人民郵電出版社電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教案第四章教材

1、第第4章章 電容器電容器4.1 電容器與電容電容器與電容4.2 電容器的充電和放電電容器的充電和放電4.3 電容器的連接電容器的連接4.4 技能訓(xùn)練：電容器充電、放電電路的接技能訓(xùn)練：電容器充電、放電電路的接線及測量線及測量內(nèi)內(nèi) 容容4.1 電容器與電容電容器與電容4.1.1 認(rèn)識電容器認(rèn)識電容器4.1.2 電容量電容量4.1.3 電容器的主要性能指標(biāo)電容器的主要性能指標(biāo)4.1.4 常用電容器常用電容器4.1.1 認(rèn)識電容器認(rèn)識電容器 電容器是指能夠容納和儲存電荷的裝置。電容器是指能夠容納和儲存電荷的裝置。 平行板電容器平行板電容器兩塊相互平行、彼此靠得很近，兩塊相互平行、彼此靠得很近，但中間

2、填充絕緣介質(zhì)的金屬板構(gòu)成的電容器。但中間填充絕緣介質(zhì)的金屬板構(gòu)成的電容器。4.1.2 電容量（電容量（C） 電容量是衡量電容器儲存電荷本領(lǐng)的大小的物理量。電容器任一電容量是衡量電容器儲存電荷本領(lǐng)的大小的物理量。電容器任一極板儲存的電荷量極板儲存的電荷量Q 與兩板間電壓與兩板間電壓U 的比值，稱該電容器的電容量。的比值，稱該電容器的電容量。UQC 單位：法拉（單位：法拉（F）、微法）、微法(F)、皮法、皮法(pF),1016FFpFF6101平行板電容器的電容量：平行板電容器的電容量： dSC 【例例4.1】將一個電容量為】將一個電容量為6.8F的電容器接到電壓為的電容器接到電壓為1000V的直

3、流電源上，充電結(jié)束后，試求電容極板上所帶的直流電源上，充電結(jié)束后，試求電容極板上所帶的電量。的電量。解：根據(jù)電容的定義式解：根據(jù)電容的定義式 ,UQC 知知 CCUQ36108 . 61000108 . 64.1.3 電容器的主要性能指標(biāo)電容器的主要性能指標(biāo) 1. 標(biāo)稱容量和允許誤差標(biāo)稱容量和允許誤差 (1)標(biāo)稱容量標(biāo)稱容量 成品電容器上所標(biāo)明的電容值稱為標(biāo)稱容量。成品電容器上所標(biāo)明的電容值稱為標(biāo)稱容量。 (2)允許誤差允許誤差 電容器的標(biāo)稱容量與實際容量總是存在著一定的偏電容器的標(biāo)稱容量與實際容量總是存在著一定的偏差，稱為誤差。因這一誤差是在國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范差，稱為誤差。因這一誤差是在國

4、家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍之內(nèi)，故稱為允許誤差。圍之內(nèi)，故稱為允許誤差。 電容器的允許誤差可以用誤差等級表示，也可以用電容器的允許誤差可以用誤差等級表示，也可以用誤差百分?jǐn)?shù)表示。誤差百分?jǐn)?shù)表示。 2. 額定工作電壓額定工作電壓 電容器的額定工作電壓，習(xí)慣上稱為電容器的額定工作電壓，習(xí)慣上稱為“耐壓耐壓”，是，是指電容器長時間工作而不會引起介質(zhì)電性能受到任何破壞指電容器長時間工作而不會引起介質(zhì)電性能受到任何破壞的最大直流電壓值。的最大直流電壓值。 如果電容器兩端加上交流電壓，那么，所加交流電如果電容器兩端加上交流電壓，那么，所加交流電壓的最大值（峰值）不得超過額定工作電壓。壓的最大值（峰值）不得超過額

