电容的基本原理

　　电容，和电感、电阻一起，是电子学三大基本无源器件;电容的功能就是以电场能的形式储存电能量。

　　以平行板电容器为例，简单介绍下电容的基本原理

　　如上图所示，在两块距离较近、相互平行的金属平板上(平板之间为电介质)加载一个直流电压;稳定后，与电压正极相连的金属平板将呈现一定量的正电荷，而与电压负极相连的金属平板将呈现相等量的负电荷;这样，两个金属平板之间就会形成一个静电场，所以电容是以电场能的形式储存电能量，储存的电荷量为Q。

　　电容储存的电荷量Q与电压U和自身属性(也就是电容值C)有关，也就是Q=U*C。根据理论推导，平行板电容器的电容公式如下：

　　理想电容内部是介质(Dielectric)，没有自由电荷，不可能产生电荷移动也就是电流，那么理想电容是如何通交流的呢?

　　通交流

　　电压可以在电容内部形成一个电场，而交流电压就会产生交变电场。根据麦克斯韦方程组中的全电流定律：

　　即电流或变化的电场都可以产生磁场，麦克斯韦将ε(∂E/∂t)定义为位移电流，是一个等效电流，代表着电场的变化。(这里电流代表电流密度，即 J )

　　设交流电压为正弦变化，即：

　　实际位移电流等于电流密度乘以面积：

　　所以电容的容抗为1/ωC，频率很高时，电容容抗会很小，也就是通高频。

　　下图是利用ANSYS HFSS仿真的平行板电容器内部的电磁场的变化。

　　横截面电场变化

　　纵断面磁场变化

　　也就是说电容在通交流的时候，内部的电场和磁场在相互转换。

　　隔直流

　　直流电压不随时间变化，位移电流ε(∂E/∂t)为0，直流分量无法通过。

　　实际电容等效模型

　　实际电容的特性都是非理想的，有一些寄生效应;因此，需要用一个较为复杂的模型来表示实际电容，常用的等效模型如下：

　　● 由于介质都不是绝对绝缘的，都存在着一定的导电能力;因此，任何电容都存在着漏电流，以等效电阻Rleak表示;

　　● 电容器的导线、电极具有一定的电阻率，电介质存在一定的介电损耗;这些损耗统一以等效串联电阻ESR表示;

　　● 电容器的导线存在着一定的电感，在高频时影响较大，以等效串联电感ESL表示;

　　● 另外，任何介质都存在着一定电滞现象，就是电容在快速放电后，突然断开电压，电容会恢复部分电荷量，以一个串联RC电路表示。

　　● 大多数时候，主要关注电容的ESR和ESL。