科目：
- 電容器介紹
- 電容器的操作
- 串聯
- 並聯
- 電容式液位感測器
- 電容充放電時間（RC時間）
- 為電容器充電（充電時間已知）
- 電容器放電
- 給電容器充電（已知最終電壓）
電容器介紹：
電容器用於電氣設備，例如電腦、電視和收音機的印刷電路板，但在本頁中，我們將術語「電容器」應用於汽車技術。 在汽車技術中，電容器廣泛應用於電子濾波器、控制設備、液位計、點火線圈和繼電器。
電容器儲存能量。 這種能量可以用作無線電濾波器中的干擾抑制（電容器濾除某些頻率，例如交流發電機雜訊），或用作室內照明的關閉延遲。 當門關閉時，室內燈光會慢慢熄滅。 整流器（二極體）的電壓波動也被平滑。 電容器可以在短時間內充電和放電。
電容器的工作原理：
電容器由 2 個由電介質隔開的導體（通常是金屬）組成。 這是一種非導電材料，例如塑料，或真空。
如果將電子電壓源施加到極板，則兩個極板都會充電。 左板（帶 - ）將帶負電，右板（帶 + ）帶正電。
一旦兩個極板之間的電壓差與電壓源上的電壓差一樣大，充電電流就會停止。 此加載需要時間。 這個時間是可以計算的。 本頁稍後將對此進行介紹。
一旦兩個極板之間的電壓差與電壓源上的電壓差一樣大，充電電流就會停止。 此加載需要時間。 這個時間是可以計算的。 本頁稍後將對此進行介紹。
與電容器串聯：
串聯電容器時，所有電容器上的電荷相同
與電容器並聯：
當電容器並聯時，所有電容器兩端的電壓相同。
電容式液位感測器：
此範例涉及汽車油箱中的液位感測器。 有一個共享的電介質。
電容式液位測量的原理是基於電容器電容的變化，而電容的變化取決於液位（在本例中為燃油量）的變化。
汽油不是導電物質，因此電容器極板之間不會因導電而短路，例如水的情況。
電容器的電容可以用公式決定。 符號意義如下：
- C = 容量
- A = 板的表面
- d = 板之間的空間
圖片顯示油箱內汽油已滿 40%。 剩餘的 60% 是蒸氣。 灰色條是距離為S（極板之間）的電容。 通用公式可用於確定容量以及水箱液位。
事實：
介電常數：
ε0（真空）= 8,85 x 10-12（負十二次方）
εR 汽油 = 2,0
εR 蒸氣 = 1,18
此電容器的表面積 (A) 為 200mm²（長 x 寬）。 電極之間的距離（S）為1,2mm
由於油箱已 100% 充滿，我們假設汽油的介電常數 (2,0) 作用於電容器的整個表面 (200mm²)。 當水箱不再是 100% 滿，而是 40%（如上圖）時，電容器的總表面積必須以百分比劃分（40% 和 60% 等於 100）。 其中 40% 為汽油，60% 為蒸氣。 因此，必須創建 2 個公式（C1 和 C2）：
公式顯示，使用 40% 汽油時，電容器充電 1,18 pF，使用蒸氣時，電容器充電 1,04 pF。 因為必須將 40% 和 60% 加在一起才能得到 100%，所以還必須加上電容器值。
可以如下完成：1,18 + 1,04 等於 2,22 pF。
此 2,22 pF 會傳遞到儀表板上的油箱壓力表以及 ECU 等。
計算器：
不用每次都自己填寫公式，資料也可以放在計算器中。 然後自動計算電容器的電容。 對於檢查計算的答案也非常有用！
點選下圖啟動計算器。 這將在新視窗中打開：
電容充放電時間（RC時間）：
首先解釋一下Tau的概念：
一旦電容器與電阻器串聯，電容器就會充電，直到達到施加的電壓（電源電壓或電池電壓）。 已確定電容器在 63,2 (Tau) 後充電至施加電壓的 1%。 5 時，電容器已充電 99,3%。 （理論上，電容器永遠不會充滿到100%）。 下圖可以清楚地表明這一點：
上圖顯示了電容器的充電情況。 在 t0 時，電容器開啟並在 t0 + 5 時充電。
在時間 t0+（在 x 軸上），電容器正好有 1 個電荷，因為它在時間 t0 時打開。 Y 軸顯示這是 Uc 的 63,2%。 在時間 t0+5 處，電容器已充電 99,3%。
公式 = R x C 計算數量 (Tau)。
在下面的電路中，有 2 個電阻相互串聯。 因此總電阻為R1+R2。 這樣 10+10=20k。 (20×10^3)。 乘以 10 微法拉 (10×10^-6) 的 C，得到 (200×10^-3) = 0,2。
這個 0,2 必須在稍後的計算中輸入。
R1 = 10k
R2 = 10k
C = 10μ
