电容器的充放电特点
锂电池和超级电容充放电特性
锂电池和超级电容充放电特性锂电池笑效率模型：目前，各种锂电池等效模型可分为：内阻模型、阻容模型和基于运行时间的电路模型。
更常用的电池模型是戴维南电路模型，它使用电压源表示电源的电动势，电阻表示电池的直接内阻，RC电路模拟电池的极化内阻和极化电容电池的充电限制电压是指电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值，对一般的锂离子电池，其值为4.2v，若电池到达限制电压后仍采用恒流充电，电池内部会持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，使电池内压增大，压力达到一定程序，会有外壳破裂。
电池的终止电压是指当电压下降到电池放电时不适合继续放电时的最低工作电压。
在电池使用过程中，如果电池的终端电压已达到终端电压，可以通过继续放电获得容量，但会对电池的使用寿命带来很大的损害。
因此，在放电过程中，必须在电压终止时停止放电。
终端电压与电池的放电电流、温度和其他因素有关。
在不同的工作环境下，电池的终止电压会有所不同。
中国国家标准规定单体电池的终止电压为2.75V，即当电池负载电压达到2.75V时，应立即停止放电。
电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻包括电池电极本身的电阻、电解液的电阻、离子透过隔膜时所受到的阻力、正负极与隔离层的接触电阻。
欧姆内阻与电池的类型、正负极材料、电解质有关，也受电池的大小、结构、装配等因素影响。
极化内阻指在电池的正极与负极进行电化学反应时极化所引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。
极化内阻并不服从欧姆定律，其阻抗一般呈容性。
R2是电池的欧姆电阻，R1是电池的极化电阻，C1是电池的极化电容。
一般来说，R2相对稳定，在电池工作过程中变化不大。
R1和C1是动态的，在蓄电池的充电和放电过程中会发生变化。
电池的内阻很小，基本在200毫欧以内。
在小电流放电时，由于外部电阻较大，电池内部压降相对于外电压可以忽略不计。
但电池进行大电流放电时，电池极化严重，电阻增大，会产生大量的热量使电池温度升高，电池端电压降低，放电时间缩短，对电池性能和寿命造成严重影响电池的实际容量是指电池在特定放电条件下实际放电的电量，理论上等于电池放电电流和放电时间的积分。
电容和电路的充放电
通过合理设计非线性电路，可以提高功率因数， 减少无功功率的消耗。
稳定性问题
非线性电路在稳态时可能存在多个平衡点，需要 注意稳定性问题，避免产生自激振荡等现象。
05
实际应用案例分析
储能设备中电容器选择与设计
电容器类型选择
根据储能设备的电压、电流和功率需求，选择合适的电容器类型， 如电解电容、陶瓷电容或薄膜电容等。
电容器类型及其特点
固定电容器
电容量固定不变，如纸 质电容器、陶瓷电容器
等。
可变电容器
电容量可按需调整，如 微调电容器、单联电容
器等。
电解电容器
具有极性，主要用于直 流或低频交流电路，如 铝电解电容器、钽电解
电容器等。
超级电容器
具有高电容量、快速充 放电等特点，广泛应用 于电动汽车、风力发电
等领域。
充电开始时，电流最大，随着电容器 电压的升高，电流逐渐减小，直到充 电结束，电流为零。
放电过程中电压电流变化
电压变化
在放电过程中，电容器两端的电压逐渐降低，直到降为零。
电流变化
放电开始时，电流最大，随着电容器电压的降低，电流逐渐 减小，直到放电结束，电流为零。
充放电时间常数计算
时间常数定义
充放电时间常数是指电容器在充放电 过程中，电压或电流达到稳定值所需 的时间。
04
非线性电路中的充放 电现象
非线性元件对充放电影响
非线性电阻
当电流或电压超过一定阈值时， 电阻值会发生变化，从而影响电
容的充放电速度。
二极管
具有单向导电性，正向导通时相当 于短路，反向截止时相当于开路， 对电路充放电过程产生显著影响。
晶体管
通过控制基极电流实现对集电极电 流的控制，从而影响整个电路的充 放电过程。
电容充放电
电容充放电既然叫做电容，就是因为它有存储电荷的能力。
确切的说在交流高电平（高于电容电压）充电，低电平（低于电容电压）放电。
电容充放电分两种情况1、在交流中应该是随着电压（正半周）不断的上升充电，电压达到峰值开始回落，电容也随着回落开始放电（负半周类同）。
还有在交流0.180.360.度都是零电位，电容放电2、在直流电源中，经过整流、电容滤波的话，电容只是在脉动直流电峰值附近上升和下降的时间内充电。
电压回落的时间放电。
