谈谈电容

莱顿瓶是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球，由于它是在莱顿城发明的。所以叫做莱顿瓶。

后来科学家们发现，两个不接触的平板就可以形成电容，用来存储电荷，而不一定需要瓶子。

(1)   电容的定义

电容定义为在限定电势差下所能容纳的电荷量：

从上面的定义，我们可知：

(1)假设有两平板，板的面积越大，电容越大。这和我们直观理解一致，板的面积越大，容纳的电荷就越多。

(2)若两板之间的距离过大，则两板上正负电荷之间的力就小。所以，减小两板之间的距离，可以增加正负电荷之间的作用力，容纳更多的电荷。因此，d越小，电容容量也越大。

(3)两板之间填充介质材料，可以增加电容。电容两板之间产生场，介质被电极化，介质中产生与原来方向相反的场，电容中间的总场变小，两板间电势差变小，电容变大。

 我们来做个计算，假设我们有两块平板，大小为1mX1m，两块板之间的距离为0.01mm，计算一下，发现这么巨大的平板，却只有0.89uF的电容值。

但是我们使用的电容，0402封装的多层电容都能达到1uF，这是为什么呢？

上面是陶瓷电容的内部结构图，可以看到：

(1)   其内电极两两交叉，显著的增加了电极之间的接触面积

(2)   电极之间的距离小，缩小了电极之间的距离

(3)   填充了介质

(二)电容的工作原理

再来看看电容的定义：是指给定电势差下所能容纳的电荷量。

因为电子总是会往电势高的地方去。在电容的两端，采用电池给其一电势差。电池一连通，电势低的导电平板中的电子就会被吸引走，而另一端则会吸引电子。此时，平板中一端开始带正电荷，另一端带负电荷。电容两端的电势差与电池两端的电势差相等的时候，电子的运动停止，此时电容的两端平板分别带有同等容量的正电荷和负电荷。为什么会是同等容量？是因为电荷守恒定律，就是说，电荷总量永远是保持不变的，一个物体产生负电荷，同时，肯定在其他地方也有同等量的正电荷产生。

再从宏观上看一下这个过程：

在往电流两端施加直流电压时，电压发生变化，此时会有电流流过；而等电容两端的电势与直流电压相等时，电流为0。这时候电容充电完成。

电容充电完成后，拿走电池，由于正负电荷之间电场力的作用，电容两端的电荷依然待在两平板上。因为他们无处可去，虽然正负电荷相互吸引，但无奈中间隔着介质，所以无法接触。所以，尽管电子很想去电势高的地方，但是无能为力。

这个现象，则表现为电容可以储能。

 如果此时给电容两端加一个负载，此时，给电子提供了一条新路径，他们会流经负载，去正电荷那。等到同等量的正负电荷中和，变成中性粒子时，电容两端的电势差为0，这时电容放电完成。

当给电容两端加交流电源时，电子则不断地重复这样一个步骤，从平板1流向电源、从电源流向平板2，然后再平板2流向电源、电源流向平板1，电路中会产生交流电流。这个现象，则是我们所说的电容能通交流，但其实，电子并没有通过平板间的介质内部，只是在外部电路上运动。

电子的运动，导致平板两端电荷的变化，Q=CV=CEd，导致平板间场的变化，即表征为位移电流。

(三) 隔直电容

要提到射频中使用的电容，我想隔直电容，大家都不陌生。

一般选择隔直电容的原则有两个：

(1)   1/WC<5 Ohm

(2)   使用频率要小于电容的谐振频率。

先撇去电容的非理想性不考虑，假设电容是理想的。那我们应该怎么选择电容的容值。

很显然，当然是容值越大越好啊。

假设电容是个水杯，电子流出类似从里面取水，电子流入类似往里面加水。当杯子大的时候，你取的水和加的水对于它来说，就是毛毛雨，所以肯定没问题。如果杯子小，你加的水，它盛不下，溢出了；然后你想从里面取水，还没取够，就见杯底了。

但在实际情况下，电容是非理想的。

电容在高频时，需要考虑寄生引线电感L，引线导体损耗电阻和介质损耗电阻。

所以，选择电容容值的时候，我们就不能随便往大容值选。因为大容值虽然理论计算OK，但是大容值也就意味着大的寄生效应。对于一般应用，就需要按照上述原则去选。