電容器選用的基本知識（上）文/唐凌在一般電子電路中，尤其是與Hi-Fi有關的各種電路包括HFIFAF 電容器使用的頻度，大致上僅次於電阻器然電阻器使用雖多，而其作用特性種類卻遠較電容器為單純，因為在一張線路圖上，我們常常可以看到有關電阻規格的說明是除特別說明外一律用碳膜1/2瓦，而電容器就沒有那麼方便了。

因為電容器的規格，除了電壓容量之外還有因結構不同而產生的種種形體及特性上的差異，若有選用錯誤，不僅電路不能工作，甚至於將發生危險包括損及其他零件和人體等本文擬就以業餘者為對象，敘述一般電容器的選用常識，因編幅有限，是特將其較實用者優先論述。

一電子電路中的電容器電容器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現象，使得電容器有著種種不同的用途，例如在電動馬達中，我們用它來產生相移，在照相閃光燈中，用它來產生高能量的瞬間放電等等，而在電子電路中，電容器不同性質的用途尤多，這許多不同的用途，雖然也有截然不同之處，但因其作用均係來自充電與放電，所以，在不同用途之間，亦難免有其共同之處，例如傍路電容實際上亦可稱為平滑濾波電容，端看從哪一個角度來解釋。

以下係就一般習慣的稱呼做為分類，來說明電容器在不同電路中的作用和基本要求。

1.1直流充放電電容電容器的基本作用既是充電和放電，於是直接利用此充電和放電的功能便是電容器的主要用途之一。

在此用途中的電容器，有如蓄電池和飛輪一般的功能，在供給能量高於需求時即予吸收並儲存，而當供給能量低於需求或沒有能量供給時，此儲存的能量即可放出電容器充放電的作用與電池充放電的作用不一樣，電池不管在充電或放電時，所需之作用時間均較長，因此，它無法在瞬間吸收大量的電能，也無法在瞬間放出大量的電能。

圖1-1是常見的整流電路，圖中二極體僅導通下半週的電流，在導通期間把電能儲存於電容器上，在負半週時，二極體不導電，此時負載所需的電能唯賴電容器供給。

在此電路中，你可能想到，電容器在正半週所充之電能是否足夠維持到負半迵使用關於這個問題，有三個因素來決定 1.交流電在正半週時能否充份供應所需能量 2.電容器在正半週的充電期間，是否能夠儲存充份的能量 3.負載所需的平均電能是多少。

以上三個因素之中，1.2.數字若很大，而3.的需求則很小，即使在理論上亦無法獲得純粹的直流，因為電容器並非在正半週的全部時間都在充電，而只是在正半週的電壓高於電容器既有的電壓時，才有充電的作用在電容器不接負載時漏電流亦不計，其充電的時間只是正半週的前四分之一週電壓上升時及至電壓上升到峰值後，第二個正半週就不再充電了當電容器接上負之後，開始放電，在不充電的時間內，放去了多少電能，在充電時才能回多少電能，正是因為這樣，所以紋波是無法等於零的。

通常的整流充放電電路，都是在交流接近峰值的極短時間內充電，然後做穩定的如前級放大器或不穩定的如B類放大器放電，而放電之量亦僅佔總電容量極小的部份但也有少數電路中的電容是做長時間緩慢充電而後在瞬間大量放電的，這類電路例如照相用之閃光電路和點銲機中之放電電路等，其電容所要求的特性自與一般整流用電容不一樣。

1.2電源平滑濾波及反交連電容前述的電源整流電路中的充放電電容，因有充電及放電時間之分，故必然會有紋波存在，為了盡可能降低紋波率，可如圖1-2A另加一電容為C2，此電容即純為平滑紋波之用，在圖中A使用電感L為交連，B則為電阻交連，當使用L為交連時，有較高之效率，且設計適切時，有極佳之平滑濾波效果在圖1-2中，如果整流後的負載是穩定的，例如是一只燈泡或一個蓄電池，則C2唯一之作用即為平滑濾波，然若此一電源供給器的負載並不穩定，那麼在C2兩端之電壓，除了含有AC電源的紋波外，亦可能因負載變動而致電壓有所起伏，起伏的幅度隨負載變動幅度而異此時若以同一電源供給兩個不同的負載，而其中又有一個負載對電壓極為敏感時，那麼第一個負載的電流變化，便可能影響第二個負載的動作，例如立體聲兩聲道間的串音，又如前後級共用電源而動作相位復為同相時可能引起之超低頻振盪等為了防止類似這種來自電源的交連作用，可在每一負載前單獨加上一電容，此謂之反交連電容，如圖1-2C之C2及C3。