電容器的電阻值和電容量都決定了電容器的充電和放電時間。 電容器充電和放電的速度非常重要。 這個時間必須非常短，特別是在微處理器電路中。 汽車內部照明的關閉延遲可能需要很長時間。 切換時間的一般公式如下：
Uct代表一定時間內的緊張程度。 這個時間是用公式計算出來的。 Uct 0 是充電或放電開始的初始電壓。 Uct ~（無限符號）表示可以達到的最大電壓（即施加電壓/電池電壓）。 e代表e的冪。 這是一個自然對數。 這是一個指數數字。 -(t1 – t0) 除以 τ (Tau) 現在為冪形式。 因此，它也必須表示和計算為 e 的 -(t1 – t0) 次方除以 τ。
接下來是+ Uct ~。 這也是施加電壓/電池電壓。
執行此計算後，將以伏特（電壓）為單位給出答案。
下一段顯示了一個電路範例：
為電容器充電（已知充電時間）：
圖中開關閉合。 電流從電池通過電阻器流向電容器。 我們想要計算電容器充電 200 毫秒 (200 x 10^-3) 時的電壓。
U = 10V
R1 = 10k
R2 = 10k
C = 10 µF（微法）。
τ = R x C
τ = (10.000 + 10.000) x 0,000010 = 0,2
τ = 200 x 10^-3
以公式形式變為：
從 t0 到 t1，電容器充電 6,3 伏特。 這等於 1τ（因為在 1 時，電容器已充電 63,2%）。 計算完成後，圖表將如下所示：
電容器放電：
現在我們要給電容器放電。 圖中的開關從位置 1 移至位置 2。 電壓源（電池）與電容器電路斷開。 在圖中，電容器的兩側均接地（透過電阻器 R2）。 電容器現在將放電。 同樣，電容器的電阻值和電容決定放電時間，就像充電時的情況一樣。 然而，現在少了一個電阻（因為 R1 不再位於同一電路中）。 因此，放電時間現在將比充電時間短：
現在我們再次填寫公式來計算 Tau：
τ = R x C
τ = 100.000 x 0,001
τ = 100
根據公式，100ms後電容器放電至2,32伏特。 如果我們測量 t1-t2 的時間不超過 100 毫秒，而是超過 200 毫秒，則圖表將再次接近 0 伏特。 充電比放電需要更多的時間，因為放電時電路中有1個電阻，而不是充電時串聯有2個電阻。 原則上，電容器因此需要超過 200ms 的時間才能達到 0 伏特。 如果在 t2 時將開關轉回位置 1，電容器將立即再次開始充電。
然後我們可以將放電週期寫在圖中：
為電容器充電（已知最終電壓）：
當對上例中的電容器充電時，充電時間（200ms）是已知的。 最終電壓可以使用初始電壓和最終電壓、充電時間和Tau數量的數據來計算。 200 毫秒後，電容器充電 6,3 伏特。
現在我們遇到充電時間未知但最終電壓已經給出的情況。 為了方便起見，我們使用相同的例子；
（電阻值和電容器類型與第一個範例中的相同）。
R1 = 10k
R2 = 10k
C = 10μF（微法）。
τ = R x C
τ = (10.000 + 10.000) x 0,000010 = 0,2
τ = 200 x 10^-3
我們現在想知道的是，將電容器充電到 0 伏特需要多長時間（從 t1 到 t6,3）？
將已知數據代入一階微分方程的公式中，並不能立即得到答案。 必須對公式進行變換，因為 -(t1 – t1) 是未知的，原則上我們想知道它。
解釋： 首先制定基本公式。 我們用我們所知道的資訊填寫此內容。 因為我們想知道 6,3 伏特充電時間，所以我們將其輸入到公式的開頭。 (t1 – t0) 仍然這樣寫。
然後，我們將 10 v 的 Uct~ 除以公式左邊的 6,3 v，得到 3,7 v 的答案。 +10 現在可以被劃掉。
下一步是消除 -10（e 次方的數字）。 將 -3,7 除以 -10，即可抵銷。 現在我們在公式左側輸入 0,37。
現在是消除電子電源的時候了。 e 的倒數是 ln，自然對數（就像冪的倒數是根）。
透過使用 ln 按鈕在計算器中輸入公式，答案為 -0,200。 因為=號左右都是負數，所以減號可以擦掉。
答案是200毫秒。 因此電容器需要 200 ms 才能充電至 6,3 伏特。 這是正確的，因為在第一次計算充電時間時，這是給定的，必須用它來計算 6,3 伏特。
利用此公式，也可以計算出例如 3 伏特時的時間。 然後將 6,3 伏特改為 3 伏，減去 10 伏，除以 -10 伏，再乘以 ln 和 200。 10^-3。 然後產生 71 毫秒的響應。
