容性电路基础：从电容器的串联和并联加深理解

容性电路是指利用电容器暂时储存电荷的特性，具有平滑电源电压的纹波、通过旁路高频噪声分量实现降噪、以及阻断直流仅耦合交流（信号分量）等功能的电路总称。恰当地连接和布置电容器，可降低高频区域的噪声并使电源更稳定。在实际设计中，为满足所需的容值、耐压和高频特性要求，常常将多个电容器通过串联或并联的方式组合，作为合成电容来处理，这也是理解容性电路的首要关键点。智能手机的触控屏和各种0滤波电路等，都是容性电路的典型应用实例。本文将先介绍合成容量，随后展开讲解RC响应及容抗，从容性电路的物理原理到实际设计中的注意事项，系统性地进行阐述

容性电路基础

电容器（Capacitor）是在“容性电路”中承担核心作用的元件。电容器具有储存电荷并形成电场的特性。在电路图中用两条平行线表示，其基本原理在于分离并存储电荷。通过考察电容器在从低频到高频的宽频率范围中的表现，可发挥其滤波、耦合、缓冲等多种作用。

另外，电容器还具有对稳态直流不通导电流、仅对电压随时间变化时通导电流的特性。其结果是表现出阻断直流成分、通过交流成分的特性。

电容器的串联、并联及合成电容

在实际电路中，通常不会只使用一个电容器，而是会组合使用多个电容器，以获得所需的电容量和耐压能力。通过串联、并联或复合配置，可以调整电路的特性。

· 串联连接

在串联连接时，电压会被分压施加到各个电容器上，因此在处理高电压的电路中，具有易于实现高耐压的优点。但是，如果各电容器的容量和漏电流特性不同，加在各个电容器上的电压就会不均匀，此时可能需要加装平衡电阻等。串联连接时，由于各电容器所储存的电荷Q相等，因此每个电容器的引脚电压为Vi=Q/Ci。所以，容量越小的电容器更越容易承受高电压，为了避免因电压波动或漏电流差异导致的过电压问题，有时会加入平衡电阻。

· 并联连接

当需要实现更大的电容量，或希望结合使用不同种类的电容器以发挥其各自特性时，会采用并联连接的方式。在并联电路中，所有电容器都承受相同的电压，因此每个电容器承受的电压降与电源电压相同。

在下文中，虽然公式中的C在有些情况下表示单体电容量；但如果是由串联或并联连接构成的电路，则请将合成容量Ctotal代入C进行解读。（这里的vc(t) 是指串联、并联连接“整体”的两端电压）

容性电路和交流（AC）中的充电、相位角及波形

前面了解了电容器在直流电路中的工作，接下来看在施加交流电压的环境下，电容器如何表现。交流电路中电压和电流呈正弦波或其他周期性波形，电容器连续进行反复充放电。

· 在交流容性电路中的电荷反转与连续充放电

假设交流电源vs(t)=Vmsin(ωt)等，电容器将不断重复“充电至电压达到峰值，当施加反向电压时放电”的循环。根据频率和电容器容量的不同，在一个周期内流过的电流大小和时序会有显著变化。高频时，通过电容器的电流趋于变大，而低频率时则趋于变小。这是因为电容器会以依赖于频率的“容抗”来抵抗（阻碍）电流。每当瞬时电压极性切换时，施加在电容器两端的电压就会发生变化，从而大大影响着电流的相位。