1.3高低通帶通及分類當電容器兩端被加上極性不變的電壓時，電容器就會充電，而此電壓雖極性不變電壓卻隨時改變時，電容器兩端將保持最高電壓值，這種現象，在前節中，我們己予敘述在本節中，我們想要討論的乃是，當一只電容器的兩被加上一電壓和極性隨時均在變化的壓時，情況又是如何？請看圖1-3A當圖中a點的電壓對b點而言為正時，電容器做第一次充電，充電的方向是近a端為正，b端為負，在整個充電過程中，由於電容器內部原先無電能，而現在必須使它儲存電能，所以必有電能消耗，雖然這種消耗被儲存在一如蓄水池一樣的電容器上，而無疑地，在電路內一定有電流流通，既有電流流通，就可以把電容器看成是導電的。

接著，當a點電壓對b點而言到達正的最高值之後，又開始降低，此時由於圖1-3A 的電路中沒有像圖1-2中一樣的單向導電二極體，所以當a點對b點電壓比電容器二端電壓低時，電容器就開始放電，放電的方向當然和充電時的方向相反，既然有放電現象，就有電流，有電流，我們可以把電容器看成是導電的。

a點的電壓一直下降，直到和b一樣，，然後仍繼續下降，此時a點的電壓比b點的電壓低，或者我們可以說a點對b點而言變成負的了於是電容器由放電動作變成反向充電，一直要延續到a對b而言到達最大的負值這整個過程中，儘管a對b而言，經歷了由正到負的變化，而對電容器的作用卻只是a 對b由高到低，方向並無改變，所以電容器由正向的放電一直到負向的充電，均維持著同一電流的方向當然，它也是導電的而這個方向的導電作用一直要延續到a對b而言，越過最高的負值，使電容器做負向的放電。

在此整個狀況的變化中，我們要注意三種現象低電容器在整個電壓變化的過程中所表現的，雖然都是可以導電的，然其導電的量，是否就是電源所能提供的最大的量呢這就未必了，例如電容器的容量若很小，在充電的時候，只能充少量的電，而放電時，也就將所充電能放完為止，所以可以想像電容量愈大，導電量也愈大第二電容器充電是須要時間的，當電容量對電源所供給的能量而言，是很小的時候，電容兩端的電壓可以緊密地追隨電源電壓的變化，而電流卻似乎是提前於電壓變化90度，因此a由負到正時電流是一個方向，而由正的最大值到負的最大值又是一個方向，而電壓則是由負到正再回到零為一個方向，越過零軸後才變換另一方向第三也是在本節中所主要敘述的現象，也就是當電容量固定的時候，我們把電源變化的頻率加快或減慢，其產生的情況將與電容量大小的變化是一樣的，也就是當頻率高時，相當於容量加大，所以它導電的量也愈大，反之電源頻率低時，相當於容量減小，導電量也小。

導電量既有大有小，便有類於電阻的功能，但多少與電阻的導電性質有別，不同的情況是電阻的導它僅與本身的阻值有關，而電容則除與容量有關外，還必須是交流，且與交流的頻率有關我們把其中同與不同的部分綜合之後，將電容的這種導電特性稱之為容抗，容抗概念之確立因係來自與電阻值的對比，是故量度單位乃引用電阻值的單位歐姆Ohm或簡作Ω。

容抗的公式是Xc=1/2πfc式中Xc是容抗值，單位為歐姆，f為所加交流頻率，C為容量，單位為法拉。

由上式，我們可以把一固定容量之電容器，求出其隨頻率變化的容抗，並繪成曲線，圖1-3B即為0.1微法電容器的容抗曲線，我們可以發現1.容抗和頻率反比 2.當頻率為零直流時，容抗無限大不導電。

