哈工大課件-第5章電容元件和電感元

哈工大課件-第5章電容元件和電感元電容元件基本概念與特性電感元件基本概念與特性電容元件在電路中應(yīng)用電感元件在電路中應(yīng)用電容、電感串聯(lián)與并聯(lián)組合特性總結(jié)回顧與拓展延伸電容元件基本概念與特性01電容定義電容是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，用字母C表示。在國際單位制里，電容的單位是法拉，簡稱法，符號為F。物理意義電容反映了電容器儲存電荷的能力，其大小取決于電容器極板的面積、極板間的距離以及極板間的電介質(zhì)。電容定義及物理意義電容元件伏安關(guān)系伏安特性電容元件的伏安關(guān)系遵循i=C(dv/dt)的規(guī)律，其中i為電流，C為電容，dv/dt為電壓對時間的導(dǎo)數(shù)。這表明電容元件的電流與其兩端電壓的變化率成正比。充放電過程當電容器充電時，電流流入電容器正極板，同時流出負極板，電容器極板上的電荷逐漸積累，電容器兩端電壓逐漸升高；放電時則相反。在充電過程中，電源將電能轉(zhuǎn)換為電場能儲存在電容器中。電容器的儲能與其兩端電壓的平方和電容值成正比。儲能過程在放電過程中，電容器將儲存的電場能轉(zhuǎn)換為電能釋放給負載。放電過程中電流逐漸減小，電容器兩端電壓逐漸降低至零。釋放過程電容元件儲能與釋放過程線性電容的伏安關(guān)系遵循歐姆定律，其電容量不隨電壓和電流的變化而變化。線性電容在電路中主要用于濾波、耦合和旁路等。線性電容特性非線性電容的伏安關(guān)系不遵循歐姆定律，其電容量隨電壓和電流的變化而變化。非線性電容在電路中可用于實現(xiàn)振蕩、調(diào)諧和波形變換等功能。非線性電容的典型代表有變?nèi)荻O管、濕敏電容等。非線性電容特性線性與非線性電容特性比較電感元件基本概念與特性02電感定義電感是指導(dǎo)體在磁場中運動時，由于導(dǎo)體內(nèi)部磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。物理意義電感是電路中的一種重要元件，具有儲存和釋放磁場能量的能力。在交流電路中，電感元件對電流的變化具有阻礙作用，使得電流的變化滯后于電壓的變化，從而起到濾波、振蕩、變壓等作用。電感定義及物理意義伏安特性電感元件的伏安特性是指電感上的電壓與電流之間的關(guān)系。在直流電路中，電感元件相當于短路；在交流電路中，電感元件的阻抗與頻率成正比，即感抗XL=2πfL。相位關(guān)系在交流電路中，電感元件上的電壓與電流之間存在相位差。電流滯后于電壓90度相位角，即電壓的相位超前于電流的相位。電感元件伏安關(guān)系VS當電感元件接入電路時，隨著電流的增大，電感內(nèi)部磁場逐漸增強，從而儲存磁場能量。儲能過程中，電感元件吸收電能并轉(zhuǎn)換為磁場能量儲存起來。釋放過程當電路斷開或電流減小時，電感內(nèi)部磁場逐漸減弱并釋放儲存的磁場能量。釋放過程中，電感元件將儲存的磁場能量轉(zhuǎn)換為電能并回饋給電路。儲能過程電感元件儲能與釋放過程線性電感元件的伏安特性呈線性關(guān)系，即電感上的電壓與電流成正比。線性電感的感抗值保持恒定，不隨電流或電壓的變化而改變。非線性電感元件的伏安特性呈非線性關(guān)系，即電感上的電壓與電流之間不成正比。非線性電感的感抗值隨電流或電壓的變化而改變，表現(xiàn)出復(fù)雜的電磁特性。在實際應(yīng)用中，非線性電感可用于實現(xiàn)振蕩、變頻、限流等特殊功能。線性電感特性非線性電感特性線性與非線性電感特性比較電容元件在電路中應(yīng)用03隔直流電容元件具有阻止直流電流通過的特性，因此在電路中可以起到隔離直流的作用。