电容

陈亮 | 文

说起电容,想必大家都不陌生,大到卫星航母,小到智能手环,电路里处处离不开电容,电路中的电容形态各异,发挥的作用也各不相同。最常用的功能可能要数储能,滤波和耦合了。记得最早接触电容还是高中那会,物理老师给我们讲电容和电容器,电容的特性就是隔直通交。当时我和小伙伴那叫一个一脸懵逼,两个极板中间明明是绝缘的真空,电流到底是怎么流过绝缘的真空的?今天我们就来看看电流到底是怎么流过绝缘介质的。

看到这屏幕前的小伙伴想必也懵逼了,难道我点错了,这里不是要讲隔直通交吗?亲,你没有迷路,这里就是隔直通交会场,请稍安勿躁,待我翻开笔记慢慢道来。

电容顾名思义就是能存储电荷,那怎样才能存储电荷呢?首先得有两块金属导体,中间是绝缘电介质,介质可以是空气、可以是真空、也可以是FR4等等。看到这,熟悉PCB的各位小伙伴是不是想起了啥?没错,PCB中的导体间同样会构成电容,典型的就是相邻的电源平面和GND平面,相邻的信号线等。

当然构成电容的两导体间的距离不能太远,都说距离产生美,合适的距离可以让人只会关注她的美丽,但是如果远到看不见,哪里还看得到美,电容也是这样。

在两个导体上面加上电压时,两导体上就会存储电荷,效果如下图。


如上图演示效果:在电容没有被施加电压的时候,两端的自由电子数量没有变化,两端导体是呈中性的,如果给电容施加电压,电容一端会聚集比平时更多的自由电子,此端导体呈负电极,另一端导体失去大部分自由电子,此端导体呈正电极。

就这样一个导体上增加电荷,并从另一个导体取出电荷,看起来就像把电荷加到一个导体上,而这些电荷又从另一个导体上流出。所以当电压变化时,就有等效电流流经电容器。

举个栗子:

电容器相当于一个中间有橡胶隔膜的管子,橡胶隔膜相当于电容器内部的介质,分开的两部分相当于电容器的两极板,如果管子两端不受压力时(相当于不加电压),被分开的两部分含有相同的水量(相当于自由电子),一旦管子受到了压力(一端加电压),上面腔体中的压力就会增加,橡胶隔膜向下膨胀,使水从下面腔体流出 ,尽管水流没有经过橡胶隔膜,但是橡胶隔膜迫使水从下面腔体流出,就像电流从电容器流出一样,这就是电容的等效电流。


说到这,相信大家应该明白等效电流到底是怎么来的了。可问题又来了,我知道了等效电流怎么产生的,但是怎么知道等效电流有多大呢?大家瞄一眼下面的公式就明白了。

等效电流的计算公式:

ΔQ 电容器上电荷的变化量

Δt 电荷变化经历的时间

C 电容量

dV 导体间电压变化

dt 电压变化经历的时间

通过公式,我们可以看到影响等效电流大小的因素有两个。

第一个因素是dV/ dt:即电压变化率,单位时间内电压变化越大,等效电流也越大。

第二个因素是C:即电容量,电容量越大,等效电流越大。

电容通交流阻直流奥秘就是能否生成等效电流。(划重点)因为有电压变化的交流信号才能产生等效电流流经电容,所以电容对交流信号相当于一个短路器件。而直流信号因为没有电压的变化,不会产生等效电流,所以电容器对直流信号相当于一个开路。

在实际的应用中如电源的滤波电容,就是利用电容隔直通交属性,对直流电源开路,对高频噪声短路,将高频噪声短路进GND, 在不影响直流电源的情况下去除了噪声,使电源更干净。

耦合电容更是将隔直通交属性表现的淋漓尽致,阻断前后级的直流分量,只允许交流信号通过。更多应用就不在这里一一列举了,高速先生也写过很多电容应用方面的文章,有兴趣的小伙伴可以查阅。

前面我们讲了影响等效电流大小的因素之一是电容量的大小,那么问题来了。哪些因素会影响电容量的大小呢?

网友@ 龍鳳呈祥的答案堪称标准答案
决定电容器容量的大小有以下几个因素:
【1】极板间的距离越小,正负电荷间相互吸引力越大,电容器储存电荷的能力也增大,所以电容量与极板间的距离成反比。
【2】两极板的面积大,容纳的电荷就越多,电容量也越大,所以电容量与极板面积成正比。
【3】介质材料。不同的介质对极板上的正负电荷间的作用的影响不同,在相同的极板面积和距离时,以空气为介质的电容量最小,而用其他介质时,电容量都要增大。

本文转自:微信号 - 高速先生,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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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。

1

滤波电容:它接在直流电压的正负极之间,以滤除直流电源中不需要的交流成分,使直流电平滑,通常采用大容量的电解电容,也可以在电路中同时并接其它类型的小容量电容以滤除高频交流电。

2

退耦电容:并接于放大电路的电源正负极之间,防止由电源内阻形成的正反馈而引起的寄生振荡。

3

旁路电容:在交直流信号的电路中,将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上,为交流信号或脉冲信号设置一条通路,避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。

4

耦合电容:在交流信号处理电路中,用于连接信号源和信号处理电路或者作为两放大器的级间连接,用于隔断直流,让交流信号或脉冲信号通过,使前后级放大电路的直流工作点互不影响。

