固定电容在低频电路中的应用

固定电容：固定电容是一种无极性的电容器，其电容值在一定范围内是固定的。固定电容通常用于低频电路中。可变电容：顾名思义，是可以改变电容值的电容，可变电容的电容值可以通过旋转或滑动调节。可变电容在调谐电路和滤波电路中比较常见。陶瓷电容：以陶瓷材料为介质的电容器叫陶瓷电容，陶瓷材料可以有很多种。陶瓷电容具有体积小、容量大、稳定性好等特点，多用于高频电路。另外，陶瓷电容容易碎裂。电解电容：以电解质为介质的电容器。电解电容具有电容值大、损耗低等特点。电解电容多用于电源滤波和耦合电路。电解电容一般都会有储能的作用。

用于电压转换的开关稳压器使用电感来临时存储能量。这些电感的尺寸通常非常大，必须在开关稳压器的印刷电路板(PCB)布局中为其安排位置。这项任务并不难，因为通过电感的电流可能会变化，但并非瞬间变化。变化只可能是连续的，通常相对缓慢。

开关稳压器在两个不同路径之间来回切换电流。这种切换非常快，具体切换速度取决于切换边缘的持续时间。开关电流流经的走线称为热回路或交流电流路径，其在一个开关状态下传导电流，在另一个开关状态下不传导电流。在PCB布局中，应使热回路面积小且路径短，以便最大限度地减小这些走线中的寄生电感。寄生走线电感会产生无用的电压失调并导致电磁干扰(EMI)。

电容的特性

①隔直流通交流、耦合：电容可以起到隔直流，通交流的作用，实现不同电路之间的信号耦合，将一个电路的信号传递到另一个电路中。

②滤波、整流：可以使用电容来滤除电源中不同频率的交流干扰信号，只保留需要的频率分量，以便输出稳定干净的直流信号。

③储能作用：电容可以将电能转化为其他形式的能量，如热能、光能等。因此，在一些特殊应用中，电容可以代替电池，起到储能作用。在交流电路中应用较多的是电容器作功率储存器件。

④谐振：电容和电感进行组合可以设计出不同形式的谐振电路。

给谐振电路注入和谐振频率相同的信号，谐振电路就会产生谐振。谐振计算公式F = 1/(2π√LC)。谐振频率仅由电感L和电容C决定，电阻R决定谐振电路的品质因数。

⑤计时：无论是充电还是放电，电容两端的电压是不能突变的。利用电容这一特性，同时在电路中并联一个电阻，起到控制放电时间的作用。

⑥自愈：当电路发生故障时，电容可以吸收电流而使故障自动消除。当两个电路计划连接起来时，必须用电容将两个电路连接起来。

什么是电感?

电感(Inductor)是一种能够储存磁场能量的元件，可以把电能转换成磁能储能起来。常用字母“L”表示电感。电感由一个线圈组成，当电流通过线圈时，线圈周围会产生磁场。当电流通过电感线圈时，线圈周围会产生磁场。当电流发生变化时，磁场也会随之变化，产生一个电动势。这个电动势会阻碍电流的变化，从而实现电流的平滑和稳定;当电流消失时，线圈周围的磁场仍然存在。固定电感：固定电感的电感值在一定范围内是固定的。固定电感通常用于低频电路中。可调电感：可调电感可以改变电感值，通常通过调节线圈的匝数或气隙来实现。可调电感通常用于调谐电路和滤波电路中。空心电感：空心电感没有磁芯，电感值非常小、损耗低，一般使用在高频电路中，比如收音机的谐振选频电路中。铁芯电感：体积大、重量大，具有高磁导率和低损耗等特点。铁芯电感通常用于功率变压器和电源滤波器中。

其中关键热回路显示为虚线。可以看出，线圈L1不是热回路的一部分。因此，可以假设该电感器的放置位置并不重要。使电感器位于热回路以外是正确的——因此在第一个实例中，安放位置是次要的。不过，应该遵循一些规则。

不得在电感下方(PCB表面或下方都不行)、在内层里或PCB背面布设敏感的控制走线。受电流流动的影响，线圈会产生磁场，结果会影响信号路径中的微弱信号。在开关稳压器中，一个关键信号路径是反馈路径，其将输出电压连接到开关稳压器IC或电阻分压器。