這種特性使得電容元件在直流電源電路中能夠阻止直流成分對負載的影響。通交流電容元件對交流信號具有導(dǎo)通性，允許交流電流通過。在交流電路中，電容元件的阻抗與頻率成反比，因此高頻信號可以更容易地通過電容元件。隔直流通交流作用分析耦合在電路中，電容元件可以實現(xiàn)信號的耦合傳遞。通過合理設(shè)置電容值，可以將前級電路的信號傳遞到后級電路，實現(xiàn)信號的傳輸和放大。要點一要點二解耦電容元件還可以用于實現(xiàn)電路之間的解耦。在復(fù)雜電路中，不同部分之間可能存在相互干擾，通過在關(guān)鍵位置添加電容元件，可以消除這些干擾，提高電路的穩(wěn)定性。耦合和解耦功能實現(xiàn)濾波和旁路作用探討電容元件在電路中可以起到濾波的作用。在電源電路中，通過添加電容元件可以濾除高頻噪聲和紋波，使輸出電壓更加穩(wěn)定。在信號處理電路中，電容元件可以與其他元件組成濾波器，實現(xiàn)對特定頻率信號的濾除或增強。濾波旁路電容是一種特殊的濾波應(yīng)用。在電路中，旁路電容可以將高頻噪聲或紋波直接旁路到地，從而避免對負載或后續(xù)電路的影響。旁路電容通常具有較小的容值和較高的耐壓能力。旁路振蕩器電容元件可以作為振蕩器的重要組成部分。通過與電感元件或晶體管等器件配合，可以構(gòu)成振蕩器電路，產(chǎn)生特定頻率的交流信號。振蕩器在通信、測量等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。調(diào)諧回路在無線電通信中，調(diào)諧回路是實現(xiàn)信號選擇的關(guān)鍵部分。通過調(diào)整電容元件的容值，可以改變調(diào)諧回路的諧振頻率，從而實現(xiàn)對特定頻率信號的接收或發(fā)射。調(diào)諧回路在收音機、電視機等接收設(shè)備中具有重要作用。振蕩器及調(diào)諧回路設(shè)計電感元件在電路中應(yīng)用04電感元件在直流電路中，由于自感電動勢的作用，可以阻止電流的變化，從而起到直流偏置的作用。通過選擇合適的電感值，可以調(diào)整電路的直流工作點。直流偏置作用在交流電路中，電感元件對交流信號呈現(xiàn)阻抗，其阻抗大小與信號頻率和電感值有關(guān)。因此，電感元件可以用來阻止或限制交流信號通過，起到扼流的作用。這在需要隔離直流和交流信號的場合非常有用。扼流作用直流偏置及扼流作用分析變壓器原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的電感元件。當變壓器的初級繞組通以交流電時，會在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通，從而在次級繞組中感應(yīng)出電動勢。通過改變繞組的匝數(shù)比，可以實現(xiàn)電壓的變換。應(yīng)用舉例變壓器在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，如升壓變壓器、降壓變壓器等。此外，在電子電路中，變壓器也常用于信號傳輸、阻抗匹配等場合。變壓器原理及應(yīng)用舉例振蕩器是一種能夠產(chǎn)生持續(xù)振蕩信號的電路。電感元件在振蕩器中起到儲存能量和維持振蕩的作用。通過與電容元件的配合，可以構(gòu)成LC振蕩回路，實現(xiàn)信號的放大和反饋。振蕩器原理調(diào)諧回路是一種能夠選擇特定頻率信號通過的電路。電感元件在調(diào)諧回路中起到調(diào)整諧振頻率的作用。通過改變電感值或配合可變電容，可以實現(xiàn)回路的調(diào)諧功能。調(diào)諧回路設(shè)計振蕩器及調(diào)諧回路設(shè)計濾波器原理濾波器是一種能夠選擇特定頻率信號通過的電路，用于濾除不需要的頻率成分。