《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》課件-項目四 .電容器的認知

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社【任務目標】1．識別電容器的外形和符號，識讀電容器的主要參數(shù)。2.理解電容的概念，決定平行板電容器的電容大小的因素，掌握電容的定義式。3.掌握電容器串聯(lián)、并聯(lián)電路的特點及等效電容與安全電壓的計算。4.理解電容器充、放電過程中的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及有關(guān)計算。5.熟練使用萬用表檢測電容器，判斷電容器質(zhì)量的好壞。

項目四.電容器的認知電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社項目四.電容器的認知知識鏈接（一）電容和電容器的種類知識鏈接（二）電容器的連接任務實施用萬用表認識和檢測電容器電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.1電容和電容器的種類4.1.1電容器（1）常見電容器外形

常見電容器外形電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（2）電容器的基本結(jié)構(gòu)

任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導體都可以構(gòu)成電容器，這兩個導體稱為電容器的兩個極板，中間的絕緣材料稱為電容器的電介質(zhì)。

（a）電容器一般符號（b）極性電容器電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（3）電容器的基本特性：電容器是儲存和容納電荷的裝置，也是儲存電場能量的裝置。

如圖所示，如果在電容器的兩極板上加上電壓，則在兩個極板上將分別產(chǎn)生數(shù)量相等的正、負電荷，這樣電容器就儲存了一定量的電荷和電場能量。

將電容器兩極板分別接到電源的正、負極上，使電容器兩極板分別帶上等量異種電荷，這個過程稱為電容器的充電過程。電容器充電后，兩極板間有電場和電壓。

用一根導線將電容器兩極板相連，兩極板上正、負電荷中和，電容器失去電荷量，這個過程稱為電容器的放電過程。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.1.2電容（1）電容的定義式：電容器所儲存的電荷量與兩極板間的電壓的比值稱為電容器的電容。不同的電容器，q

/U的值不同。C＝電荷量單位：C(庫侖）電壓單位：V（伏特）電容單位：F(法拉）

電容是表征電容器儲存電荷的能力，它只與電容器本身的性質(zhì)有關(guān)，與電容器所帶的電荷量及電容器兩極板間的電壓無關(guān)。（2）電容的單位F（法拉）、uF(微法）、nF(納法)、pF（皮法）1F=106uF=109nF=1012pF

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.1.3平行板電容器的電容

（1）

平行板電容器的電容C，與介電常數(shù)

成正比，與兩極板的正對面積S成正比，與極板間的距離d成反比，即式中，電介質(zhì)的介電常數(shù)ε由介質(zhì)的性質(zhì)決定的。真空介電常數(shù)ε0≈8.86×10-12F/m，某種電介質(zhì)的介電常數(shù)ε與ε0之比，稱為該介質(zhì)的相對介電常數(shù)，用εr表示， 即：

r=

/

0電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社【例4-1】有一真空電容器，其電容是10μF，其兩極間插入云母介質(zhì)，并將兩極板間距離增大一倍后，求云母電容器的電容。解：查表4-1可知云母的相對介電常數(shù)εr=7，則真空電容器的電容云母電容器的電容可得：

電容是電容器的固有特性，它只與兩極板間的正對面積、極板間的距離及極板間的介質(zhì)有關(guān)，與電容器是否帶電、帶電多少無關(guān)。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（2）下面討論平行板電容器的兩種典型問題：

平行板電容器充電后,斷開與電源的連接電容器充電后,斷開電源，則電容器所帶電荷量q保持不變，根據(jù)下列公式討論C、q、E的變化情況。

平行板電容器充電后，繼續(xù)保持與電源相連接

由于電容器始終連接在電源上，因此兩板間的電壓U保持不變，根據(jù)下列公式討論C、q、E的變化情況。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.1.4電容器的種類和參數(shù)（1）電容器的種類

電容器按其電容量是否可變，可分為固定電容器和可變電容器，可變電容器還包括半可變電容器。

固定電容器的電容量是固定不變的，它的性能和用途與兩極板間的介質(zhì)有關(guān)。一般常用的介質(zhì)有云母、陶瓷、金屬氧化膜、紙介質(zhì)、鋁電解質(zhì)等。無極性電容器有極性電容器電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社可變電容器是指電容量在一定范圍內(nèi)可調(diào)的電容器。半可變電容器又稱為微調(diào)電容器。微調(diào)電容器