电容在电路中各种作用A、电压源正负端接了一个电容(与电路并联)，用于整流电路时，具有很好的滤波作用，当电压交变时，由于电容的充电作用，两端的电压不能突变，就保证了电压的平稳。
当用于电池电源时，具有交流通路的作用，这样就等于把电池的交流信号短路，避免了由于电池电压下降，电池内阻变大，电路产生寄生震荡。
B、比如说什么样的电路中串或者并个电容可以达到耦合的作用,不放电容和放电容有什么区别？在交流多级放大电路中,因个级增益及功率不同.各级的直流工作偏值就不同!若级间直接藕合则会使各级工作偏值通混无法正常工作!利用电容的通交隔直特性既解决了级间交流的藕合,又隔绝了级间偏值通混,一举两得!C、基本放大电路中的两个耦合电容，电容+极和直流+极相接，起到通交隔直的作用，接反的话会怎么样，会不会也起到通交隔直的作用，为什么要那接呀！接反的话电解电容会漏电，改变了电路的直流工作点，使放大电路异常或不能工作D、阻容耦合放大电路中，电容的作用是什么？？隔离直流信号，使得相邻放大电路的静态工作点相互独立，互不影响。
E、模拟电路放大器不用耦合电容行么，照样可以放大啊? 书上放大器在变压器副线圈和三极管之间加个耦合电容，解释是通交流阻直流，将前一级输出变成下一级输入，使前后级不影响，前一级是交流电，后一级也是交流电，怎么会相互影响啊，我实在想不通加个电容不是多此一举啊你犯了个错误。
前一级确实是交流电，但后一级是交流叠加直流。
电容电容器的充电和放电
第三节 电容器的充电和放电一、电容器的充电充电过程中，随着电容器两极板上所带的电荷量的增加，电容器两端电压逐渐增大，充电电流逐渐减小，当充电结束时，电流为零，电容器两端电压U C = E二、电容器的放电放电过程中，随着电容器极板上电量的减少，电容器两端电压逐渐减小，放电电流也逐渐减小直至为零，此时放电过程结束。
三、电容器充放电电流充放电过程中，电容器极板上储存的电荷发生了变化，电路中有电流产生。
其电流大小为tq i ∆ ∆= 由C Cu q =，可得 C u C q ∆= ∆。
所以tu C t q i C ∆ ∆= ∆ ∆= 需要说明的是，电路中的电流是由于电容器充放电形成的，并非电荷直接通过了介质。
。
四. 电容器中的电场能量1、电容器中的电场能量(1)．能量来源电容器在充电过程中，两极板上有电荷积累，极板间形成电场。
电场具有能量，此能量是从电源吸取过来储存在电容器中的。
(2)．储能大小的计算电容器充电时，极板上的电荷量q 逐渐增加，两板间电压u C 也在逐渐增加，电压与电荷量成正比，即 q = Cu C ，如图4-6所示。
把充入电容器的总电量q 分成许多小等份，每一等份的电荷量为 ∆q 表示在某个很短的时间内电容器极板上增加的电量，在这段时间内，可认为电容器两端的电压为u C ，此时电源运送电荷做功为q u W C C ∆= ∆ 即为这段时间内电容器所储存的能量增加的数值。
当充电结束时，电容器两极板间的电压达到稳定值U C ，此时，电容器所储存的电场能量应为整个充电过程中电源运送电荷所做的功之和，即把图中每一小段所做的功都加起来。
利用积分的方法可得22121C C C CU qU W == 式中，电容C 的单位为F ，电压U C 的单位为V ，电荷量q 的单位为C ，能量的单位为J 。
电容器中储存的能量与电容器的电容成正比，与电容器两极板间电压的平方成正比。
2、电容器在电路中的作用当电容器两端电压增加时，电容器从电源吸收能量并储存起来；当电容器两端电压降低时，电容器便把它原来所储存的能量释放出来。
电场(四)-----电容与充电放电
电场（四）------电容与充电放电专题一：电容的定义式：C =QU ，电容大小等于电容板上所带电荷量与电势差之比。
注意：充电时：电容不变，电荷量与电势差均增大；放电时电荷量与电势差均减小。
专题二：电容的决定式：C =εγS 4πkd ，εγ表示的是平行金属板电容器间的电介质，两个平行金属板中间只有空气时电介质最小，插入其他绝缘物质时都会变大。
S 表示的是两个平行板电容器所正对的面积，d 表示的是两个平行金属板之间的间距。
注意：（一）一平行金属板电容器充电后与电源断开，负极板接地，则极板上的电荷量Q 不变：①若只增大板间距离d ，由C =εγS 4πkd可得C 在变小；Q 不变时，由C =QU 可知U 在变大，电场强度E 不变；②若只减小板间距离d ，由C =εγS 4πkd 可得C 在变大；Q 不变时，由C =QU 可知U 在变小，电场强度E 不变；③若只增大两个平行板电容器所正对的面积S ，由C =εγS 4πkd可得C 在变大；Q 不变时，由C =QU可知U 在变小，两个金属板间距离不发生变化时，由E =Ud 可知两板间的电场强度变小。