5、定工作電壓。 1. 固定電容器固定電容器 電容量固定不可調(diào)的電容器稱為固定電容器。電容量固定不可調(diào)的電容器稱為固定電容器。4.1.4 常用電容器常用電容器表表4.1 常見固定電容器的規(guī)格、特點常見固定電容器的規(guī)格、特點名稱名稱型號型號 電容量范圍電容量范圍 耐壓（耐壓（V） 主要特點主要特點 紙介電容器紙介電容器 CZG1000pF0.1F 160400 價格低，損耗較大，體積也較大價格低，損耗較大，體積也較大 云母電容器云母電容器 CY4.730000 pF 2507000 耐高壓、高溫，性能穩(wěn)定，體積小，耐高壓、高溫，性能穩(wěn)定，體積小，漏電小，損耗小，但容量也小漏電小，損耗小，但容量也小

6、油質(zhì)電容器油質(zhì)電容器 CZM0.116F 2501600 電容量大，耐壓高，但體積大電容量大，耐壓高，但體積大 陶瓷電容器陶瓷電容器 CC 2pF0.047F 160500 電容量大，耐壓高，但體積大電容量大，耐壓高，但體積大 滌綸電容器滌綸電容器 CLX1000pF0.5F 63630 耐高溫，體積小，漏電小，性能穩(wěn)定，耐高溫，體積小，漏電小，性能穩(wěn)定，容量小容量小 聚苯乙烯電容器聚苯乙烯電容器 CBX3pF1F 63250 體積小，漏電小，重量輕體積小，漏電小，重量輕 金屬膜電容器金屬膜電容器 CZJ0.01100F0400 漏電小，損耗小，性能穩(wěn)定，有較高漏電小，損耗小，性能穩(wěn)定，有較高

7、的精密度的精密度 鋁電解電容器鋁電解電容器 CD120000F3450 體積小，電容量較大，擊穿后有自愈體積小，電容量較大，擊穿后有自愈能力能力 鉭電解電容器鉭電解電容器 CA2203300F16125 體積小，漏電小，穩(wěn)定性高，價格高體積小，漏電小，穩(wěn)定性高，價格高 2. 可變電容器可變電容器 電容量能在較大范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)的電容器稱電容量能在較大范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)的電容器稱為可變電容器。常用的有空氣可變電容器和聚苯為可變電容器。常用的有空氣可變電容器和聚苯乙烯薄膜可變電容器。乙烯薄膜可變電容器。 3. 微調(diào)電容器微調(diào)電容器 電容量在某一范圍內(nèi)可以調(diào)整的電容器稱為微調(diào)電電容量在某一范圍內(nèi)可以調(diào)整的

8、電容器稱為微調(diào)電容器。它有陶瓷微調(diào)、云母微調(diào)和拉線微調(diào)幾種。容器。它有陶瓷微調(diào)、云母微調(diào)和拉線微調(diào)幾種。4.2.1 電容器的充電過程電容器的充電過程4.2.2 電容器的放電過程電容器的放電過程4.2.3 時間常數(shù)時間常數(shù)4.2.4 電容器的電場能量電容器的電場能量4.2.5 電容器的特點電容器的特點4.2 電容器的充電和放電電容器的充電和放電4.2.1 電容器的充電過程電容器的充電過程 使電容器兩極板帶上等量異種電荷的過程，稱為電容使電容器兩極板帶上等量異種電荷的過程，稱為電容器的充電過程。器的充電過程。 充電電流逐漸減小，電容器兩端的電壓逐漸增大。充電電流逐漸減小，電容器兩端的電壓逐漸增大。

9、4.2.2 電容器的放電過程電容器的放電過程 使電容器兩極板所帶正負(fù)電荷中和的過程，稱為電使電容器兩極板所帶正負(fù)電荷中和的過程，稱為電容器的放電過程。容器的放電過程。 放電電流逐漸減小，電容器兩端的電壓逐漸減小。放電電流逐漸減小，電容器兩端的電壓逐漸減小。RC單位：秒（單位：秒（s） 電容器充放電時間的長短用時間常數(shù)來衡量。電容器充放電時間的長短用時間常數(shù)來衡量。R R和和C C的乘積叫電路的乘積叫電路的時間常數(shù)。的時間常數(shù)。4.2.3 時間常數(shù)時間常數(shù))(5t 在理論上，充、放電過程必須經(jīng)無限長的時間方能結(jié)束，但在實際在理論上，充、放電過程必須經(jīng)無限長的時間方能結(jié)束，但在實際時，充、放電過程