可變電容器電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（2）電容器型號的命名方法

例如：電容器CC23的說明。

第一部分第二部分第三部分第四部分

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主稱介質(zhì)材料特征產(chǎn)品序號電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（3）電容器的主要參數(shù)

電容器的參數(shù)主要有額定工作電壓、標稱容量和允許誤差等，通常都標在電容器的外殼上。①標稱容量標稱容量是指電容器上所標明的電容量的值。②允許誤差

電容器實際容量與標稱容量之間是有差額的，這一差額叫做電容器的允許誤。③額定工作電壓

額定工作電壓一般稱為耐壓，是指在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，電容器連續(xù)工作所能承受的最大電壓值。④電容器的絕緣電阻電容器的絕緣電阻又稱漏電阻，是指電容器兩個電極之間的電阻。⑤電容器的溫度系數(shù)

電容器的溫度系數(shù)是指電容器在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1℃，電容量的相對變化值。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（4）電容器的標注方法標志方法主要有直標法、數(shù)碼法和文字符號法。額定工作電壓標稱容量允許誤差為J（

5

）表示介質(zhì)材料表示電容①直標法直標法是指在電容器的表面直接用數(shù)字或標注容量、耐壓及誤差等主要參數(shù)的表示方法。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社②數(shù)碼法一般用三位數(shù)字表示電容器容量的大小，前二位數(shù)字表示有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示指數(shù)，即零的個數(shù)，單位為皮法（pF）。例如：104=10×104pF=0.1F0.1

F③文字符號法文字符號法是由數(shù)字和字母相結(jié)合表示電容器的容量，容量整數(shù)部分寫在容量單位符號的前面，容量的小數(shù)部分寫在容量單位符號的后面。例如：4n7表示4.7nF，即4700pF4700pF電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.2電容器的連接4.2.1電容器的串聯(lián)

把幾個電容器首尾相接連成一個無分支的電路，稱為電容器的串。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社電容器的串聯(lián)電路的特點⑴電荷量特點

q=q1=q2每個電容器帶的電荷量相等。⑵電壓特點

U=U1+U2總電壓等于各個電容器上的電壓之和。⑶電容特點

總電容的倒數(shù)等于各個電容器的電容的倒數(shù)之和。⑷電壓分配

C1U1=C2U2電容器串聯(lián)電路中各電容器兩端的電壓與其自身的電容量成反比。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社【例4-2】有兩只電容器C1=C2=C0=20μF、耐壓為50V,求（1）將兩只電容器串聯(lián)后的總電容是多少？（2）電容器串聯(lián)后，如果在它兩端加U=80V的電壓，每個電容器兩端的電壓為多大？解：(1)兩只電容器串聯(lián)后的等效電容是：(2)串聯(lián)后各電容器所帶的電量相等

q=q1=q2=CU=10×10-6×80C=8×10-4C每個電容器兩端的電壓是：U1＝U2＝8×10-4/20×10-6V=40V

電容器串聯(lián)電路常應用于耐壓不夠的場合。但注意，電容大的電容器分配的電壓小，電容小的電容器分配的電壓反而大。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社【例4-3】現(xiàn)有容量C1為200μF、耐壓為500V和容量C2為300μF、耐壓為900V的兩只電容器。（1）將兩只電容器串聯(lián)后的等效電容是多少？（2）電容器串聯(lián)后，如果在它兩端加1000V的電壓，電容器是否會被擊穿？解：(1)兩只電容器串聯(lián)后的等效電容是：(2)串聯(lián)后，各電容器的電量是： q1=q2=q=CU=120×10-6×1000C=0.12C所以：

U1＝600V；U2＝400VC1和C2都會被擊穿，因此電路不能正常工作。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.2.2電容器的并聯(lián)

將兩個或兩個以上電容器的正極接在一起，負極也接在一起的連接方式，稱為電容器的并聯(lián)。

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社電容器的并聯(lián)電路的特點（1）電壓特點U=U1=U2每個電容器兩端的電壓相等，并等于外加電壓。（2）電荷量特點q=q1+q2總電荷量等于各個電容器的帶電荷量之和。（3）電容特點