④若只减小两个平行板电容器所正对的面积S ，由C =εγS 4πkd 可得C 在变小；Q 不变时，由C =QU 可知U 在变大，两个金属板间距离不发生变化时，由E =Ud 可知两板间的电场强度变大。
⑤若在两个金属板之间放入其他的绝缘物质时，则εγ会变大，由C =εγS4πkd 可得C 在变大；Q不变时，由C =Q U 可知U 在变小，两个金属板间距离不发生变化时，由E =Ud 可知两板间的电场强度变小。
⑥若在两个金属板间放入另一个金属板时，相当于是将金属板间距d 变小，由C =εγS4πkd 可得C 在变大；Q 不变时，由C =QU 可知U 在变小。
（二）一平行金属板电容器直接与电源相连，则两个金属板之间电势差U 不变：①若只增大板间距离d ，由C =εγS 4πkd可得C 在变小；U 不变时，由C =Q U 可知Q 在变小，由E =Ud可知电场强度E 变小； ②若只减小板间距离d ，由C =εγS 4πkd 可得C 在变大；U 不变时，由C =Q U 可知Q 在变大，由E =Ud可知电场强度E 变大；③若只增大两个平行板电容器所正对的面积S ，由C =εγS 4πkd可得C 在变大；U 不变时，由C =QU可知Q 在变大，两个金属板间距离不发生变化时，由E =Ud 可知两板间的电场强度E 不变。
电容的特点及常用的分类
电容的特点及常用的分类电容的特点1.它具有充放电特性和阻止直流电流通过，允许交流电流通过的能力。
2.在充电和放电过程中，两极板上的电荷有积累过程，也即电压有建立过程，因此，电容器上的电压不能突变。
电容器的充电：两板分别带等量异种电荷，每个极板带电量的绝对值叫电容器的带电量。
电容器的放电：电容器两极正负电荷通过导线中和。
在放电过程中导线上有短暂的电流产生。
3.电容器的容抗与频率、容量之间成反比。
即分析容抗大小时就得联系信号的频率高低、容量大小。
电容器的作用耦合：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。
滤波：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除。
退耦：用在退耦电路中的电容器称为退耦电容，在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路，退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连。
高频消振：用在高频消振电路中的电容称为高频消振电容，在音频负反馈放大器中，为了消振可能出现的高频自激，采用这种电容电路，以消除放大器可能出现的高频啸叫。
谐振：用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容，LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。
旁路：用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路，根据所去掉信号频率不同，有全频域(所有交流信号)旁路电容电路和高频旁路电容电路。
中和：用在中和电路中的电容器称为中和电容。
在收音机高频和中频放大器，电视机高频放大器中，采用这种中和电容电路，以消除自激。
定时：用在定时电路中的电容器称为定时电容。
在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。
积分：用在积分电路中的电容器称为积分电容。
在电势场扫描的同步分离电路中，采用这种积分电容电路，可以从场复合同步信号中取出场同步信号。
第54讲 电容器的充电与放电实验(解析版)
第54讲 电容器的充电与放电实验一.知识回顾1.电容器的组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。
最简单的电容器是平行板电容器。
2.电容器的充电、放电①充电：两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。
②放电：电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。
③充电时电流流入正极板，放电时电流流出正极板。
3．电容(1)定义：电容器所带的电荷量Q 与电容器两极板之间的电势差U 之比，叫作电容器的电容。
其中“电容器所带的电荷量Q ”，是指一个极板所带电荷量的绝对值。
(2)定义式：C ＝Q U 。
推论：C ＝ΔQ ΔU。
(3)单位：法拉(F)，1 F ＝106 μF ＝1012 pF 。
(4)物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。