10、基本結(jié)束。時，充、放電過程基本結(jié)束。 應(yīng)用中，可以認(rèn)為應(yīng)用中，可以認(rèn)為當(dāng)電路中電阻一定，電容量越大，則達(dá)到同一電壓需要的電荷越多，當(dāng)電路中電阻一定，電容量越大，則達(dá)到同一電壓需要的電荷越多，因此需要的充電時間越長。因此需要的充電時間越長。當(dāng)電路中電容量一定，電阻越大，充電電流越小，因此充電到同樣的當(dāng)電路中電容量一定，電阻越大，充電電流越小，因此充電到同樣的電荷值所需要的時間越長。電荷值所需要的時間越長。4.2.4 電容器的電場能量電容器的電場能量 電容器儲存的電場能量：電容器儲存的電場能量： 221CUWC單位：焦耳（單位：焦耳（J）4.2.5電容器的特點電容器的特點 1. 電容器是一種儲能元

11、件。電容器是一種儲能元件。 2. 電容器能夠隔直流、通交流。電容器能夠隔直流、通交流。 3. 不論是充電還是放電時，電容器上的電壓都是變化不論是充電還是放電時，電容器上的電壓都是變化的，充電時它不可能立即達(dá)到電源電壓，放電時它也不可能的，充電時它不可能立即達(dá)到電源電壓，放電時它也不可能立即下降為零，即電容器兩端的電壓不能突變。電容器充、立即下降為零，即電容器兩端的電壓不能突變。電容器充、放電的快慢用時間常數(shù)來衡量。放電的快慢用時間常數(shù)來衡量。5t一般認(rèn)為一般認(rèn)為 時，充、放電過程基本結(jié)束。時，充、放電過程基本結(jié)束。4.3 電容器的連接電容器的連接4.3.1 電容器的串聯(lián)電容器的串聯(lián)4.3.2

12、電容器的并聯(lián)電容器的并聯(lián) 4.3.3 電容器的混聯(lián)電容器的混聯(lián)4.3.1 電容器的串聯(lián)電容器的串聯(lián) 1. 電容器的串聯(lián)電容器的串聯(lián) 將幾個電容器依次相連，中間無分支的連接方式，將幾個電容器依次相連，中間無分支的連接方式，稱為電容器的串聯(lián)。稱為電容器的串聯(lián)。 2. 電容器的串聯(lián)的特點電容器的串聯(lián)的特點 (1)串聯(lián)后的等效電容（總電容量）的倒數(shù)等于各電容器的容量串聯(lián)后的等效電容（總電容量）的倒數(shù)等于各電容器的容量的倒數(shù)之和的倒數(shù)之和nCCCCC11111321 當(dāng)兩個電容器串聯(lián)時，其等效電容為當(dāng)兩個電容器串聯(lián)時，其等效電容為 2121CCCCC 當(dāng)當(dāng)n個電容量均為個電容量均為C0的電容器串聯(lián)時，其

13、等效電容為的電容器串聯(lián)時，其等效電容為nCC0 (2)總電壓等于各電容器上的電壓之和總電壓等于各電容器上的電壓之和nUUUUU 321 (3)各電容器所儲存的電量都相等，并等于串聯(lián)后等效電容器上所儲各電容器所儲存的電量都相等，并等于串聯(lián)后等效電容器上所儲存的電量存的電量nQQQQQ 321 【例【例4.2】有兩個電容器，】有兩個電容器，C1容量為容量為2F，額定工作電壓為，額定工作電壓為160；C2容量為容量為10F，額定工作電壓為，額定工作電壓為250。若將它們串聯(lián)后接在。若將它們串聯(lián)后接在300的直流電源上使用，求等效電容量和每只電容器上分配的電壓，的直流電源上使用，求等效電容量和每只電容

