在設計電路中電容容量大小、耐壓等級選取詳解作者:張飛

ID:421229 · 發表于 2018-11-5 18:19

電容的計算我們對電容的計算，目的是要知道，我們在電路中需要一個多大的電容。為什么要需要
這么個電容？它的電壓要多高？它的容量要多大？這是我們接下來要學習的。在這里，我們仍然是用水缸的例子講解。我們說，水進入水缸是有紋波的，排出時是比較平滑的。在這邊，我們假設，如果每分
鐘輸入的水量為 1 升，且每分鐘排出的水量也為 1 升，那么這個水缸里原有的水量是保持不變的。這個水缸就穩定在一個狀態下。
我們還可以假設，仍然認為每分鐘輸入的水量為 1 升，但是，排出的水量不再為 1 升了，有的時候提水的人少了，可能為 0.5 升，有的時候提水的人多了，也有可能是 2 升。這時候就會出現這種情況，一會兒，提水的人多了，一會兒提水的人少了，也即，一會兒需要 2 升，一會兒需要 0.5 升。當用 2 升的時候，我們知道，輸入為 1 升，取的時候為 2 升，因此，如果沒有這個水缸，后面的人能夠一下取出 2 升水嗎？我們說取不到的。但是，如果有這個水缸，并且水缸里面原本就儲存有水，當輸入為 1 升，取出為 2 升時，這是可以的，只不過水缸里面的水位會下降一點。如果接下來后面的人只需要 0.5 升，那么，這個水缸的水位就會上升。
因此，我們說，水缸輸入的水與輸出的水就能夠達到一個比較理想狀態下的平衡。且對輸出的用水量沒有更多的限制。如果沒有水缸，當輸入為 1 升時，后面的人也只能使用 1 升，不能多用，也不能少用。有了這個水缸，就沒有這方面的限制了。
相較于電容，它的工作原理和水缸的是一樣的。當有多余的電荷流入電容，就儲存在電容里，如果后面需要更大的電壓，它就往外放。同時也會出現這種情況，如果電容沒有有輸入，且后面的電路需要很大的電容容量，為了給外電路供電，電容的電壓會不斷往下降，這時，問題就來了，可以無限次的往下降么？我們說，是不可以的，因為到最后，電容里的電壓就會降沒了，降為零。因此，電容在對外放電的時候是有嚴格限制的。這個嚴格限制就是電容里面的電荷量 Q 不能夠放完。如果我們假設，每次在電容的電荷量剛好要放完的時候對電容進行一個補充，補充到滿值--假設為，無線循環下去。那么這個電容的電壓就表現為圖
4-1 所示的波形，其中 5V 是我們假設滿值時的電壓。電容上的這個電壓波形呈脈沖式的。當然，后面電路負載得到的電壓也是 0-5V 來回波動的，電流也是不斷變化的。而我們
有時候往往希望，負載上的電流是不變的。這時候我們該怎么處理呢？如果我們把電容增大到原先的一倍呢？輸出還是同樣的負載，這時候電容里的電壓是怎
么變化的呢？由于我們同樣的還是給電容里面補充到 5v 的電壓，當電容增大一倍，電容里面的電荷數即電容容量也增大一倍。因為負載不變，它需要的電流也是不變的，因此，在同樣的放電時間里面，電容電壓可能只降到一半，也即 2.5V。我們就能夠得出這個電容電壓的波形，如圖 4-2 所示。這個電容紋波在 2.5V-5V 之間進行脈動。它的紋波就相對圖 4-1 所示的更小。
如果我們把電容繼續放大，放大到原先的 10 倍、100 倍等,這時候，電壓的波形又是怎么樣的呢？通過圖 4-3，圖 4-4 所示，我們發現，當電容越大，紋波就就越小，幾乎穩定在
5V 左右。這就是我們希望看到的現象。也就是說，電容在濾紋波的過程中，電容越大，它的效果就越好，輸出的電壓更平滑。
但是，是不是電容就可以無限的大呢？是不是我所有的電路中都選最大的電容呢？這是不可以的，因為電容越大，它的價格越貴。如果在很小的負載中，也使用很大的電
容，這就會造成設計的浪費。因此，從設計的角度來講的話，它是不合理的，它會造成成本的急劇上升，最終導致，你設計出來的產品賣不掉。所以，我們需要對電容進行合理的設計。

這里，我們引入一個電容的計算公式：

f為頻率

這個電容的選擇公式是根據我們剛分析的得出的。

5、門控開關原理圖中電容取值

圖 4-1

圖 4-2

圖 4-3

圖 5-1

我們以圖 5-1 所示的電路為例，計算其中 3 個電容的取值大小。在這個電路中，通過我們上幾講所知，負載電路的電流為 10mA，最終都是從第一個電

容出去的。對于這個電容，我們還是用以上的計算公式

接下來還有一個就是這個電容的電壓問題。在圖 5-1 中，我們能夠觀察到電容上面的電壓示數為 23V，也即往電容里面輸入的電壓為 23V，那么我們一般選取的電容的耐壓為大于

等于輸入電壓的 1.5 倍，U ? U 輸入 ?1.5 ? 23?1.5V ? 34.5V 。34.5V 就是我們的電容的一個耐壓，在這里，我們就選 35V。關于電解電容的耐壓等級，不是說算的結果為多少，就選
多大的耐壓。電容有幾個固定的耐壓等級，比如 9V,16V,25V,35V，50V，63V 等等。這是由
于工程中沒辦法把每種電壓等級都生產出來，工廠中也沒辦法生產。因此，只能選取固定的電壓。電容的容量也和電壓是一樣的，也是有固定等級的，具體的大家就網上查了。
后面兩個電容的計算方法和第一個是一樣的。這里就不詳細敘述了。大家自己計算。

以上內容來自“張飛硬件設計與開發”。

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