5

调谐电容:连接在谐振电路的振荡线圈两端,起到选择振荡频率的作用。

6

衬垫电容:与谐振电路主电容串联的辅助性电容,调整它可使振荡信号频率范围变小,并能显著地提高低频端的振荡频率。

晶振电路及其等效电路

07

补偿电容:与谐振电路主电容并联的辅助性电容,调整该电容能使振荡信号频率范围扩大。

08

中和电容:并接在三极管放大器的基极与发射极之间,构成负反馈网络,以抑制三极管极间电容造成的自激振荡。

09

稳频电容:在振荡电路中,起稳定振荡频率的作用。

10

定时电容:在RC时间常数电路中与电阻R串联,共同决定充放电时间长短的电容。

11

加速电容:接在振荡器反馈电路中,使正反馈过程加速,提高振荡信号的幅度。

12

缩短电容:在UHF高频头电路中,为了缩短振荡电感器长度而串联的电容。

13

克拉波电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈串联的电容,起到消除晶体管结电容对频率稳定性影响的作用。

克拉波振荡器

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锡拉电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈两端并联的电容,起到消除晶体管结电容的影响,使振荡器在高频端容易起振。

15

稳幅电容:在鉴频器中,用于稳定输出信号的幅度。

16

预加重电容:为了避免音频调制信号在处理过程中造成对分频量衰减和丢失,而设置的RC高频分量提升网络电容。

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去加重电容:为了恢复原伴音信号,要求对音频信号中经预加重所提升的高频分量和噪声一起衰减掉,设置RC在网络中的电容。

18

移相电容:用于改变交流信号相位的电容。

19

反馈电容:跨接于放大器的输入与输出端之间,使输出信号回输到输入端的电容。

20

降压限流电容:串联在交流回路中,利用电容对交流电的容抗特性,对交流电进行限流,从而构成分压电路。

21

逆程电容:用于行扫描输出电路,并接在行输出管的集电极与发射极之间,以产生高压行扫描锯齿波逆程脉冲,其耐压一般在1500伏以上。

22

S校正电容:串接在偏转线圈回路中,用于校正显象管边缘的延伸线性失真。

23

自举升压电容:利用电容器的充、放电储能特性提升电路某点的电位,使该点电位达到供电端电压值的2倍。

24

消亮点电容:设置在视放电路中,用于关机时消除显象管上残余亮点的电容。

25

软启动电容:一般接在开关电源的开关管基极上,防止在开启电源时,过大的浪涌电流或过高的峰值电压加到开关管基极上,导致开关管损坏。

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启动电容:串接在单相电动机的副绕组上,为电动机提供启动移相交流电压,在电动机正常运转后与副绕组断开。

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运转电容:与单相电动机的副绕组串联,为电动机副绕组提供移相交流电流。在电动机正常运行时,与副绕组保持串接。

来源:网络、电子产品世界

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在做射频的时候,选择电感电容时特别关注他们的Q值,那什么是Q值呢?Q值是什么意思,它为什么重要?

品质因数Q:表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。元件的Q值愈大,用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。

一文带你了解电容的Q值和D值

或Q=无功功率/有功功率,或称特性阻抗与回路电阻之比。

Q值越高,损耗越小,效率越高;

Q 值越高,谐振器的频率稳定度就越高,因此,能够更准确。

如何理解Q值和ESR值评估高频贴片电容器的一个重要性能指标是品质因素Q,或者是与其相关的等效串联电阻(ESR)。

理论上,一个“完美”的电容器应该表现为ESR为零欧姆、纯容抗性的无阻抗元件。不论何种频率,电流通过电容时都会比电压提前正好90度的相位。实际上,电容是不完美的,会或多或少存在一定值的ESR。一个特定电容的ESR随着频率的变化而变化,并且是有等式关系的。

这是由于ESR的来源是导电电极结构的特性和绝缘介质的结构特性。为了模型化分析,把ESR当成单个的串联寄生元。过去,所有的电容参数都是在1MHz的标准频率下测得,但当今是一个更高频的世界,1MHz的条件是远远不够的。一个性能优秀的高频电容给出的典型参数值应该为:200MHz ,ESR=0.04Ω;900MHz, ESR=0.10Ω;2000MHz,ESR=0.13Ω。Q值是一个无量纲数,数值上等于电容的电抗除以寄生电阻(ESR)。Q值随频率变化而有很大的变化,这是由于电抗和电阻都随着频率而变。频率或者容量的改变会使电抗有着非常大的变化,因此Q值也会跟着发生很大的变化。

定义电容的品质因数,也就是Q值,也就是电容的储存功率与损耗功率的比:

Qc=(1/ωC)/ESR

一文带你了解电容的Q值和D值

Q值对高频电容是比较重要的参数。

自谐振频率(Self-Resonance Frequency)

由于ESL的存在,与C一起构成了一个谐振电路,其谐振频率便是电容的自谐振频率。在自谐振频率前,电容的阻抗随着频率增加而变小;在自谐振频率后,电容的阻抗随着频率增加而变大,就呈现感性;如下图所示:

一文带你了解电容的Q值和D值

随着频率升高,电容的不理想模型会更复杂:

一文带你了解电容的Q值和D值

(C:电容 Rp:绝缘电阻和介质损耗 Rs:引线/电极电阻 L:引线/电极电感)

典型的电容器件等效电路如图1所示。在这个等效电路中,容值C是最主要的部分,串连电阻Rs和电感L是由于器件管脚引线或电极产生的寄生参数。并联电容Rp是反映电容两个管脚之间存。

一文带你了解电容的Q值和D值

把以上寄生参数全部考虑之后,阻抗公式如上面公式。

由于这些寄生参数的存在,现实中而非理想中的电容器件的总阻抗由下面表达式中的实部和虚部两个部分组成:

