從電容的充放電特性曲線理解電容的阻低頻通高頻特性

電容為什么具有阻低頻通高頻的能力,，RC 高通濾波器和 RC 低通濾波器的工作原理是什么,。

很多書都會從電容的容抗進行講解，Xc = 1/(2πfC) ,，信號頻率越高,，電容容抗越小，電容兩端電壓就越小,，信號頻率越低，電容容抗越大,，電容兩端電壓就越大,。比如圖 1 所示的 RC 低通濾波器電路，這個電路可以看做一個分壓電路,，輸出電壓為電容上的分壓,。

圖1  RC 低通濾波器

電容 C 的容抗與輸入信號的頻率有關(guān)。當輸入信號頻率高時,，電容 C 的容抗小,，電容 C 分到的電壓也就很小，輸出信號 Vout 幅度很小,，相當于 Vin 被衰減了,，輸出信號的幅度被減小了。當輸入信號頻率低時,，電容 C 的容抗很大,，電容 C 分到的電壓也就大，輸出信號 Vout 大，輸入信號 Vin 相當于沒有被衰減,，信號順利通過,。

這樣可以解釋電容的阻低頻通高頻特性，但是這是從數(shù)學上去解釋的,。電容的容抗是什么,，為什么它會跟信號的頻率有關(guān)， 式子 Xc = 1/(2πfC) 又是怎么來的,。上面的解釋是通過數(shù)學式子去理解電容的阻低頻通高頻特性,，沒什么問題，但總感覺缺點什么,。

下面講述一種以更貼近電容本質(zhì),，從感性上認識和理解電容阻低頻通高頻特性的方法。

我想從電容的充放電曲線來理解電容阻低頻通高頻的特性,，因為電容的充放電曲線是實際測量出來的,，非常地直觀。圖 2 和圖 3 是典型的電容充放電曲線,。

     圖2 電容充電曲線        

     圖3 電容放電曲線

對于圖 1 的 RC 電路（為了問題簡化,，忽略時間常數(shù)），當輸入信號的周期遠大于電容的充放電時間（即低頻信號）,，電容有足夠的時間進行充電和放電（電容兩端的電壓可以充到與輸入信號 Vin 的電壓相等,，放電時也可以完全放完，電容兩端的電壓為零）,。輸入信號 Vin 輸出信號 Vout 變化曲線如圖 4 所示,。

圖4 低頻信號輸入與輸出變化曲線

從圖中可以看出，輸出信號的幅度并沒有衰減,，信號從輸入端被完整地傳輸?shù)搅溯敵龆恕?/p>

而當輸入信號的周期遠小于電容的充放電時間時（即高頻信號）,，電容沒有足夠的時間進行充放電，只是在輸入信號的高電平期間剛剛充了一點點電,，輸入信號就跳變?yōu)榈碗娖?，此時電容就要開始放電。這種情況下,，輸入信號與輸出信號如圖 6 所示,。

圖6 高頻信號輸入與輸出變化曲線

從圖中可以看出，輸出信號相比于輸入信號,，信號幅度有了大幅度地衰減,，說的嚴重點，信號被衰減沒了,。

補充：文中是通過一個 RC 低通濾波器作為例子來考慮的,，文中所說的阻低頻通高頻可以看做高頻信號通過電容進入地,，而低頻信號則不能進入地。這樣應該不會有誤解了,。：）