🏆 挑戰進行中
到下面的馬達實驗台:① 先選 🚫 沒有電容🚂 啟動馬達,看 Arduino 重開 → ② 再選 有電容 按一次,讓 Arduino 撐住不重開!
💡 電容先把電存好,馬達一啟動就立刻補上去
🎉 挑戰成功!請舉手告訴老師!✋
🫙

電容 Capacitor

它是電路裡的小水塔:平常慢慢把電存起來,需要的時候一口氣放出去。有了它,電才不會忽大忽小。

🔋 儲存電荷 ⚡ 穩定電壓 ➕➖ 電解電容有極性

🫙 它長什麼樣子?

📷 實物照待補——電容目前還沒有拍照建檔,下面兩張是示意向量圖,不是實物照片。 上課時請直接拿實體對照老師手上那一顆。

課堂上用的是電解電容:一顆小小的鋁罐子,外面包一層塑膠套,屁股伸出兩隻腳。罐子上會印容量(像 100µF)和耐壓(像 16V)。

色帶那側 = 負極 短腳 = - 長腳 = +
① 側面看:色帶+短腳都指向負極
100µF 16V 100µF = 能存多少電 16V = 耐壓上限 接 5V 很安全 ✅
② 罐身上的兩個數字:容量與耐壓

線索① 色帶那側=-(最可靠)

電解電容一定有一條顏色不同的帶子(常見是白色或淺灰),上面還印著一排「-」。帶子那一側就是負極,這條線索腳被剪掉也還在。

線索② 短腳=-

沒剪過的新電容,比較短的那隻腳是負極,跟 LED 一樣。長腳接電源正極、短腳接 GND。

線索③ 罐身的耐壓別看漏

印著 16V 代表「最多只能接到 16V」。我們的電路是 5V,很安全;但拿一顆 10V 的去接 12V,一樣會壞。

⚠️ 這一點跟 LED 不一樣,一定要記住

LED 接反只是不亮,翻回來就好,可以放心試。電解電容接反是真的會壞——裡面那層薄膜會被反過來的電壓打穿,電容開始漏電、發熱、內部產生氣體,罐子會鼓起來,嚴重時頂部的洩壓刻痕會裂開噴出電解液,甚至「啪」一聲爆開。

所以接電容跟接 LED 的態度不一樣:通電之前一定要再確認一次——色帶那一側(短腳)有沒有接到 GND?確認完再插電池。真的不確定就先舉手問老師,不要先通電再說。

🚿 動手玩①:把電存進小水塔,再看它慢慢流光

⚡ 充電 把水塔裝滿,再按 ✂️ 放開電源。注意看:LED 不是一下子就熄,而是慢慢變暗——那是水塔裡的電正在一點一點流出去。

5V ⚡ 5V 🫙 電容 🧱 4.7kΩ 💡 LED
① 換一顆電容(水塔大小)
② 充電 → 放開
🔋 電容裡的電壓
0.00 V
充飽是 5.00 V
💧 存了多少電
0.00 mC
電量 = 電容 × 電壓
💡 LED 現在
🌙 沒亮
低於 1.8V 就完全熄掉
⏱️ 放開之後過了
0.0 秒
按「放開電源」開始計時
100µF
470µF
1000µF

水塔越大 → 存的電越多 → LED 撐得越久。三個都試一次,就會發現這不是巧合。
(課堂零件箱裡真的有的是 100µF1000µF 這兩顆;中間的 470µF 是常見規格,放在這裡只是讓趨勢更好看。)

💡 為什麼充電很快、放電很慢?

  • 充電時電容直接接上 5V,中間幾乎沒有東西擋,一瞬間就滿了。
  • 放電時電要擠過 4.7kΩ 電阻再流進 LED,像水管變細,只能慢慢流。
  • 所以電路裡常說的「RC」就是這件事:電阻越大、電容越大 → 放得越久

🚂 動手玩②:馬達一啟動,電壓會塌下去嗎?

這才是電容在你們的玩具火車上真正在做的事。馬達剛開始轉的那一瞬間會用力吸一大口電,整條電源線的電壓會被拉下去;如果掉太多,旁邊的 Arduino 會直接重開——程式從頭跑、燈全部歸零。

先選有沒有裝電容,再按 🚂 啟動馬達,看看那條線掉得多深。

5V 3.5V 🚂 馬達啟動 時間 →
① 馬達旁邊有沒有裝電容?
② 開下去試試看

還沒開始

選好上面的設定,再按「🚂 啟動馬達」。

最低電壓 —
這些數字哪裡來的? 「馬達啟動瞬間吃 1 A」是真的——出自業主自己的 玩具火車 v0.1 電控原型 BOM(DC 減速馬達 1:48,3-6V、約 200mA 工作、約 1A 堵轉)。 其餘三個數字是課堂示意值,不是量測結果:電源線等效內阻 、升壓板反應時間 100µs、 Arduino 重開門檻 3.5V。真實電路會因為電池、線材、板子而不同,這裡只是把「為什麼會塌、電容怎麼救」演給你看。
為什麼兩種情況用不同算式?因為卡住的地方不一樣:沒電容時,這一大口電非得從電池經過那條有內阻的線送過來, 瓶頸是內阻(ΔV=I×R);裝了電容之後,第一口電是旁邊的電容直接出的、沒走那條線, 瓶頸換成「電容夠不夠撐過升壓板的反應時間」(ΔV=I×t÷C)。

📋 玩具火車的採購單上真的有它

下面這一列是從玩具火車 v0.1 電控原型 BOM 直接抄下來的:

名稱規格數量用途
電解電容 100µF 16V 以上 4 顆 MT3608 輸出、馬達電源去耦

🎁 「去耦」聽起來很難,其實就是你剛剛玩的那件事

去耦電容=在吃電大戶(馬達、霧化器)旁邊放一個小水塔。它平常慢慢裝滿,等到那個大戶突然大口喝電時,第一口由水塔出,電源來不及反應的那 0.0001 秒就被撐過去了,旁邊的 Arduino 完全不會發現。

所以 BOM 上寫「MT3608 輸出、馬達電源去耦」買 4 顆,不是多買——是每一個會突然吃電的地方旁邊都要放一顆,而且要放得離它越近越好,電才來得及趕到。

💡 使用小撇步

🏆

挑戰時間!

先讓 Arduino 被馬達害到重開一次,再用電容把它救回來,告訴老師你學會了!

🎉🎁🎉

挑戰成功!你用電容救了 Arduino!

請舉手告訴老師!✋