如果可以忽略电极间的泄漏,即Rp的阻抗无穷大(或远远大 Ls(ESL) Rs (ESR) C 于相对于容值C的阻抗),那么上面的等效电路可以进一步简化为下面的3元模型(如图所示)。其中ESL为等效串联电感Ls, ESR为等效串联电阻Rs。

一文带你了解电容的Q值和D值

根据这个简化的电路模型,可以得到电容器件总阻抗随频率变化的关系,如图所示。由于等效串联电感LS的存在,随着信号频率f的增加,电容C的容抗XC降低,而极性相反的等效串连电感Ls的感抗XL 增加,在某一个频率点f0,XC=-XL。此时电容器件的总阻抗|Z|=Rs,我们称此频率点f0为自谐振频率(SRF),小于SRF频率时,该器件成电容特性,反之大于SRF频率,器件发生极性转化,成电感特性(如图下图所示,红色相位曲线从-90°跳变到+90°)。

一文带你了解电容的Q值和D值

Q值相当于D值的倒数。损失角即D值: 一般电解电容器因为内阻较大故D值较高, 其规格视电容值高低决定, 为0.1-0.24以下. 塑料薄膜电容器则D值较低, 视其材质决定为0.001-0.01以下. 陶瓷电容器视其材质决定, Hi-K type 及S/C type为0.025以下. T/C type其规格以Q值表示需高于400-1000.

注:XC=-j/(2πfC);XL=j(2πfL)

根据损耗因子D的定义:D=1/Q=R/|X|>0 将前面的公式代入,得到:

一文带你了解电容的Q值和D值

如果可以忽略电极间的泄漏,即Rp的阻抗无穷大(或远远大于相对于容值C的阻抗),损耗因子D的计算公式大大简化为:

一文带你了解电容的Q值和D值

如果信号频率远远小于SRF谐振频率,则X C >>X L , 即X L 可以忽略,则公式进一步简化

一文带你了解电容的Q值和D值

即上面提到的:

一文带你了解电容的Q值和D值

由图可见,电容器的引线电感将随着频率的升高而降低电容器的特性。如果引线电感与实际电容器的电容谐振,这将会产生一个串联谐振,使总电抗趋向为0W。由于这个串联谐振产生一个很小的串联阻抗,所以非常适合在射频电路的耦合和去耦电路中应用。然而,当电路的工作频率高于串联谐振频率时,该电容器将表现为电感性而不是电容性。

转自: 硬件十万个为什么

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Touch电容触控的应用场合越来越多,在我们身边常接触到的应该就是手机了,与十年前带机械按键的或电阻屏的手机相比,人机操作的应用体验完全是不同的,造型设计也会更容易有新的创新。

智能家居、汽车操控、穿戴设备、工业控制等各领域都有Touch的广泛应用,如何让Touch人机操作准确度达100%?

电容触控的那些事

前两篇短文里有提到Touch设计的三模块:Touch Sensor、信号采集、Touch算法库。后两点一般是IC厂商帮搞定了大部分。Touch Sensor的空间叠构的设计很重要,这一点也通常容易被忽略的,而且不同的项目Touch的空间叠构可能会有很大差异。“巧妇难为无米之炊”,源头没信号,后端有再厉害的Touch芯片也惘然。

电容触控的那些事

不管是触摸按键还是触摸屏,理想状态是Touch周围空间不要有与其无关的任何带电/导电的东东,Touch效果肯定会很好。

电容触控的那些事

但是实际产品中是不会有这样的净空区的,寸土寸金,会有各种元件导体、空间辐射信号在挤压这片净空区。

Sensor 周围的电场是空间发散的,合理的空间结构及走线是获得高信噪比的保障。

电容触控的那些事

常有人问Touch Sensor设计的规则底限是什么?一言两句真的很难回答,“又要马儿跑,又要马儿不吃草“,想不给一点空间,还要Touch信号很好,蛮难的。Touch Sensor设计就是要配合芯片的功能,在空间叠构上寻找一个结构的平衡点。

如何能做到以不变应万变?先看一下电容的公式,充分了解基本概念。电容的大小与面积、距离、介电常数都有啥关系。

电容触控的那些事

常见绝缘材料的介电常数表如下:

电容触控的那些事

芯片采样的信号变化Delta值是相对变化量,是直接反映每路通道外部总的电容(Cx+Cp1+Cp2+Cp3……)的变化,要想得到较大的Touch Sensor信号值变化,也就是要Ct尽量多的影响Cx。

结合电容公式不难得出,Sensor与手指之间的绝缘层厚度越薄、材料的介电常数越大,Sensor与手指之间正对面积越大,Delta值也就会越大。

电容触控的那些事

另一方面,如果耦合电容值(Cp1+Cp2+Cp3……)比较大,也会消弱手指Ct对Sensor的有效影响。

从电荷转移的角度来看,只要有电势差,电荷就会优先对最近距离的导体转移,要想Sensor及走线周围的导体对信号的影响小,就尽量与其保持一定的距离。

电容触控的那些事

有效果的设计就是把需要的信号搞成占主导地位,越主导越好,也可以理解为提高信噪比。

设计方向 I:

1. 让(Cx+Cp1+Cp2+Cp3……)容值尽量与CHOLD相当;

2. 在(Cx+Cp1+Cp2+Cp3……)中,Cx值要尽量大,(Cp1+Cp2+Cp3……)值尽量小;如(Cp1+Cp2+Cp3……)值无法避免稍偏大,要确保其变化值稳定且小;

3. Ct对Cx的影响要尽量大,按实际需求调整面积、距离、介电等。

在此稍提一下保护线/层的相关知识点。

保护什么?主要还是保护Touch信号免受外界干扰,通常大家最先想到的是用GND进行包裹,Sensor及走线周围如有大量的近距离GND保护,会使(Cp1+Cp2+Cp3……)很大,反而导致Delta会很小。

电容触控的那些事

如何改善?

