖4-電容充電過程動畫

初始的時候，閉合放電開關，為的是放光電容上的電；然后斷開放電開關，閉合充電開關，電容開始充電，充電過程很快完成。黃色波形代表電容上電壓變化；綠色波形代表限流電阻上電壓變化，同時也代表著充電回路上電流變化的趨勢。

可以看到在充電開關閉合瞬間，電容上電壓為0V，回路電流非常大；而充電完成之后，電容上電壓為5V，等于電源電壓，回路電流為0。

這意味著：電容剛開始充電的時候，電容相當于短路；而電容充電完成的時候電容 濾波，電容相當于開路。

2. 電容放電過程

我們來看電容的放電過程動畫：

圖5-電容放電過程動畫

初始的時候，閉合充電開關，為了充滿電容上的電；然后斷開充電開關，閉合放電開關，電容開始放電，放電過程很快完成。黃色波形代表電容、負載上電壓變化，同時也代表著放電回路上電流變化的趨勢。

可以看到在放電開關閉合瞬間，電容上電壓為5V，放電電流最大；然后電壓和電流逐步減少，最終都為0，表示電容放電完畢。

三、電容的充放電過程（非直流）

前文說的是電容在直流電源情況下的充放電過程，下面我們來看在非直流電源情況下的充放電過程。

以下是一個交流電經過二極管半波整流后得到一個非直流波形，加載在電容上。這種電源相當于是一個只有上半部的正弦波。

圖6-非直流情況下電容充電過程動畫

其中，藍色波形代表電源（上半部的正弦波），綠色波形表示限流電阻上電壓變化（充電回路電流波形趨勢類似），黃色波形表示電容和負載上的電壓變化。

可以看到對于黃色波形，電容和負載上的電壓變化呈現(xiàn)鋸齒狀波形，說明電容在周期性地進行充放電。

如果我們將電容從100uF增大到500uF會怎么樣？

圖7-非直流情況下電容充電過程動畫（電容更大）

可以看到鋸齒狀波形的波動幅度明顯變小了。這是因為電容通過儲存能量，起到了平滑電源輸出的作用電容 濾波，這稱為“濾波”。電容越大，儲存能量的本事越大，濾波的效果越好，于是鋸齒波的波動就變小了。

不知道你有沒有玩過氣泵，與這個過程相似，以氣釘槍為例，壓縮機（泵）相當于電源，氣罐子相當于電容，氣釘槍相當于負載。

圖8-氣泵類比

壓縮機壓縮空氣，將經過壓縮的空氣儲存進罐子里，于是罐子里的壓力很高，每次使用氣釘槍的時候，會釋放掉罐子的一些壓力。如果每打一輪槍，就開動壓縮機補充空氣的話，罐子的壓力波動就是鋸齒狀的。罐子越大，其波動幅度就越小。再想一下電容是不是也是這樣？我使用這個真實世界常見的例子類比，希望對你理解電容的儲能和濾波有所幫助。

（全文完）

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文章由啟和科技編輯