【仿真模型】02-电容器 - 嘉立创EDA开源硬件平台

一、电容基础

        电容器是由两块平行的金属导电板隔开，中间填充电介质的绝缘材料所组成的一种常见的电子元器件，电容器能够储存电荷，因而产生电场，由于电场的存在实现了能量的存储。所以电容器是一种储能器件，电容器也可简称为电容。

        电容的种类丰富，常见的有贴片电容（MLCC）、铝电解电容、陶瓷电容、钽电容、安规电容以及可变电容等。在电路设计过程中考虑不同电容器的特性进行选用，达到所需的效果。

        电容的应用十分广泛，在滤波电路中往往可以看到它的身影，将多余信号从总信号中去除，起着滤波的作用。除此之外，电容还广泛应用在退耦、谐振、定时、微分及积分等电路中。

        在立创EDA仿真时，电容可以选择无极性电容以及有极性电容样式上有美标和欧标以及3D图片模型可供选择，将器件放置在画布中可以任意修改电容容值参数。

二、电容充放电仿真

        将电容接到电路中，闭合S1开关，直流电源V3与电容接通时，电容开始充电，断开开关后电容中的电荷会保存很长一段时间。如果电容两端短接，及S2开关闭合，由于电容两端存在电压差，多余的电荷会通过电路进行移动，电容会持续放电，直到能量耗尽。

        电容充放电过程的电压与时间的关系曲线是非线性的，充电曲线是指数增长，而放电曲线是指数衰减的。这里我们常用时间常数τ表示（τ=R*C），当电容充电时间达到5倍时间常数时，电容充满。我们来做一个仿真实验验证一下：

        打开立创EDA，切换到仿真模式。从仿真基础库中调用电阻、电容以及一个电压源中的脉冲源，按照以下电路进行绘制：

        分别绘制两个电路，便于理解不同参数对充电时间的区别，将R1电阻设为100K，R2电阻设为50K，电容用1U，在C2电容后面加上 ic=5，代表初始电容电压为5V，模拟从5V电压开始充电到电压电压10V。其中电压脉冲源配置如下：

        脉冲值设置为10V，延时为0，脉冲上升时间和下降时间设为1ns，脉冲宽度为500ms，周期设为1000m。

        左侧电路时间常数τ1=100K*1u=0.1s，右侧时间常数τ2=50K*1u=0.05s。点击仿真（快捷键F8），在波形图中查看仿真现象：

        通过图像可以看出紫色V（out1）代表的是脉冲源输入，蓝色线为左侧电路图电容充放电波形图，由于5倍的时间常数等于0.1*5=0.5s，该脉冲占空比为50%，高电平时间刚好为0.5s，此时电容充电近似等于电源电压值；而黄色线充满所需时间为0.05*5=0.25s，由于初始设置电容电压为5V，所以充满所需时间更短，斜率更大，到第二个充电周期后正常。

        电容的知识不仅这一点，在后续的仿真演示中将给大家展示更多电容的特性及应用。欢迎大家持续关注立创EDA仿真教学课堂。

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