1. 与Sensor及走线距离不能太近;

2. 可用适当比例的网格替代整敷铜;

3. 用带有同步波形的Guard驱动来保护。

前面有提到电势差,GND是一直低电平,当Sensor上有不为低电平的波形时,两者有电势差,就会有部分电荷逃逸。带有同步波形的Guard驱动线与Sensor上的电势差始终为零,电荷就不会逃逸,表现结果就是提高了信噪比。

特别注意的是:

1. Guard驱动线是连接到芯片的,也可能成为噪声的吸收线路,它本身也是需要适当保护的,设计中一般会用GND外包裹一下Guard驱动线。

2. 如Guard驱动线形成的电容很大,其波形就会失真与Sensor不同步,不同步就会有电势差,有电势差保护的效果就会下降,Guard驱动线设计也是要找个平衡点。

有好多产品空间非常紧凑,对于触摸屏的设计,一般会用软件仿真计算各参数是否合理;非触摸屏的应用结构差异大,可用如下Touch Sensor设计的部分经验值

电容触控的那些事

设计方向 II:
Sensor走线到芯片端尽量走最近距离;
Sensor走线在阻抗够小的前提下尽量最细;
Sensor走线间距>=线宽;
Sensor走线外侧与保护线间距>=2倍线宽;
Sensor保护线与外侧GND间距>=2倍线宽;
Sensor与保护线间距>=T/2距离,(T为Sensor到触摸表面的距离)。

以上是一些经验分享,实际设计中如还是空间不够咋办?首先让结构改,结构实在改不了那就sensor再让一点空间呗,当然性能上也会再打点折扣的,就看你项目中要看重啥了?要结构还是要性能?

转自:LigoWell

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先回顾一下中学里学习的等势体或连通器的概念,对电容触控原理的理解会比较容易。

如下图两端容器有压差,就会形成流通性。可以把容器里蓝色部分看成是液体或电荷,只要底部是有效连通的,只要时间足够充裕,每次都能得到稳定后的数值。

电容触控的那些事(二)

我们在《电容触控的那些事儿(一)》中有提到实际电容触控项目中每个传感器通道的等效电容约10 pF量级。在以往的低成本方案中,直接测量这个小电容数值的变化量是比较困难的,通常会变通间接去测量,有通过振荡电路的、有通过充电时间的、有通过外部放大的等等,这些方法已不是主流,在此不深入介绍。

电容触控的那些事(二)

随着半导体集成度及精度的不断提高,现在的电容信号采样可以直接用ADC或增强型ADC读取。操作简单、速度快,可以释放MCU的工作负荷,让MCU可以有更多的时间做其他的工作或休眠降低功耗。是目前电容触控测量的主流方法。

上图中绿色底标的CHOLD是ADC的采样保持电容,CX是外部触摸传感器的等效电容,这两个电容就可以看成是连通器的两端容器。中间有一些开关,可以协作分别完成两边电容的充电、放电、连通等动作,以前是软件来控制,现在基本是硬件完成,效率更进一步。这种方式就是电荷转移成等势体,然后进行采样。

最新的芯片还会集成硬件滤波、放大倍数调整等,信号的信噪比也大大提高;CHOLD通常也是可以调节的,以配合外部的CX的大小,尽量数值相当,这样会得到较大的变化量。

电容触控的那些事(二)

通常触摸信号会夹带或多或少的噪声一起输入进来,先经硬件低通滤波,如果硬件还是没有把噪声过滤干净的话,还有软件滤波、跳频等机制,把有效信号还原出来。只要传感器的结构设计合理,参数配置得当,触摸操作的准确度还是可以达到100%的。

转自:Microchip工程师社区
Microchip Technology Inc.
资深嵌入式应用工程师
James Li

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从呱呱坠地的婴儿到白发苍苍的老人,人类总是习惯于通过触摸感知世界。触摸并非是智能电子产品的专利,很多人在接触智能Touch电子产品前就有过类似的经历,在玻璃上、在沙地上,触摸是人类与生俱来的天性。

那我们就来聊聊Touch技术吧!

首先电容Touch主要分为自容与互容,各有各的应用场景,有些场合两种同时使用,有的场合用其中一种效果更好。就是要看具体的结构与需求。

电容触控的那些事

我们常用的手机、平板电脑的Touch以互容为主,最新的技术是自互容一体,也就是同时存在。

电容触控的那些事

电容Touch技术很多年前就有了,但真正开始流行起来是始于Apple的MP3播放器。

要采样到电容值的变化量,计算并能准确给出结果值,开始还是蛮有挑战的,随着应用场景的广泛化、用户要求不断提高、各技术的发展,Touch技术更新换代速度也是蛮快的。

电容触控的那些事

新的Touch技术不但在性能、功耗上有进步,还在开发上非常灵活。Atmel的加入丰富了Microchip的触摸产品和解决方案。目前我们在这个领域算是佼佼者。

Touch电容信号的采集基本是硬件化了,你可以把它简单理解为功能强大的ADC模块,不需要MCU过多的软件控制,大大释放了MCU的负荷,对于做低功耗也是有很大帮助。目前的Touch设计基本可以分成三大块,触摸传感器、信号采集、Touch算法库。而且后两者通常已基于一颗MCU,所以对于开发者来讲就比较简单了。