電感元件在濾波器中起到構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)的作用，與電容元件一起構(gòu)成LC濾波器。電感元件選擇在選擇濾波器中的電感元件時，需要考慮其電感值、品質(zhì)因數(shù)、自諧振頻率等參數(shù)。合適的電感元件可以提高濾波器的性能，如提高濾波效果、減小插入損耗等。濾波器中電感元件選擇電容、電感串聯(lián)與并聯(lián)組合特性05在串聯(lián)電路中，各元件中的電流均相等，即i1=i2=…=in。電流相同串聯(lián)電路的總電壓等于各元件上的電壓之和，即u=u1+u2+…+un。電壓分配電容和電感的串聯(lián)會使得總阻抗增加，且呈現(xiàn)阻容性或阻感性。阻抗增加串聯(lián)組合特性分析電壓相同在并聯(lián)電路中，各元件兩端的電壓均相等，即u1=u2=…=un。電流分配并聯(lián)電路的總電流等于各元件中的電流之和，即i=i1+i2+…+in。阻抗減小電容和電感的并聯(lián)會使得總阻抗減小，且呈現(xiàn)阻容性或阻感性。并聯(lián)組合特性分析對于復(fù)雜的串并聯(lián)組合網(wǎng)絡(luò)，可以通過串并聯(lián)轉(zhuǎn)換的方法將其簡化為簡單的串聯(lián)或并聯(lián)電路。串并聯(lián)轉(zhuǎn)換等效電源法節(jié)點電壓法網(wǎng)孔電流法將網(wǎng)絡(luò)中的電源和阻抗進行等效變換，從而簡化電路分析。以網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點為參考點，列出節(jié)點電壓方程，通過求解方程得到各支路電流和電壓。以網(wǎng)孔電流為未知量，列出網(wǎng)孔電流方程，通過求解方程得到各支路電流和電壓。串并聯(lián)組合網(wǎng)絡(luò)等效簡化方法總結(jié)回顧與拓展延伸06關(guān)鍵知識點總結(jié)回顧電容元件的基本概念：電容元件是一種能夠儲存電能的被動電子元件，其儲存電能的能力稱為電容。電容的單位是法拉（F）。電容元件的伏安特性：電容元件的伏安特性表明，電容元件兩端的電壓與通過它的電流之間的關(guān)系是線性的，但電流的方向與電壓的變化率有關(guān)。當電壓上升時，電流流入電容元件；當電壓下降時，電流流出電容元件。電感元件的基本概念：電感元件是一種能夠儲存磁能的被動電子元件，其儲存磁能的能力稱為電感。電感的單位是亨利（H）。電感元件的伏安特性：電感元件的伏安特性表明，電感元件兩端的電壓與通過它的電流之間的關(guān)系是非線性的，電壓的大小和方向取決于電流的變化率。當電流增大時，電感元件產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增加；當電流減小時，電感元件釋放儲存的磁能，維持電流繼續(xù)流動?；卮痣娙菰陔娐分兄饕鸬絻Υ骐娔?、濾波、耦合等作用；而電感元件則主要起到儲存磁能、濾波、振蕩等作用。問題2如何理解電容元件和電感元件的伏安特性？問題1電容元件和電感元件在電路中的作用是什么？常見問題解答及誤區(qū)澄清常見問題解答及誤區(qū)澄清認為電容元件和電感元件都是線性元件。實際上，電容元件是線性元件，而電感元件是非線性元件。這是因為電感元件的磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)致其伏安特性呈現(xiàn)非線性。常見問題解答及誤區(qū)澄清澄清誤區(qū)1拓展1：超級電容器超級電容器是一種具有超高電容量的電容器件，其電容量可達數(shù)千法拉甚至數(shù)萬法拉。超級電容器具有充電速度快、循環(huán)壽命