第3篇 电路中的幕后英雄 电容器的功能（2）[不通直流而通交流]

电容器的电介质（绝缘体）能通电流吗？

电容器能阻断直流电是很好理解的事情。比如将作为直流电源的干电池与电容器连接后，一瞬间还能通电，但很快电流就会断开。这是因为直流电源会向电容器充入大量电荷，直至静电容量被充满，之后电容器就不通直流电了。电容器的电极板被绝缘体（空气或电介质）隔开，因此只要不破坏绝缘状态，电容器内部就无法流通直流电。也就是说，电容器会阻断直流电。那么，为什么电容器能通交流电呢？

电场变化等于电流流动

交流电的正负和电极会规律地变化。电容器只要配合相互变化的电极来反复地充放电，就能通交流电。

让我们用电磁学的基本法则来说明这点。在导线中通电后，根据电流方向，会形成逆时针方向的磁感线（奥斯特所发现的电流的磁现象），电流方向变化的话，磁感线的方向也会变化。

那么，将电容器连接到交流电源时，会发生什么呢？随着电流方向的交替变化，电极板之间的电场方向也交替变化。电场变化产生磁场，这就相当于有电流流动（麦克斯韦电磁理论）。由此，即使在身为绝缘体的电容器电介质内部，也可以认为有电流在交替流动。以此，电容器通交流电的原理就得到了解释。不过，电流并不是像在导线中那样，流过了电容器的电介质。严谨地来说，导线中流动的电流是传导电流，绝缘体中流动的是位移电流。

交流电频率越高越容易通过电容器

电压（V）=电阻（R）×电流（I）——这是中学理科所学到的著名的欧姆定理。这个定理也适用于电阻中流动的交流电。电容器也会对交流电产生类似电阻的效果。这被称为电容电抗。不过，并不是所有交流电都会以相同状态流经电容器，电容器的电容电抗与交流电的频率成反比。

以公式来表达的话，电容电抗（Xc）=1/（2πfC）。f为交流电频率，C为电容器的静电容量。也就是说，频率越高，或静电容量越大，电容器对交流电的电阻（电容电抗）就越小，电流越容易通过。

电容器成为噪声消除元件的原因

用于消除噪声的电容器利用了“频率越高，电流越容易通过”的性质。大部分的噪声属于集聚起来的高频交流电，采用便于交流电流动的电容器，就能减少噪声。

例如，荧光灯点亮和收音机的杂音就属于电流噪声。荧光灯点亮所需的高电压（称作启动电压），是由作为稳定器的线圈和辉光启动器的接触点开闭来制造的。按下开关后，辉光启动器的接触点开始反复开闭，电流就一会儿流动、一会儿消失。这样剧烈的电流变化会造成高频电流，导致噪声，并干扰收音机的信号接收，产生杂音。为了消除噪声，就会在辉光启动器旁边并联一个电容器。电容器具有“频率越高，电流越容易通过”的性质，因此噪声会流经电容器，从而减少流出到外部的噪声。

不过，噪声也分为多种类型，只靠电容器是无法完全消除的。在依靠微电流/电压运行的电路中，噪声是导致运行错误或故障等问题的原因之一。为此，就需要将电容器与电感器组合起来，制成各种滤波器，或营造电磁屏蔽，应对细小的噪声。

电感器和电容器可组合成各种LC滤波器

阻断直流、频率越高的交流越容易通过的这一电容器的性质，在电路中发挥着多种作用。最基本的就是由电容器与电阻组合而成的电路。

将电容器并联在电路中，并串联电阻时，交流电频率越高，就会越容易流入接地。这就是所谓的低通滤波器（LPF），能够削减高频部分的电流，而通行低频部分（下图左）。

相对的，将电容器串联，并将电阻并联时，就能阻断直流部分，而频率越高的电流越容易通行。这就是所谓的高通滤波器（HPF），能够削减低频部分的电流，而通行高频部分（下图右）。

实际上的低通滤波器和高通滤波器会采用电感器（线圈）来代替电阻，以更加陡峭的曲线来增强这种频率特性。此外，还存在仅通行特定频率范围的带通滤波器（BPF）等类型。这些由电感器（L）和电容器（C）组合而成的滤波电路被统称为LC滤波器。

耦合电容器、旁路电容器、去耦电容器

在集成电路中，经常会使用耦合电容器、旁路电容器、去耦电容器之类的电容器。

以下图所示的模拟电路为例，电流会受到晶体管的增幅，微弱的信号电流（交流）会被重叠为直流电压，再送入下一段电路。不过，每一段电路的运行条件有所不同，因此需要阻断直流电流，仅让信号电流通过，于是就插入了电容器。这就叫做耦合电容器。

旁路电容器的目的是让噪声等交流成分流入地面（旁路），也可以简称为旁控。下图是在电源-GND直接插入的情况。让重叠在直流电源上的噪声流入旁路，从而为晶体管提供稳定的电源电压。此外，若供应给集成电路的电源电压有变动，电路的运行会不稳定。为了防止这点，集成电路的电源和地面之间也插入了电容器（下图）。这也算是旁路电容器。因为是阻断交流，仅通行直流，它也被称为去耦电容器，即耦合的反义。为了在更广的频率范围内强化电容器特性，这里并联了具有大容量和优秀高频性能的积层陶瓷贴片电容器。

上述内容包含了许多内行术语，不过请不要感到困惑。它们都是在运用的电容器的基本功能“阻断直流，且频率越高的交流越容易通行”。

不过在高频情况下，线路和内部电极的电阻和电感器（线圈）的影响变得无法忽视，电容器本身也会产生像LC滤波器一样的效果。也就是说，在高频环境中，电容器会展现出不同的面貌。这点我们将在下篇详述。