3.3　电容（特性）

电容是一对导体存储电荷的能力，是对施加于导体对上电压变化的抵抗能力。

电容是一对导体（即导体对）所固有的特性之一，反映导体对容纳电荷能力的大小，是对导体对容纳电荷能力的抽象，也是导体对对施加在其上电压变化抵抗能力的反映。

由于导体对的电容特性的存在，导体对能够在对其施加高于其本身电压值的电压时存储电荷，并对连接在其两端的低电压的导体对释放电荷，而不消耗电流或电荷的能量。

电容能够对低电压导体对进行供电，利用这个特性进行工作的电容被称为供电中继电容器。

电容特性也具有稳定电源或信号电压波动的作用，这叫作电容的信号滤波功能。

3.3.1　电容的概念

电容，英文为Capacitance（of an ideal capacitor），在电路图中一般表示为Cn。Capacitance在电路学中只有一个意义——电容（见图3.6）。

图3.6　电路图中电容符号示意图

在电路学中，电容是导体对容纳电荷的能力的反映，也是导体对对其两端的电压变化的抵抗能力的反映。电容是导体对的特性之一，这一特性是导体对所固有的。

导体对的电容C等于导体对存储的电荷量Q除以导体两端电压V，即

电容的单位是法拉，1法拉是1库仑每伏特，简称法，符号是F。1法拉算是很大的电容，用于电子电路的大多数电容器，其电容会小于法拉几个数量级。所以，常用的单位有：“微法拉”（microfarad，μF），1微法拉等于10-6法拉；“纳法拉”（nanofarad, nF），1纳法拉等于10-9法拉；“皮法拉”（picofarad, pF），1皮法拉等于10-12法拉。

导体对的电容越大，表示导体对容纳电荷能力就越大，电容是导体对存储电荷能量的特性，它不耗散能量，而是存储能量，电容存储的能量就是电容充电所做的功。

从公式（3-3）可以看出，当导体对间的电压给定时，电容是导体对存储电荷能力的度量。

从公式（3-3），可以有：

而

因此，从公式（3-5）看出，当导体对间的电压变化时，电容也是导体对间充放电电流大小的度量。

另外，分析公式（3-5），当电容一定时，导体对间电压变化的速率取决于导体对的充放电的电流大小。

3.3.2　电容的物理意义

导体对可以具有很多固有的特性，为了便于研究导体对的电容特性，我们把导体对对电荷的存储能力单独抽象出来，称为电容，而不考虑导体对的其他特性和能力。

就像在宇宙中的任何两个物体之间都存在万有引力一样，任何导体对都有存储电荷的能力或特性，这种能力或特性我们称为电容。

●对于电容概念的理解，可以从以下几个方面进行深刻理解：

●导体对的固有特性很多，电容只是其中的特性之一；

●所有的导体对都有电容，只是电容的大小不同；

●导体对的电容只与导体的几何尺寸、导体对的距离和导体对间的材料特性有关；

●导体对的电容大小可以由导体对上存储的电荷和其两端的电压计算得到；

●电容将对导体对充电所做的功全部存储起来，不消耗电能；

●电容是电容器的理想抽象，抽象的目的是便于研究该特性。

电路学中的电容与现实中的电容器不是一回事，电容只是一个抽象的概念，在现实中不存在只有电容特性的导体对。

3.3.3　电容的性质

在高速信号传输技术范畴内，导体对的电容特性具有两个重要性质，第一个是对电荷的存储能力，第二个是将充电电流对导体对所做的功转换为电场能量存储起来。

（1）电容的性质之一

电容特性使得导体对能够存储电荷，当导体对两端的电压变化时，其存储的电荷量也发生变化，相当于导体对间有电流流经。因此，电容与电感的性质相反，具有阻止直流电通过而让交流电顺利通过的性质。

另外，电容使得导体对具有存储电荷的性质，可以把导体对看作有限功率的直流电源，作为直流供电系统的重要组成部分——供电中继器。

当施加于导体对两端的电压高于其原来的电压时，导体对就会被充电而存储更多的电荷；当施加于导体对两端的电压低于其原来的电压时，导体对就会释放一些电荷。利用导体对的这个性质可以将导体对（电容器）作为供电系统的供电中继器，例如电容器C1跨接在供电装置DC与受电器件集成电路之间时，如图3.7所示，C1就是供电系统的供电中继电容器。

图3.7　电容器作为供电系统的供电中继器

当集成电路内部晶体管状态翻转时，需要从它的电源和地管脚供给较大的瞬时电流，此时集成电路电源和地管脚电压会瞬时下降，低于电容器C1两端电压，C1即时向集成电路放电，满足集成电路工作需要。当电容器放电给集成电路时，它两端电压下降，低于直流电源DC输出电压，直流电源就为电容器C1充电。因此，电容器C1的作用就是所谓的供电中继作用。

作为供电中继的电容器，主要有两个指标说明它的能力，一个是电容值，一个是充放电电流值。在电压变化值一定的前提下，电容值越大，表明电容器可以提供的电荷就越多；在电容值一定的前提下，充放电电流值越大，表明充放电速度就越快。

（2）电容的性质之二

导体对的电容特性将充电电流的电能转换为电场能存储起来，电容本身不消耗能量。于是，导体对上电压的变化通过电容产生电磁场，进而对存在于该电磁场内的导体产生电磁干扰。

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