中专电工基础教案 第三章 电 容 器

第三章电容器

3-1 电容器与电容 &3-2 电容器的参数和种类

一、电容器

1、定义：

电容器：是由两个导体电极中间夹一层绝缘体（又称电介质）所构成。电容器最基本的特性是能够存储电荷。

2、用途：

具有“隔直通交”的特点，在电子技术中，常用于滤波、移相、旁路、信号调谐等；在电力系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。

3、主要技术参数：电容量、允许误差、额定电压。

识别方法：数值法和色标法。（带实物讲解）

例：某一瓷介电容上标有104，其标称电容量为10×104pF,即0.1μF

4、工作原理： P67页

单位：

法拉，简称法，通常用符号“F”表示。

符号表示：常用电容器符号

二、电容

用来表征电容器存储电荷的本领大小。

含义：电容器任一极板所储存的电荷量，与两极板间电压的比值叫电容量，简称电容。用字母C表示，电容定义式为：

式中Q——一个极板上的电荷量，单位是库[仑]，符号为C；

U——两极板间的电压，单位是伏[特]，符号为V；

C——电容，单位是法[拉]，符号为F。

实际应用常用的是较小的单位有微法（μF）和皮法（pF）:

三、平行板电容器

理论与实验证明，平行板电容器的电容量与极板面积S及电介质介电常数ε成正比，与两极板之间的距离成反比。

其数学表达式为

（式3-2）

式中ε——某种电介质的介电常数，单位是法[拉]每米，符号为F/m；

S——极板的有效面积，单位是平方米，符号为㎡；

d——两极板间的距离，单位是米，符号为m；

C——电容，单位是法[拉]，符号为F。

注意：

（1）对某一个平行板电容器而言，它的电容是一个确定之，其大小仅与电容器的极板面积大小、相对位置以及极板间的电介质有关；与两极板间电压的大小、极板所带电荷量多少无关。

（2）并不是只有电容器才有电容，实际上任何两个导体之间都存在着电容。

四、电容器的参数

1、额定工作电压

一般叫做耐压，它是指使电容器能长时间地稳定工作，且保证电介质性能良好的支流电压的数值。

必须保证电容器的额定工作电压不低于工作电压的最大值。（交流电路，考虑交流电压的峰值。）

2、标称容量和允许误差

电容器上所标明的电容量的值叫做标称容量。

实际电容值与标称电容值之间总是有一定误差。

五、电容器的种类（结合手头所有的电容器讲解）

按照电容量是否可变，可分为规定电容器和可变电容器（包括半可变电容器）。

1、固定电容器：常用的介质有云母、陶瓷、金属氧化膜、职阶制、铝电

解质等等。

注意：电解电容有正负极之分，切记不可将极性接反或使用于交流电路中，否则会将电解电容器击穿。

2、可变电容器：电容量在一定范围内可调节的电容器，常用电介质有薄膜介质、云母等。

半可变电容器又叫微调电容，在电路中常被用作补偿电容。容量一般都只有几皮法到几十皮法。常用的电介质有瓷介质、有机薄膜等。六、例题讲解

略。（见教材§3-1例题）

小结

（1）电容器的基本特性，用途，单位等；电容量如何计算。

注：电容器时存储电荷的设备，而电容量是衡量电容器在一定外加电压作用下储存电荷能力的大小的物理量。

（2）电容器的参数。（额定电压、标称容量和允许误差）。特别应当注意额定电压应当大于电容器工作电压的最大值（交流电压考虑峰值）。

（3）电容器的种类。

3-3 电容器的连接 &

3-4 电容器中的电场能

一、电容的串联

电容的串联：与电阻串联类似，将两个或两个以上的电容器，连接成一个无分支电路的连接方式。

适用情形：当单独一个电容器的耐压不能满足电路要求，而它的容量又足够大时，可将几个电容器串联起来，再接到电路中使用。

图3-5电容器串联电路

电容串联电路等效电容的计算：

（式3-4）

分析：电容起串联时，等效电容C的倒数是各个电容器电容得到数之和。总电容比每个电容器的电容都小。这相当于加大了电容器两极板间的距离d，因而电容减小。

注意：

（1）串联电容组中每一个电容器都带有相等的电荷量。

（2）电容器串联时电容间的关系，与电阻并联时电阻关系相似。

推广后的计算公式：

如果有n个电容器串联，可推广为

（式3-5）

当n个电容器的电容相等，均为C0时，总电容C为

（式3-6）

二、电容的并联

电容的并联：把几只电容器接到两个节点之间的连接方式。

图3-8 电容器并联电路

适用情形：当单独一个电容器的电容量不能满足电路的要求，而其耐压均满足电路要求时，可将几个电容器并联起来，再接到电路中使用。

电容并联时等效电容的计算：

(式3-7)

分析：当电容器并联时，总电容等于各个电容之和。并联后的总电容扩大了，这种情况相当于增大了电容器极板的有效面积，使电容量增大。

注意：

（1）电容器并联时，加在各个电容器上的电压是相等的。每只电容器的耐压均应大于外加电压，否则，一旦某一只电容器被击穿，整个并联电路就被短路，会对电路造成危害。

（2）电容器并联时电容间的关系，与电阻串联时电阻关系相似。

推广后的计算公式：

如果有n个电容器并联，可推广为

（式3-8）

当并联的n个电容器的电容相等，均为C0时，总电容C为

（式3-9）

三、电容器的充电和放电

电容在充电过程中，电容器储存了电荷，也储存了能量；在放电过程中，电容器将正、负电荷中和，也随之放出了能量。

电容充发电过程中电路中的电流：

（式3-10）

注意：

（1）若电容两端加直流电，，电容器相当于开路，所以电容器具有隔直流的作用。

（2）若将交变电压加在电容两端，则电路中有交变的充发电流通过，即电容具有通交流作用。

四、电容器中的电场能

电容器的充放电过程，实质上是电容器与外部能量的交换过程。电容器本身不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件。

电容器中的电场能：

式中C——电容器的电容，单位是法[拉]，符号为F；

U——电容器两极板间的电压，单位是伏[特]，符号为V；

W C——电容器中的电场能，单位是焦[耳]，符号为J。

显然，在电压一定的条件下，电容越大，储存的能量越多，电容也是电容器储能本领大小的标志。

五、例题讲解

略。（见教材§3-3例题1，例题3，§3-4例题1）