利用電容器的這種容抗特性如果把它串聯在電路中就可以使高頻通過得多一點而低頻則通過得少一點反之如把它併聯在電路中則高頻被削弱因為短路掉了得多一點低頻則削弱得少一點串併聯對電路發生的效果可以說正好是相反的。

但必須特別注意的是單純的電容雖有容抗產生但無所表現要使它有明確的表現必須加入其他有別於電容的元件例如電阻就是常加的元件之一。

我們且看圖1-3C如果AC電源之內阻非常的小小於電容對該AC頻率所呈容抗很多那麼電容兩端必完全呈現AC電源的它壓但假如AC電源有相當大的內阻大於電容對該AC頻率所生容抗很多則在電容兩端因無足夠的時間可以充電和放電所以所呈現的AC電壓幾乎等於零由以上兩種極端的現象我們發現電源的內阻將決定一既定容量之電容對一定頻率的衰減情形在實際使用中由於電源或訊號源的內阻並不是一項可以掌握的因數所以通常設計時必須將源阻設定得很低然後以外加電阻與電容之配合以達成控制頻率之作用。

圖1-3D所示為最簡單之RC型高通或低通網路仔細地參看此二圖當可發現其基本結構並無不同不同的只是電壓的取出點不同而己當電壓是在電容兩端取出時頻率愈高被衰減的就愈多但電壓在電阻兩端取出時頻率愈高則衰減即愈少此即低通或高通網路利用高低通網路的混合組成可以設計成某一特定頻率範圍才能通過網路稱之為帶通網路又利用高通低通及帶通的原理將高中低不同的頻率分別予以取出的就是分頻網路。

1.4傍路假如在電路中我們希望將某一頻率以上或全部交流成份的信號予以去掉那麼我們便可以使用濾波電容不過在習慣上有少部份的電容濾波作用我們特稱之為傍路電容例如在電晶體的射極電阻或真空管的陰極電阻上併聯的電容器我們就叫它做傍路電容因為其交流信號乃是經過此而入地之故又如在電源電路中除了數千微法的平滑濾波或反交連電容之外常亦用零點幾微法的高頻專用電容器來將高頻傍路實際上此高頻傍路電容亦可視為高頻濾波及反交連電容。

1.5調諧在1.3節中我們曾經提到電容器的導電情況是在充電或放電完成以前所發生的作用所以電流先電壓而產生在電子電路中有另外一種元件電感其特性正好與電容相反也就是其電壓先電流而發生這兩種特性相反的元件若予串或並聯在一起那麼在某一特定頻率時電容之電流導前和電感之電流落後使兩者正好重疊於是電流變得最大就成為電流諧振反之電容之電流導前與電感之電流落後使兩者因互差180度而互相對消電流就變成最小此稱為串聯諧振。

串或併聯諧振通常被用於效率極高的帶通或濾波網路之中。

1.6振盪電容器在導通交流電時因電流和電壓存在著相位差所以在有增益的電路裡很容易產生振盪。

圖1-6A即為一種移相振盪器圖中的幾個電容把FET洩極間有增益是故周而復始的動作就產生了這就是振盪。

另外使用一串聯的RC接上一尼虹放電管時也可以引發鋸齒波振盪其動作的過程是 1.電源電壓經由R到C充電 2. C電壓逐漸升高 3.到尼虹放電管放電時電壓時開始放電 4.繼續放電直到放電停止 5.又開始充電以上動作之可能產生其條件為 1.尼虹管之開始放電電壓高於停止放電電壓 2. R所能提供的持續電流小於尼虹管放電電流。

1.7分壓電容器對一特定頻率之交流電既會產生容抗而容抗的性質又類於電阻是故將兩個容抗串聯時亦與電阻串聯一樣會產生分壓的作用由於容抗與容量成見於高頻衰減器上如圖1-7就是示波器或高頻電壓表輸入電路中之衰減器基本上乃以電阻為分壓衰減之基礎但為了減輕潛佈電容對輸入阻抗的影響所以每一分壓電阻均併上一電容此電容量之間簡易決定方法是使所有的R*C值均相等。