C=C1+C2

總電容等于各個電容器的電容之和。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社【例4-4】如圖4-13所示電路中，電源電壓E＝400V，先將開關(guān)S置“1”，如圖4-13（a）所示，對電容器C1充電，充電完畢后，將開關(guān)S置于“2”，如圖4-13（b）所示，如果C1＝4μF，C2＝6μF，求：（1）C1和C2兩極板間電壓各為多少？（2）C1和C2各帶多少電荷量？

（a）(b)解：開關(guān)S置“1”，電容器C1的電荷為：q1＝C1U＝400×4×10-6C＝1.6×10-3C開關(guān)S置“2”，C1和C2電容器并聯(lián),總電荷量不變。q=q1+q2＝1.6×10-3C并聯(lián)后的總電容為：C＝C1+C2＝4×10-6+6×10-6＝1×10-5μF所以：（1）U＝U1＝U2＝q/C＝1.6×10-3/1×10-5＝160V（2）q1=C1U=4×10-6×160C=6.4×10-4μFq2=C2U=6×10-6×160C=9.6×10-4μF電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社【例4-5】在設計某一電路中需用接入一只耐壓為1000V，電容為4μF的電容器，現(xiàn)只有耐壓為500V，電容為4μF的電容器若干，問用什么連接方法才能滿足要求？解:根據(jù)耐壓的要求，只要將兩只4μF/500V電容器串聯(lián)起來就可以了，但根據(jù)兩只電容 器串聯(lián)的等效公式，可得：因此等效電容不能滿足提示要求，如再并上這樣一組電容，則總的等效電容為：C1C2C3C4可得如圖所示的電路。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.2.3電容器的充電和放電電容器充電和放電實驗電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（1）電容器的充電過程

充電過程中，電路中的電流從最大逐漸變成零，電容器兩端的電壓從零慢慢增大，最后等于電源電壓。

電容器充電是一個過程，需要一定的時間，這個時間稱之為“延時”。電容器具有隔斷直流電的作用，即“隔直”作用。充電：使電容器帶電（儲存電荷和電能）的過程。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社（2）電容器的放電過程放電：使充電后的電容器失去電荷（釋放電荷和電能）的過程。

放電過程中，電路中的電流從最大逐漸變成零，電容器兩端的電壓從增大慢慢變成零。電容器的充、放電電路的實驗現(xiàn)象記錄表序號過程實驗現(xiàn)象結(jié)束標志指示燈電流表電壓表1充電由亮逐漸變暗，最后熄滅讀數(shù)由大逐漸變小，最后為0讀數(shù)由0逐漸變大，最后為EIC=0，UC=E2放電由亮逐漸變暗，最后熄滅讀數(shù)由大逐漸變小，最后為0讀數(shù)由E逐漸變小，最后為0IC=0，UC=0電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社4.2.4電容器中的電場能量

電容器在充電過程中，兩極板上有電荷積累，極板間形成電場。電場具有能量，此能量是從電源吸收過來儲存在電容器中的。電容器中的的電場能計算公式為：式中，電容C的單位為F，電壓UC

的單位為V，電荷量q的單位為C，能量的單位為J。

電容器中儲存的能量與電容器的電容成正比，與電容器兩極板間電壓的平方成正比。

電容器是一種儲能元件，電容器本身只與電源進行能量交換，不消耗能量。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社

電容器的儲存功能在實際中得到廣泛的應用，不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。在電子線路中，電容用來通過交流而隔斷直流，也用來存儲和釋放電荷以充當濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，大容量的電容往往是用于濾波和存儲電荷。電容器在電路中的作用電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社任務實施：用MF47型萬用表識別和檢測電容器任務1.用MF47型萬用表識別電容器的極性直接觀察法：方法（1）：長引腳為正極，短引腳為負極；方法（2）：在電容器外殼上標有“－”號的一端為負極，另一端為正極。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能西安電子科技大學出版社萬用表判別法：

將萬用表調(diào)至R×1K或R×100檔，測量第一次漏電阻阻值，記下數(shù)據(jù)。隨后將電容器放電，再將紅、黑表筆對調(diào)，測量第二次漏電阻阻值，記下數(shù)據(jù)。比較兩次測量結(jié)