使用 LTspice 搞懂电容 IV 相位关系

前言

电容的电压与电流存在相位差，这是模拟电路的基础要点。本文将使用 LTspice 仿真，直观呈现相位关系，帮助理解核心逻辑。

构建电路如下：

这个电路由 100kHz、峰值 10V 的正弦信号源（V1）与 1μF 电容（C1）组成，通过执行.tran 100u瞬态仿真，得到右侧电压（V）、电流（I）波形。

可以看到：如果以电流为基准，电压滞后 90°。

老外记电容 IV 相位的简易方法是用 “ICE”（冰）单词，它正好对应I（电流）超前、C（电容）、E（电压）滞后，匹配电容上的相位关系。

构建电路如下：

本案例中，信号源（100kHz、10V 峰值）与电容（1μF）参数未变，仅新增了一个 1Ω 电阻。

执行.tran 100u瞬态仿真后，右侧波形显示：

构建电路如下：

本案例电路中，信号源（100kHz、10V 峰值）、电阻参数未变，仅将电容设为 1μ 到 10μ 的可变值（通过指令 .step param Co 1u 10u 1u 控制）。

执行.tran 100u 瞬态仿真后波形如右图。

可以看到：电容越大，容抗越小，其电压相对于电流的滞后相位也越大，右侧绿色曲线的相位偏移变化直观体现了这一特性。

我们再来看看电容 + 电阻的交流分析（频率响应）：

通过.ac dec 1000 1 100MEG仿真，看到其频率响应呈现低通特性，这同时体现在幅度与相位上。

一阶 RC 低通滤波器的截止频率公式为：F_cutoff = 1 / (2 * π * R * C)

代入 R=1Ω、C=1μF，计算得 F_cutoff ≈ 159155Hz（约159kHz）。

该截止频率处，幅度增益为 -3dB，相移为 -45°，与图中光标显示数据一致。

又根据一阶 RC 低通滤波器的特性，波特图在 10 倍截止频率处（1.59MHz），幅度衰减增加 20dB （为 -23dB），相移为 -90° 。

用同样的方式，做一个可变电容 + 电阻的交流分析（频率响应）：

由波特图显示：电容越大，低通截止频率越低，幅度衰减转折点越靠左，相位移变化也同步偏移，直观体现电容对 RC 滤波特性的调控。

本文使用 LTspice 仿真，直观呈现相位关系，帮助理解核心逻辑。

本文 LTspice 案例上传至 Gitee，可下载运行：

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