(5)决定因素电容C 的大小由电容器本身结构(大小、形状、正负极相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及所带电荷量(或两端所加电压)无关。
4．平行板电容器的电容(1)影响因素：平行板电容器的电容与极板的正对面积成正比，与两极板间电介质的相对介电常数成正比，与极板间的距离成反比。
(2)决定式： C ＝εr S 4πkd ，k 为静电力常量。
5．常用电容器(1)分类：从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器。
(2)击穿电压与额定电压：加在电容器极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压叫作击穿电压；电容器外壳上标的电压是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。
二.实验：观察电容器的充、放电现象1．实验电路及器材如图所示，把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。
2．实验步骤(1)把开关S接1，观察电流表及电压表指针的偏转。
(2)把开关S接2，观察电流表及电压表指针的偏转。
3．实验现象(1)充电现象：把开关S接1时，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值。
第47课时 观察电容器的充、放电现象 [实验增分课]
![第47课时 观察电容器的充、放电现象 [实验增分课]](https://img.taocdn.com/s3/m/6c14a3448f9951e79b89680203d8ce2f006665c8.png)
①将定值电阻R1等器材按图甲连接电路后，将开关S与1端连接，电源向电容器
充电；
②将开关S与2端连接，测得电流随时间变化的i－t曲线如图乙所示；
目录
③用R2替换R1后，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的i－t曲线如图
丙中的某条虚线所示。
目录
着眼“四翼”·探考点
目录
【典例1】 图甲是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电
阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电荷量Q，从而求出待测电容器
的电容C。某同学在一次实验时的情况如下：
目录
A.按如图甲所示的电路图接好电路；
B.接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此
，经过这一过程，电容器的两极板就会
（选填“正”或“负”）电荷，电
路稳定后灵敏电流计G的示数为零。当把开关S由1合向2时，有
（选填
“自左向右”或“自右向左”）流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程
叫
。
目录
解析：将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给
电容器储存电荷，这一过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带
相同。
（1）请在图1中画出上述U－Q图像。
解析：（1）U－Q图像如图所示。
答案：（1）见解析图
目录
（2）在如图2所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源（忽略内阻）。通过
改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的Q－t曲线如图3中①
②所示。
a.①②两条曲线不同是
（选填“E”或“R”）的改变造成的；
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电容器的充放电特点
当电容器与电阻串联时，接通直流电源后，电源电压会通过电阻向电容器充电，电容器两极板间的电压会逐渐升高到与电动势相等，充电电流则不断减小，并衰减到零。
电容器充电后，如果断开电源，此时电容器与电阻串联成闭合电路，电容器开始放电，电容器的电压衰减到零，放电电流等于零。
电容器充、放电过程有以下特点。
(1)电容器是一种储能器件。
(2)电容器充、放电的快慢与电路中电阻R与电容C的乘积RC有关。
(3)电容器在直流电路中起到开路作用，即相当于把直流电源断开。
如果电容器接通交流电源，则与直流不同，电路中将出现连续的交流电流，该电流是由于电容器反复充、放电形成的。