电容触控的那些事

我们来看一下自容的简单等效电路。Cx (传感器自身电容) >> Cp2 & Cp1, 并且 Cf (手指触摸后的对地等效电容)>> Cx & Ct(手指触摸后传感器检测电容)是比较理想的,Cx与Ct是设计者比较关心的。

电容触控的那些事

同样,我们来看一下互容的简单等效电路。理想是Cx >> Cp2, Cp1, 并且 Cf >> Cx, Ct、Cx与Ct保持在合理区间能得到比较好的效果。

电容触控的那些事

实际项目中Cx通常在10 pF的量级,而Ct会比较小,如过能让Ct对Cx的影响大于3~5%,基本就可以有办法可靠工作了。

转自:Microchip工程师社区
Microchip Technology Inc.
资深嵌入式应用工程师
James Li

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我们先来说说电容,都说大电容低频特性好,小电容高频特性好,那么根据容抗的大小与电容C及频率F成反比来说的话,是不是大电容不仅低频特性好,高频特性更好呢,因为频率越高,容量越大,容抗就越低,高频就是否越容易通过大电容呢,但从大电容充放电的速度慢来说的话,高频好象又不容易通过的,这不很矛盾吗?

首先,高频低频是相对的。如果频率太高,那么,电容的容量变得再大也没有意义,因为,大家知道,线圈是电感,是阻高频的,频率越高,阻碍作用越大。尽管电感量很小,但是,大容量电容一般都有较长的引脚和较大的极板圈在一起,这时,电容两脚的等效电感量已经对高频起了很大的阻碍作用了。

元器件在低频和高频中特性还不一样?

因此,高频不容易通过高频性能差的大容量电解电容,而片状的陶瓷电容则在价格性能上占尽优势。

同理,是不是电感越大对高频了阻碍作用越大呢?不是。为了得到较大的电感量,必须有尽可能多、尽可能大的线圈,而这些导体就向电容的无数个极板,如果碰巧这些极板间距又较近的话(这是追求多圈数无法避免的),分布电容会给高频信号提供通路。

元器件在低频和高频中特性还不一样?

所以,不同频段的信号要选用合适容量的电容和电感。

下面咱们一起把最常用的三个无源器件,电阻、电容、电感的高频等效电路分析一下:

1. 高频电阻

低频电子学中最普通的电路元件就是电阻,它的作用是通过将一些电能装化成热能来达到电压降低的目的。电阻的高频等效电路如图所示,其中两个电感L模拟电阻两端的引线的寄生电感,同时还必须根据实际引线的结构考虑电容效应;用电容C模拟电荷分离效应。

元器件在低频和高频中特性还不一样?
电阻等效电路表示法

根据电阻的等效电路图,可以方便的计算出整个电阻的阻抗:

元器件在低频和高频中特性还不一样?

下图描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系,正像看到的那样,低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高并超过一定值时,寄生电容的影响成为主要的,它引起电阻阻抗的下降。当频率继续升高时,由于引线电感的影响,总的阻抗上升,引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。

元器件在低频和高频中特性还不一样?
一个典型的1KΩ电阻阻抗绝对值与频率的关系

2. 高频电容

片状电容在射频电路中的应用十分广泛,它可以用于滤波器调频、匹配网络、晶体管的偏置等很多电路中,因此很有必要了解它们的高频特性。电容的高频等效电路如图所示,其中L为引线的寄生电感;描述引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1;描述介质损耗用一个并联的电阻R2。

元器件在低频和高频中特性还不一样?
电容等效电路表示法

同样可以得到一个典型的电容器的阻抗绝对值与频率的关系。如下图所示,由于存在介质损耗和有限长的引线,电容显示出与电阻同样的谐振特性。

元器件在低频和高频中特性还不一样?
一个典型的1pF电容阻抗绝对值与频率的关系

3. 高频电感

电感的应用相对于电阻和电容来说较少,它主要用于晶体管的偏置网络或滤波器中。电感通常由导线在圆导体柱上绕制而成,因此电感除了考虑本身的感性特征,还需 要考虑导线的电阻以及相邻线圈之间的分布电容。电感的等效电路模型如下图所示,寄生旁路电容C和串联电阻R分别由分布电容和电阻带来的综合效应。

元器件在低频和高频中特性还不一样?
高频电感的等效电路

与电阻和电容相同,电感的高频特性同样与理想电感的预期特性不同,如下图所示:首先,当频率接近谐振点时,高频电感的阻抗迅速提高;第二,当频率继续提高时,寄生电容C的影响成为主要的,线圈阻抗逐渐降低。

元器件在低频和高频中特性还不一样?
电感阻抗绝对值与频率的关系

总之,在高频电路中,导线连同基本的电阻、电容和电感这些基本的无源器件的性能明显与理想元件特征不同。读者可以发现低频时恒定的电阻值,到高频时显示 出具有谐振点的二阶系统相应;在高频时,电容中的电介质产生了损耗,造成电容起呈现的阻抗特征只有低频时才与频率成反比;在低频时电感的阻抗响应随频率的增加而线形增加,达到谐振点前开始偏离理想特征,最终变为电容性。这些无源元件在高频的特性都可以通过前面提到的品质因数描述,对于电容和电感来说,为了调谐的目的,通常希望的到尽可能高的品质因数。

来源:电子工程专辑

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A、电压源正负端接了一个电容(与电路并联),用于整流电路时,具有很好的滤波作用,当电压交变时,由于电容的充电作用,两端的电压不能突变,就保证了电压的平稳。
当用于电池电源时,具有交流通路的作用,这样就等于把电池的交流信号短路,避免了由于电池电压下降,电池内阻变大,电路产生寄生震荡。

B、比如说什么样的电路中串或者并个电容可以达到耦合的作用,不放电容和放电容有什么区别?
在交流多级放大电路中,因个级增益及功率不同.各级的直流工作偏值就不同!若级间直接藕合则会使各级工作偏值通混无法正常工作!利用电容的通交隔直特性既解决了级间交流的藕合,又隔绝了级间偏值通混,一举两得!

