在设计电路中电容容量大小、耐压等级选取详解作者:张飞

ID:421229 · 发表于 2018-11-5 18:19

电容的计算我们对电容的计算，目的是要知道，我们在电路中需要一个多大的电容。为什么要需要
这么个电容？它的电压要多高？它的容量要多大？这是我们接下来要学习的。在这里，我们仍然是用水缸的例子讲解。我们说，水进入水缸是有纹波的，排出时是比较平滑的。在这边，我们假设，如果每分
钟输入的水量为 1 升，且每分钟排出的水量也为 1 升，那么这个水缸里原有的水量是保持不变的。这个水缸就稳定在一个状态下。
我们还可以假设，仍然认为每分钟输入的水量为 1 升，但是，排出的水量不再为 1 升了，有的时候提水的人少了，可能为 0.5 升，有的时候提水的人多了，也有可能是 2 升。这时候就会出现这种情况，一会儿，提水的人多了，一会儿提水的人少了，也即，一会儿需要 2 升，一会儿需要 0.5 升。当用 2 升的时候，我们知道，输入为 1 升，取的时候为 2 升，因此，如果没有这个水缸，后面的人能够一下取出 2 升水吗？我们说取不到的。但是，如果有这个水缸，并且水缸里面原本就储存有水，当输入为 1 升，取出为 2 升时，这是可以的，只不过水缸里面的水位会下降一点。如果接下来后面的人只需要 0.5 升，那么，这个水缸的水位就会上升。
因此，我们说，水缸输入的水与输出的水就能够达到一个比较理想状态下的平衡。且对输出的用水量没有更多的限制。如果没有水缸，当输入为 1 升时，后面的人也只能使用 1 升，不能多用，也不能少用。有了这个水缸，就没有这方面的限制了。
相较于电容，它的工作原理和水缸的是一样的。当有多余的电荷流入电容，就储存在电容里，如果后面需要更大的电压，它就往外放。同时也会出现这种情况，如果电容没有有输入，且后面的电路需要很大的电容容量，为了给外电路供电，电容的电压会不断往下降，这时，问题就来了，可以无限次的往下降么？我们说，是不可以的，因为到最后，电容里的电压就会降没了，降为零。因此，电容在对外放电的时候是有严格限制的。这个严格限制就是电容里面的电荷量 Q 不能够放完。如果我们假设，每次在电容的电荷量刚好要放完的时候对电容进行一个补充，补充到满值--假设为，无线循环下去。那么这个电容的电压就表现为图
4-1 所示的波形，其中 5V 是我们假设满值时的电压。电容上的这个电压波形呈脉冲式的。当然，后面电路负载得到的电压也是 0-5V 来回波动的，电流也是不断变化的。而我们
有时候往往希望，负载上的电流是不变的。这时候我们该怎么处理呢？如果我们把电容增大到原先的一倍呢？输出还是同样的负载，这时候电容里的电压是怎
么变化的呢？由于我们同样的还是给电容里面补充到 5v 的电压，当电容增大一倍，电容里面的电荷数即电容容量也增大一倍。因为负载不变，它需要的电流也是不变的，因此，在同样的放电时间里面，电容电压可能只降到一半，也即 2.5V。我们就能够得出这个电容电压的波形，如图 4-2 所示。这个电容纹波在 2.5V-5V 之间进行脉动。它的纹波就相对图 4-1 所示的更小。
如果我们把电容继续放大，放大到原先的 10 倍、100 倍等,这时候，电压的波形又是怎么样的呢？通过图 4-3，图 4-4 所示，我们发现，当电容越大，纹波就就越小，几乎稳定在
5V 左右。这就是我们希望看到的现象。也就是说，电容在滤纹波的过程中，电容越大，它的效果就越好，输出的电压更平滑。
但是，是不是电容就可以无限的大呢？是不是我所有的电路中都选最大的电容呢？这是不可以的，因为电容越大，它的价格越贵。如果在很小的负载中，也使用很大的电
容，这就会造成设计的浪费。因此，从设计的角度来讲的话，它是不合理的，它会造成成本的急剧上升，最终导致，你设计出来的产品卖不掉。所以，我们需要对电容进行合理的设计。

这里，我们引入一个电容的计算公式：

f为频率

这个电容的选择公式是根据我们刚分析的得出的。

5、门控开关原理图中电容取值

图 4-1

图 4-2

图 4-3

图 5-1

我们以图 5-1 所示的电路为例，计算其中 3 个电容的取值大小。在这个电路中，通过我们上几讲所知，负载电路的电流为 10mA，最终都是从第一个电

容出去的。对于这个电容，我们还是用以上的计算公式

接下来还有一个就是这个电容的电压问题。在图 5-1 中，我们能够观察到电容上面的电压示数为 23V，也即往电容里面输入的电压为 23V，那么我们一般选取的电容的耐压为大于

等于输入电压的 1.5 倍，U ? U 输入 ?1.5 ? 23?1.5V ? 34.5V 。34.5V 就是我们的电容的一个耐压，在这里，我们就选 35V。关于电解电容的耐压等级，不是说算的结果为多少，就选
多大的耐压。电容有几个固定的耐压等级，比如 9V,16V,25V,35V，50V，63V 等等。这是由
于工程中没办法把每种电压等级都生产出来，工厂中也没办法生产。因此，只能选取固定的电压。电容的容量也和电压是一样的，也是有固定等级的，具体的大家就网上查了。
后面两个电容的计算方法和第一个是一样的。这里就不详细叙述了。大家自己计算。

以上内容来自“张飞硬件设计与开发”。

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