14、器上分配的電壓，這樣使用是否安全？這樣使用是否安全？解：等效電容量為解：等效電容量為 FCCCCC67. 11021022121由于由于 CCUQQQ46211053001067. 1故故 VCQU25010210564111VCQU50101010564222 由于電容器由于電容器C1所承受的電壓是所承受的電壓是250，超過了它的，超過了它的耐壓，所以耐壓，所以C1將為被擊穿，導(dǎo)致將為被擊穿，導(dǎo)致C2承受著全部電源電壓承受著全部電源電壓300，而，而300遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于C2的耐壓的耐壓250，C2也會被擊穿。也會被擊穿。所以，這樣使用是不安全的。所以，這樣使用是不安全的。4.3.2 電容器的并

15、聯(lián)電容器的并聯(lián) 1. 電容器的并聯(lián)電容器的并聯(lián) 將幾個電容器接在相同兩點之間的連接方式，稱為電將幾個電容器接在相同兩點之間的連接方式，稱為電容器的并聯(lián)容器的并聯(lián)。nCCCCC 3212. 電容器的并聯(lián)的特點電容器的并聯(lián)的特點(1)并聯(lián)后的等效電容（總電容量）等于各電容器的容量之和并聯(lián)后的等效電容（總電容量）等于各電容器的容量之和 (2)各電容器兩端承受的電壓相等，并等于電源電壓各電容器兩端承受的電壓相等，并等于電源電壓nUUUUU 321 (3)并聯(lián)后等效電容器上所儲存的電量等于各電容器所儲存的電量之和并聯(lián)后等效電容器上所儲存的電量等于各電容器所儲存的電量之和nQQQQQ 321 【例【例4.

16、3】電容器】電容器C1=10F,充電后電壓為充電后電壓為30，電容器，電容器C2=20F，充電后電，充電后電壓為壓為15V，把它們并聯(lián)在一起，其電壓是多少？，把它們并聯(lián)在一起，其電壓是多少？它們所帶的總電量為它們所帶的總電量為CQQQ44421106103103并聯(lián)后的總電容量為并聯(lián)后的總電容量為FCCC66621103010201010CUCQ46111103301010解：電容器解：電容器C1、C2并聯(lián)前的帶電量分別為并聯(lián)前的帶電量分別為CUCQ46222103151020并聯(lián)后的共同電壓為并聯(lián)后的共同電壓為VCQU201030106644.3.3 電容器的混聯(lián)電容器的混聯(lián) 既有串聯(lián)又有并

17、聯(lián)的電容器組合，稱為電容器的混聯(lián)。既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電容器組合，稱為電容器的混聯(lián)。 【例【例4.4】如圖】如圖4.9所示，所示，C1為為100F、耐壓耐壓50，C2為為50F、耐耐壓壓100，3為為50F、耐壓耐壓50。求總電容量。求總電容量C及最大安全工作電壓及最大安全工作電壓U。 解：由圖可看出，三個電容器的連接關(guān)系是解：由圖可看出，三個電容器的連接關(guān)系是C2和和C3并聯(lián)后再與并聯(lián)后再與C1串聯(lián)。串聯(lián)。 (1)總電容量為總電容量為FCCCCCCC50)5050(100)5050(100)()(321321 (2)最大安全工作電壓最大安全工作電壓 因為因為C和和C并聯(lián)后可看作一個電容器，其等

18、效電容量為并聯(lián)后可看作一個電容器，其等效電容量為100F 、耐壓、耐壓50，而，而C1也是也是100F、耐壓、耐壓50，這樣相當(dāng)于兩個，這樣相當(dāng)于兩個100F、耐壓、耐壓50V的電容器串的電容器串聯(lián)。所以說，該混聯(lián)電路承受的最大安全工作電壓為聯(lián)。所以說，該混聯(lián)電路承受的最大安全工作電壓為100V。 【綜合案例【綜合案例】 有兩個金屬化紙介電容器，其中一個電容量為有兩個金屬化紙介電容器，其中一個電容量為0.25F、耐壓、耐壓250；另；另一個電容量為一個電容量為0.5F、耐壓、耐壓300。試求它們串聯(lián)后的總耐壓值？若將它們。試求它們串聯(lián)后的總耐壓值？若將它們并聯(lián)后，總耐壓值又是多少。并聯(lián)后，總耐壓值又是多少。 解：（解：（1）將電容器串聯(lián)起來）將電容器串聯(lián)起來等效電容等效電容