C、基本放大电路中的两个耦合电容,电容+极和直流+极相接,起到通交隔直的作用,接反的话会怎么样,会不会也起到通交隔直的作用,为什么要那接呀!
接反的话电解电容会漏电,改变了电路的直流工作点,使放大电路异常或不能工作

D、阻容耦合放大电路中,电容的作用是什么??
隔离直流信号,使得相邻放大电路的静态工作点相互独立,互不影响。

E、模拟电路放大器不用耦合电容行么,照样可以放大啊?书上放大器在变压器副线圈和三极管之间加个耦合电容,解释是通交流阻直流,将前一级输出变成下一级输入,使前后级不影响,前一级是交流电,后一级也是交流电,怎么会相互影响啊,我实在想不通加个电容不是多此一举啊。你犯了个错误。前一级确实是交流电,但后一级是交流叠加直流。三极管是需要直流偏置的。如果没有电容隔直,则变压器的线圈会把三极管的直流偏置给旁路掉(因为电感是通直流的)

F、基本放大电路耦合电容,其中耦合电容可以用无极性的吗
在基本放大电路中,耦合电容要视频率而定,当频率较高时,需用无极电容,特点是比较稳定,耐压可以做得比较高,体积相对小,但容量做不大。其最大的用途是可以通过交流电,隔断直流电,广泛用于高频交流通路、旁路、谐振等电路。(简单理解为高频通路)
当频率较低时,无极电容因为容量较低,容抗相对增大,就要用有极性的电解电容了,由于其内部加有电解液,可以把容量做得很大,让低频交流电通过,隔断直流 电。但由于内部两极中间是有机介质的,所以耐压受限,多用于低频交流通路、滤波、退耦、旁路等电路。(简单理解为低频通路)

G、请电路高手告知耦合电容起什么作用
在放大电路中,利用耦合电容通交隔直的作用,使高频交流信号可以顺利通过电路,被一级一级地放大,而直流量被阻断在每一级的内部.

H、请问用电池供电的电路中,电容为什么会充放电,起到延时的作用?
电容是聚集电荷的,你可把它想象成个水杯,充放电就是充放水。在充电过程中,电压是慢慢的上升的,放电反之。你只需检测电容两端电压就能实现延时。如充电,开始时,电容两端电压为零,随着充电时间延长,电压逐渐上升到你设定的电压就能控制电路的开关。当然,也可反过来利用放电。延时时间与电容容量、电容漏 电,充电电阻,及电压有关,有时还要把负载电阻考虑进去。

I、阻容耦合,是利用电容的通交隔直特性,防止前、后级之间的直流成分引起串扰,造成工作点的不稳定。

J、阻容耦合放大电路只能放大交流信号,不能放大直流信号,对还是错。电容是一种隔直流阻交流的电子元件。所以阻容耦合放大电路只能放大交流信号。放大直流信号用直接耦合放大电路。

K、放大电路中耦合电容和旁路电容如何判别?
耦合电容负极不接地,而是接下一级的输入端,旁路电容负极接地。

L、运放的多级交流放大电路如何选用电容耦合?
其实很间单,一般瓷片电容就可搞定!要效果好的话可选用钽电容。按照你输入信号的频率范围高频的可选用103,104容值的电容,对于较低频率的交流信号可选用22uF左右的电解电容。

M、放大电路采用直接耦合,反馈网络为纯电阻网络,为什么电路只可能产生高频振荡?
振荡来源于闭环的相移达到180度并且此时的环路增益是大于零的。采用纯电阻网络作为反馈网络是一定不会引入相移的,所以呢全部的相移是来自于放大器的开环 电路。采用直接耦合的开环放大器在级之间是不会有电容元件引起相移的,那么能够引起相移的便是晶体管或MOS管内部的电容,这些电容都是fF,最大pF级 的电容,这些电容与电路等效电阻构成的电路的谐振频率是相当高的。所以放大器采用直接耦合,反馈网络为纯阻网络只可能产生高频振荡。

N、阻容耦合放大电路的频带宽度是指(上限截至频率与下限截至频率之差)阻容耦合放大电路的上限截止频率是指(随着频率升高使放大倍数下降到原来的0.707 倍,即-3dB时的频率)阻容耦合放大电路的下限截止频率是指(随着频率降低使放大倍数下降到原来的0.707倍,即-3dB时的频率)。阻容耦合放大电路的上限截止频率主要受(晶体管结电容,电路的分布电容)的影响,阻容耦合放大电路的下限截止频率主要受(隔直电容与旁路)电容的影响。

O、运放的多级交流放大电路如何选用电容耦合?
其实很间单,一般瓷片电容就可搞定!要效果好的话可选用钽电容。按照你输入信号的频率范围高频的可选用103,104容值的电容,对于较低频率的交流信号可选用22uF左右的电解电容。

