電容充放電是一個過程，這個過程的長短和電容的時間常數(shù)有關。

一、電容的單位

電容容量常見的單位是μF/uF（微法，Micro-farad）、nF（納法，Nano-farad）、pF（皮法，Pico-farad）和F（法，F(xiàn)arad）。

一般電源設備里面的電容是μF級別，高頻和無線電里面的電容是nF、pF級別。而超級電容的單位是F級別。

圖1-電容單位

這些單位表示電容容量的大小，聽上去有些抽象，其實1F的物理含義為：一個電容，充1“庫倫”（coulomb）的電，能獲得1V的電壓，就是1F。1庫倫是電子數(shù)量的衡量單位，差不多是6.24*10^18次方個電子。

二、電容的時間常數(shù)

電容時間常數(shù)的大小與電路中電阻、和電容本身容量有關，按照“t=RC”公式來計算，其中R是電阻，C是電容。

每次經(jīng)過1個時間常數(shù)，電容充電的電壓，達到與電源壓差的0.632倍（63.2%）。通常認為5個時間常數(shù)后，電容就充滿了。可以想象，充電過程中電容電壓的變化如下：

圖2-電容時間常數(shù)與充電過程（電源是恒壓源）

對于放電也是類似。

以下我們來看具體例子。

1. 充電舉例

假設電路中R=1Ω，C=1F，套用公式“t=RC”，得到時間常數(shù)是1秒。閉合充電回路開關，以下電路經(jīng)過5秒充電完畢（虛線間隔為1秒）：

圖3-充電時間常數(shù)為1秒（虛線間隔為1秒）

假設電路中R=1Ω，C=2F，套用公式“t=RC”，得到時間常數(shù)是2秒。閉合充電回路開關，以下電路經(jīng)過10秒充電完畢（虛線間隔為1秒）：

圖4-充電時間常數(shù)為2秒（虛線間隔為1秒）

2. 放電舉例

假設電路中R=1Ω，C=1F，套用公式“t=RC”，得到時間常數(shù)是1秒。閉合放電回路開關，以下電路經(jīng)過5秒放電完畢（虛線間隔為1秒）：

圖5-放電時間常數(shù)為1秒（虛線間隔為1秒）

假設電路中R=1Ω，C=2F，套用公式“t=RC”，得到時間常數(shù)是2秒。閉合放電回路開關，以下電路經(jīng)過10秒放電完畢（虛線間隔為1秒）：

圖6-放電時間常數(shù)為2秒（虛線間隔為1秒）三、電容使用注意事項

我準備利用電容的時間常數(shù)電容，來做一個延時燈控的實驗案例。但是操作電容有一定風險，所以先補充說明一下注意事項。

1. 電擊風險

很多電源里面的電容具有上百V的耐壓等級，說明電容運行過程中電壓很高，觸摸可能會導致電擊風險，引發(fā)器官損害、休克甚至死亡。

圖7-高壓電容

網(wǎng)上有很多關于電容觸電的視頻，你感興趣可以搜一下，遠程體驗一下。

2. 泄放電阻（Bleeder resistor）

即使在電路斷電情況下，如果電容沒有放電完畢，依然可能具備很高電壓。

良好的電路設計會在電容上增加泄放電阻，為的是在斷電的情況下（開關斷開），讓電容依然有回路進行放電：

圖8-泄放電阻

泄放電阻的阻值通常很大，不會影響電路正常運行。

3. 使用前手動放電

由于不知道電容是否有電，所以切記：

對于uF、pF級別小電容，可以用螺絲刀、鑷子、或者老虎鉗進行短路放電：

圖9-電容對螺絲刀短路放電

對于F級別大電容或者耐壓等級高的電容，需要通過功率電阻進行放電：

圖10-電容對功率電阻放電

保險起見，還可以用萬用表測一下電容電壓是否為0V：

圖11-萬用表測電容電壓四、動手實驗——電容延時點燈案例

我們來做一個電容延時點燈的實驗，電路如下：

圖12-電容延時點燈

其核心是一個比較器，供電電源是9V，9V的63.2%是5.7V，5.7V（電路里是5.59V）作為運放的反相輸入，電容作為運放的正相輸入。電容和電阻組成充電回路，電阻是10Ω，電容是1F（我選了一個超級電容），意味著充電常數(shù)是10秒。上電的10秒后，電容電壓應該達到和超過5.7V，點亮LED。

我們來看一下仿真波形：

圖13-電容延時點燈-仿真波形

綠色波形表示電容上電壓變化，紫色波形表示LED上電壓變化?？梢钥吹酱蠹s經(jīng)過10秒鐘后，LED點亮。

我們在面包板上構建此實驗：

圖14-電容延時點燈-面包板

右下角圓型器件就是1F的超級電容。

我連接了示波器電容，光標從左掃到右大約5秒鐘，2個輪回后，即10秒鐘后，右下角LED點亮，期間光標所代表的電容電壓逐漸增大：

基于電阻電容充電的延時點燈

（全文完）

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

瘋狂的運放（運算放大器）?

文章由啟和科技編輯