电感的特性

阻交流通直流：电感对直流呈现很小的电阻，相当于短路;而对交流呈现的阻抗与信号频率成正比，交流信号频率越高，电感的阻抗越大。(与电容相反)流过电感的电流不会发生突变，电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。功能作用：电容是通过电荷的累积来存储能量的，而电感是通过磁场能量的累积来存储能量的。电容“阻直流通交流”，电容两端的电压是不能突变;电感“阻交流通直流”，流过电感的电流不会发生突变。容抗和感抗：容抗是电阻对交流信号的阻碍作用，与频率成正比;而感抗是电感对交流信号的阻碍作用，与频率成反比。因此，在相同频率下，容抗大于感抗;而在相同阻抗下，容抗小于感抗。响应速度：由于电容的充电和放电过程较快，因此电容对交流信号的响应速度较快;而电感的储能和释能过程较慢，对交流信号的响应速度较慢。

我们来思考一下如何利用交流电路的独特优势，我们知道当通电线圈中的电流发生变化时，会产生磁通量，磁通量的变化被感应电动势生产的反向电流所阻碍。这就是楞次定律。电感的核心作用是存交流电(把电能以磁场的形式存储起来)，存不住直流电(直流电可不受阻碍的通过电感线圈)。而电容的核心作用是存直流电(把电能直接存在电容极板上)，存不了交流电(交流电可以不受阻碍的通过电容器)。我们在前面有讲过电容的基本结构和发展历史，需要了解的朋友可以点开看看什么是电容?

下面我们先回顾一下电感的发展历史：最原始的电感是在1831年的时候，有英国的科学家法拉第，发现了这个电磁感应现象，关于法拉第发现这个电磁感应的这个故事啊，我们之前有在电动机原理篇章中提到，大家可以点开链接看看感应电动机原理法拉第线圈是互感线圈典型运用是我们常见的各种变压器，电动机等等

因此在交流电路中最终产生一种变化的电流，它会感应出相反的磁通量，从而感应出相反的电动势，所以导体本身电流变化而产生相反电流的电磁感应现象被称为自感。电流随时间的变化率乘上负L就是感应电动势L为自感系数，表示线圈产生反向电流的能力，取决于线圈的形状和尺寸，取负表示感应电动势与原电流的方向相反，它的单位是H(亨)电磁感应式非常有用的，工程师制造线圈的目的就是将其效果最大化为产生自感而设计的线圈称为电感器，为了掌握电感器的工作方式，我们先来看一个直流电路，假设一个电感与一个恒定电压为V0的电池串联，大多数电感都具有很小的电阻，我们把这个小电阻单独拿出来，这就是著名的RL电路

我们组装好的电路通电后，电感两端的起始电压就是电源电压V0，但电流却不会立即达到最大值。因为电感不让电流因电压变化而发生突然变化。因此电流会缓慢增加，直到它达到最大电流，也就是电压除以电阻，因此处理电感时必须考虑到时间。分数写在e的指数上电流最大值是电压除以电阻，τ称为时间常数，它等于电感除以电阻

开关电源输出电感烧毁的五大原因如下：

电感与开关电源输出功率不匹配：当电感线圈直流电阻较大时，满负荷或超负荷输出可能导致线圈温度持续升高，直至烧毁。虽然这种可能性存在，但相对较小。

电源长时间超负荷运行：这是导致电感烧毁可能性较大的原因。长时间超负荷运行会导致电感的线圈电阻损耗(直流)和磁芯涡流损耗(交流)加重，这些损耗转化为热能，使电感温度迅速上升直至损坏。

电感质量有问题：如果电感磁芯质量不好，当有较大高频交流分量通过电感时，会在磁芯中产生很大的涡流损耗，导致磁芯线圈温度持续升高直至烧毁。

滤波电容失效：这会导致整流后的所有脉动交流成分全部加在电感上，使磁芯涡流损耗达到最大值，温度迅速上升，从而烧毁电感。此时，输出电压降低，负反馈尝试提升电压，但这会进一步增加输出脉动交流成分，使磁芯涡流温升更快，形成恶性循环，最终导致电感烧毁。

对于τ的数学意义我们暂时还不能完全理解，但随着时间的推移，电流曲线会逼近最大值电流最大相当于汽车最终会跑的最快，时间常数表示加速到最大速度的时间，时间越小，表示加速和刹车所需的时间越少。相反，时间常数越大，表示加速和刹车所需花的时间越多。现在假设电路达到稳定，即电流达到最大值。即电流不再发生变化，电感像一根导线，但是如果电源突然断电，电流也不会马上降到0重要的是电感器会改变自己的磁通来反抗电流的变化，所以电源断开后，电感会产生属于自己的电流，这就像开车的时候把脚离开油门，你不在给车加速，但车也不会马上停下来，而是速度慢慢变小。所以可以减速版的电流方程是最大电流和τ经过足够长的时间后，电流相当于0，无论电流是增加还是减少，电感都随时奉陪。所以你打开或关系设备是的响应会延迟，可能就是电感在系统中起作用。开关可以瞬时控制电压，但系统中的电感却可以让电流反应迟钝。