P、在多级放大电路里面电解电容是怎么耦合到下一级的呢在电容里面的特性不是隔直的吗,它是怎么传送过去的呢。还有为电容要通过三极管的集电极来接呢,发射机 为什么不可以呢?电解电容都是在交流放大器里面工作,而交流的电流方向呈周期性变化,三极管能正常导通吗。还有NPN型的三极管的集电极不是从C到B的吗?那它的电流是怎么通过流到下一级的三极管的基极的呢?
用电解电容做耦合的放大器,都是交流放大器。电解电容在这里作“通交隔直”用。由三极管的哪个极输出,是电路形式的问题,两者都有。

Q、1、怎样估算第一级放大器的输出电阻和第二级放大器的输入电阻,
2、当信号源的幅度过大,在两级放大器的输出端分别会出现什么情况。
3、用手在放大器的输入端晃动,观察放大器的输出端,看是否出现了什么?原因是什么?
1、第二级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输出电阻。
2、失真。
3、杂波,人体感应。

R、电容可以起到耦合作用?比如说什么样的电路中串或者并个电容可以达到耦合的作用,不放电容和放电容有什么区别?
在交流多级放大电路中,因个级增益及功率不同。各级的直流工作偏值就不同!若级间直接藕合则会使各级工作偏值通混无法正常工作!利用电容的通交隔直特性既解决了级间交流的藕合,又隔绝了级间偏值通混,一举两得!

S、怎么利用电容的充放电,理解滤波,去耦,旁路.....电容就是充放电。那怎么利用电容的充放电,去理解滤波,去耦,旁路.....
答:电容隔直流通交流,隔直流好理解,通交流不好理解,只要理解了通交流就理解了滤波、去耦和旁路。
电容就是充放电,不错。但交流电的方向,正反向交替变化。振幅的大小也做周期性变化。整个变化的图像就是一条正弦曲线。
电容器接在交流电路中,由于交流电压的周期性变化,它也在周期性的充放电变化。线路中存在充放电电流,这种充放电电流,除相位比电压超前90度外,形状完全和电压一样,这就相当于交流通过了电容器。
和交流电通过电阻是不同,交流电通过电阻,要在电阻上消耗电能(发热)。而通过电容器只是与电源做能量交换,充电时电源将能量送给电容器,放电时电容器又将电能返还给电源,所以这里的电压乘电流所产生的功率叫无功功率。
需要明确的是,电容器接在交流电路中,流动的电子(电流)并没有真正的冲过绝缘层,却在电路中产生了电流。这是因为在线路中,反向放电和正向充电是同一个方向,而正向放电和反向充电是同一个方向,就象接力赛跑,一个团队跑完交流电的正半周,另一个团队接过接力棒继续跑完交流电的负半周。
理解了电容器通交流,那么,交流成份旁路到地,完成滤波也就可以理解了。

T、旁路电容和滤波电容,去耦电容分别怎么用?可以举一些实例说明
答:这三种叫法的电容,其实都是滤波的,只是应用在不同的电路中,叫法和用法不一样。
滤波电容,这是我们通常用在电源整流以后的电容,它是把整流电路交流整流成脉动直流,通过充放电加以平滑的电容,这种电容一般都是电解电容,而且容量较大,在微法级。
旁路电容,是把输入信号中的高频成份加以滤除,主要是用于滤除高频杂波的,通常用瓷质电容、涤纶电容,容量较小,在皮法级。
去耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象,去耦电容相当于电池,利用其充放电,使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。它的容量根据信号的频率、抑制波纹程度而定。

U、什么是耦合电容,去耦电容,有什么特点和作用?
耦合电容是传递交流信号的,接在线路中。去耦电容是将无用交流信号去除的,一段接在线路中、一端接地。

V、关于电容有几作用,在什么情况才电容耦合,在什么情况才电容滤波?
答:电容器在电路里的十八般武艺归根到底就是两个!充电荷!放电荷!
其特性就是通交流!隔直流!电容两端加上交变电压后会随电流交变频率而不断的充放电!此时电路里就有同频率的交变电流通过!这就是电容的通交特性!
在频率合适的情况下电容对电路可视为通路!前级交流输出经电容就可传至后级电路!
而对直流来说它却是隔绝的!因为两端电压充至与电路电压相等时就不会再有充电电流了!
作用于前后级交流信号的传递时就是藕合!
作用于滤除波动成份及无用交流成分时就是滤波!

W、大家都知道,整流电路的电容滤波是利用其充放电;但是有时候滤波是利用电容对不通频率信号的容抗不同,比如旁路电容。所以分析电容滤波时到底用哪个角度分析啊?
其实不论是哪种说法都是一个道理,利用充放电的理论较笼统一些,利用容抗的的理论则更深入一些,电容的作用就是利用了其充放电的特性,看你想滤除什么成份,滤低频用大电容,滤高频用小电容,在理论上低频整流电路中的滤波和高频中的旁路是相同的都是利用了容抗的不同。

X、电容如何实现充放电、整流、滤波的功能
电容的充电,放电,整流和滤波甚至包括它的移相,电抗等功能,都是电容的存储功能在起作用。电容之所以能够存储电荷,是利用了正负电荷之间有较强的互相吸引 的特性来实现的。在给电容充电时,人们通过电源将正电荷引入正极板,负电荷引入到电容的负极板。但是正负电荷又到不了一起这是因为有一层绝缘模阻隔着它 们。隔模越大越薄引力也就越大。存储的电荷也就越多。正负电荷在十个极板间是吸引住了但是如果你给它提供一个外电路它们就会能过这个外电路互相结合,也就 是放电。它们毕竟是一高一低麻。形像来说电容就像一个储水池。它可以形像地说明它的整流波波的作用。

