電容，是一個(gè)容器，以電場(chǎng)的方式儲(chǔ)存著能量。

一、電容的經(jīng)典電路

儲(chǔ)能需要充放電，一個(gè)經(jīng)典的對(duì)電容進(jìn)行充放電的電路如下：

圖1-電容充放電電路

其中，左側(cè)電阻是限流電阻，用于限制電容充電的電流；右側(cè)電阻代表負(fù)載。再者，左側(cè)開(kāi)關(guān)稱為充電開(kāi)關(guān)；右側(cè)開(kāi)關(guān)稱為放電開(kāi)關(guān)。

這個(gè)電路的工作模式如下：

你可能覺(jué)得奇怪，既然有電源存在，為何不讓電源直接給負(fù)載供電呢？

這有很多種原因電容濾波，常見(jiàn)的比如電源供電不穩(wěn)定，需要電容來(lái)緩沖；另外，就算電源是穩(wěn)定的，放一個(gè)電容在這，可以增加電流驅(qū)動(dòng)能力，譬如很多電動(dòng)助動(dòng)車在電機(jī)上增加了啟動(dòng)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(dòng)助動(dòng)車啟動(dòng)電容二、電容的充放電過(guò)程（直流）

讓我們來(lái)模擬一下電容的充放電過(guò)程，重點(diǎn)關(guān)注電容上的電壓和電流變化。

1. 電容充電過(guò)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(gè)電壓表的波形。對(duì)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(yīng)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(guò)程動(dòng)畫(huà)：

圖4-電容充電過(guò)程動(dòng)畫(huà)

初始的時(shí)候，閉合放電開(kāi)關(guān)，為的是放光電容上的電；然后斷開(kāi)放電開(kāi)關(guān)，閉合充電開(kāi)關(guān)，電容開(kāi)始充電，充電過(guò)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(shí)也代表著充電回路上電流變化的趨勢(shì)。

可以看到在充電開(kāi)關(guān)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(kāi)始充電的時(shí)候，電容相當(dāng)于短路；而電容充電完成的時(shí)候，電容相當(dāng)于開(kāi)路。

2. 電容放電過(guò)程

我們來(lái)看電容的放電過(guò)程動(dòng)畫(huà)：

圖5-電容放電過(guò)程動(dòng)畫(huà)

初始的時(shí)候，閉合充電開(kāi)關(guān)，為了充滿電容上的電；然后斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)，閉合放電開(kāi)關(guān)電容濾波，電容開(kāi)始放電，放電過(guò)程很快完成。黃色波形代表電容、負(fù)載上電壓變化，同時(shí)也代表著放電回路上電流變化的趨勢(shì)。

可以看到在放電開(kāi)關(guān)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(guò)程（非直流）

前文說(shuō)的是電容在直流電源情況下的充放電過(guò)程，下面我們來(lái)看在非直流電源情況下的充放電過(guò)程。

以下是一個(gè)交流電經(jīng)過(guò)二極管半波整流后得到一個(gè)非直流波形，加載在電容上。這種電源相當(dāng)于是一個(gè)只有上半部的正弦波。

圖6-非直流情況下電容充電過(guò)程動(dòng)畫(huà)

其中，藍(lán)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(shì)類似），黃色波形表示電容和負(fù)載上的電壓變化。

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

如果我們將電容從100uF增大到500uF會(huì)怎么樣？

圖7-非直流情況下電容充電過(guò)程動(dòng)畫(huà)（電容更大）

可以看到鋸齒狀波形的波動(dòng)幅度明顯變小了。這是因?yàn)殡娙萃ㄟ^(guò)儲(chǔ)存能量，起到了平滑電源輸出的作用，這稱為“濾波”。電容越大，儲(chǔ)存能量的本事越大，濾波的效果越好，于是鋸齒波的波動(dòng)就變小了。

不知道你有沒(méi)有玩過(guò)氣泵，與這個(gè)過(guò)程相似，以氣釘槍為例，壓縮機(jī)（泵）相當(dāng)于電源，氣罐子相當(dāng)于電容，氣釘槍相當(dāng)于負(fù)載。

圖8-氣泵類比

壓縮機(jī)壓縮空氣，將經(jīng)過(guò)壓縮的空氣儲(chǔ)存進(jìn)罐子里，于是罐子里的壓力很高，每次使用氣釘槍的時(shí)候，會(huì)釋放掉罐子的一些壓力。如果每打一輪槍，就開(kāi)動(dòng)壓縮機(jī)補(bǔ)充空氣的話，罐子的壓力波動(dòng)就是鋸齒狀的。罐子越大，其波動(dòng)幅度就越小。再想一下電容是不是也是這樣？我使用這個(gè)真實(shí)世界常見(jiàn)的例子類比，希望對(duì)你理解電容的儲(chǔ)能和濾波有所幫助。

（全文完）

我在知乎開(kāi)設(shè)了專欄“瘋狂的運(yùn)放”，為創(chuàng)客們打造的有趣、有用的硬件和電路專欄：

瘋狂的運(yùn)放（運(yùn)算放大器）?

文章由啟和科技編輯