Y、滤波电容充电满了之后然后对后面回路放电然后在充放循环?稳压二极管是击穿稳压还是不击穿稳压。
其实你说的很对,它在电路中就是这么一个工作的过程,但是他跟信号的频率有关系,首先看你要把电容放在电路中用着什么,当用作滤波时,它把一定频率信号滤除到地,如芯片电源前端的电容,有的则是去耦,你说的现象就像稳压关前的滤波电容和开关电源输出的滤波电容,
关于稳压管我给你举个例子吧,假如有个5V的稳压管,当电压小与5V,电压就等与它本身的电压,当电压高于5V,稳压管就把电压稳到5V,多余的电压把稳压关击穿通道第上去了

Z、电容的耦合是什么具体意思啊?它和滤波有什么区别吗?
耦合指信号由第一级向第二级传递的过程,一般不加注明时往往是指交流耦合。退耦是指对电源采取进一步的滤波措施,去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值乘积对应的时间常数。
退耦有三个目的:1.将电源中的高频纹波去除,将多级放大器的高频信号通过电源相互串扰的通路切断;2.大信号工作时,电路对电源需求加大,引起电源波动, 通过退耦降低大信号时电源波动对输入级/高电压增益级的影响;3.形成悬浮地或是悬浮电源,在复杂的系统中完成各部分地线或是电源的协调匹。
有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

Aa、电容的作用是什么?我只知道滤波,就是滤除交流信号,谢谢回答。
不只是滤波:
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。

Ab、电容器在电路中是如何起到滤波作用的?电容是开路的,交流电通过时是在给电容充电吗?电容是并联还是串联?
电容器的容抗随着两端加的交流电的频率不同而改变,Z=1/2*3.14*FC。根据需要滤除哪个频率的电流,设置不同的容值。这样就可以把不需要的电流引到地,就完成了滤波。而对需要的频率的电流,电容是通路的或阻抗很小。交流电通过时,是反复充电和放电的过程。

Ac、退偶电容,滤波电容,旁路电容,三者都有什么作用,它们之间的区别和联系是什么?
例如,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(这需要计算)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。
旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,在50--60年代,这个词也就有它特有的含义,现在已不多用。电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而 栅极直流接地,这种偏置技术叫做“自偏”,但是对(交流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的点容,这就叫旁路电容。后来也有的资料把它引申使用于类似情况。
滤波电容就更好理解了,电容有通交流阻直流的功效,滤波就是我可以通过选择不同的滤波电容,把一定频率的交流信号滤掉,留下想要的频率信号

Ad、请问耦合电容就是去耦电容么?
完全不同,耦合电容是信号传递,去耦电容是减少干扰。

Ae、电容去耦的原理是什么?
直流电路窜入交流信号或交流放大电路的自激回授,都会产生不良后果!为了阻止该交流成份逐级藕合放大,在级间设置电容使之回流入地!该电容就是退藕电容!

Af、耦合和去耦有什么区别,耦合电容和去耦电容的作用分别是什么,在电路中如何放置,有什么原则?
藕合电容的做用是将前级的交流信号输送到下一级!
藕合电容的位置是跨接在前级的输出和后级的输入两端!
退藕电容的做用是将放大器级间窜藕的无益交流信号短路入地!
退藕电容的位置是在某输入级的对地间!

Ag、如何区分电子电路中的电容是滤波电容还是旁路电容啊?
滤波电容在电源电路中;旁路电容在信号电路中;其实作用是基本一样的,滤波电容:将脉动的电流成份旁路或称滤除掉并起充放电作用。旁路电容:将电路中的高频或低频成份滤除或旁路掉。

Ah、请问有那位高手知道去耦电容和旁路电容的区别啊?谢谢
旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加 有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而栅极直流接地,这种偏置技术叫做“自偏”,但是对(交 流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的点容,这就叫旁路电容。
去耦电容在集成电路电源和地之间 的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是 5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取0.1μF,100MHz取0.01μF。
一般来说,容量为uf级的电容, 象电解电容或钽电容,他的电感较大,谐振频率较小,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,同时,大电容还可以起到局部电荷池 的作用,可以减少局部的干扰通过电源耦合出去;容量为0.001~0.1uf的电容,一般为陶瓷电容或云母电容,电感小,谐振频率高,对高频信号的阻抗较小,可以为高频干扰信号提供一条旁路,减少外界对该局部的耦合干扰。
旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除;去藕是为保正输出端的稳定输出(主要是针对器件的工作)而设的“小水塘”,在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作;补充一点就是所谓的藕合:是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件。
有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。
从电路来说,总是存在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。
去耦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。
旁路电容实际也是去耦合的,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10u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。

Ai、如何区分电子电路中的电容是滤波电容还是旁路电容啊?
滤波电容在电源电路中;旁路电容在信号电路中;其实作用是基本一样的,滤波电容:将脉动的电流成份旁路或称滤除掉并起充放电作用。旁路电容:将电路中的高频或低频成份滤除或旁路掉。

Aj、高手请讲::二极管,三极管,电容.在电路中怎样起作用?
1.二极管起单向导电作用。
2.三极管在模拟电路中起放大作用,在数字电路中起开关作用。
3.电容总体来说起通交流隔直流作用,如滤波电容、耦合电容等等,根本宗旨就是“通交隔直”。

Ak、请问可爱的高手们!虑波电容在电路上起什么作用?谢谢你们咯!!!
低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千 Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液 的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。

Al、电阻:具有上下拉电压的作用。电容:具有滤波整流与储能作用.二极管:具有稳压与单向电流作用.

本文转载自:电子工程专辑

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