第5章 电容电容器
1-8 电容器的电容 课件(共49张PPT)
第一章
8
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知识体系构建
第一章
8
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考点题型设计
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成才之路· 物理
人教版 ·选修3-1
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
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第一章
静电场
第一章
静电场
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第一章
8 电容器的电容
第一章
8
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题型1
对电容及电容器的理解
下面关于电容器及其电容的叙述正确的是
(
) A．任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，就组成了
电容器，跟这两个导体是否带电无关 B．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代 数和 C．电容器的电容与电容器所带电荷量成反比
第一章
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答案：A
第一章
8
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εrS Q 点评：①将 C＝Q/U，C＝ 与 E＝F/q、E＝k 2对比， 4πkd r 弄清哪是定义式，哪是决定式。 Q ΔQ ②由 C＝U可推得 C＝ ，有时应用很方便。 ΔU
电容器知识介绍
惠水民族中等职业技术学校电子元器件识别电容器识别与应用制作人：张家文QQ：292262375电容器概念与功能❖电容器是由两个金属电极，中间夹一层电介质构成的电子元件。
简单地讲，电容器是储存电荷的容器。
电容器能储存电荷，在这一点上与电阻器不同，理论上讲电容器对电能无损耗，而电阻器则是通过自身消耗电能来分配电能。
❖电容器在电子线路中的作用一般概括为：通交流、隔直流。
电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、移相等电气作用。
电容器的符号与基本功能++a b c d e电容器的符号电容器电路符号❖最常用的一般电容器电路符号，这种电容器的两根引脚没有正负之分，在电子电路中这种电容器的容量较小，一般为小于1μF。
a电容器电路符号●我国目前国标规定的有极性电容器的电路符号。
在电子电路中，容量大于(等于) 1μF的电容器采用电解电容。
b ●图中用+号表示正极性引脚。
在使用中，这种电容器要求正极引脚接电路中的高电位，负极接低电位。
电容器电路符号❖国外用来表示有极性电容器(电解电容)的电路符号，它也用+号表示正极性的引脚c电容器电路符号❖我国以前规定的电路符号，现在已不能使用。
图中用空心符号表示电容器的正极片。
d电容器电路符号❖无极性电解电容器的电路符号。
电解电容的特点是容量较大。
e电容器的容量单位❖电容量的单位是法拉(F),简称法。
通常法的单位太大，常用它的百万分之一作单位，称为微法(μF)，更小的单位是皮法(pF),它们之间的关系是❖IF=106μF❖1μF=106PF❖1nF=103pF电容器的基本功能❖1、直流电路中电容充放电特性（同交流，隔直流）。
❖2、电容器构成的滤波电路。
❖3、电容器构成的交流信号耦合电路。
电容充放电特性充放电过程电容器构成的滤波电路电容滤波电容器构成的交流信号耦合电路❖电容对交流信号阻抗较小，可视为通路，而对直流信号阻抗很大，可视为断路。
在放大器中，电容常作为交流信号的输入和输出耦合电路器件。
电路分析基础教案(第5章) 2
§5-2 电容的VCR 例题：电路如图所示，电压源电压为三角波形， 求电容电流i（t）。
0 0.5 1 1.5 -100 解：在关联参考方向时，i=C（du/dt）， 在0≤t≤0.25ms期间， i=1×10-6×[(100-0)/(0.25×10-3-0)=0.4A；
35
i(t) + C= u(t) 1 μ F -
100
u/V t/ms
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§5-2 电容的VCR u/V
100 0 -100
t/ms 0.5 1 1.5
在0.25≤t≤0.75ms期间， i=1×10-6×[(-100-100)/(0.75×10-30.25×10-3)] =-0.4A；
36
§5-2 电容的VCR
100 0 -100
0.4
u/V
§5-1 电容元件
3、电容元件特点 线性电容有如下特点： （1）双向性 库伏特性是以原点对称，如图所示，因此与 端钮接法无关。 斜率为C q/C C u/V
0
18
§5-1 电容元件 （2）动态性 若电容两端的电压是直流电压U，则极板上的 电荷是稳定的，没有电流，即：I=0。
电容相当于断 路（开路），所 以电容有隔断直 流作用。
8
第五章 电容元件与电感元件 电阻电路在任意时刻t的响应只与同一时刻的 激励有关，与过去的激励无关。 因此，电阻电路是“无记忆”，或是说“即 时的”。 与电阻电路不同，动态电路在任意时刻t的响 应与激励的全部过去历史有关。 因此，动态电路是“有记忆”的。
9
第五章 电容元件与电感元件
本章主要内容： 动态元件的定义； 动态元件的VCR； 动态电路的等效电路； 动态电路的记忆、状态等概念。
电路-第五六章练习
一、单项选择题1. 两个电容C 1=3μF ，C 2=6μF 串联时，其等效电容值为 （ ）。
A 、9μFB 、3μFC 、6μFD 、2μF2. 电容器C 的端电压从0升至U 时，其吸收的电能为 （ ）。
A 、12CU 2B 、2CU 2C 、U C 23. 分析瞬变过程的三要素法只适用于 （ ）。
A 、一阶交流电路B 、一阶直流电路C 、二阶交流电路D 、二阶直流电路 4. 时间常数τ越大，表示瞬变过程 （ ）。
A 、越快B 、越慢C 、不变5. RC 电路初始储能为零，而由初始时刻施加于电路的外部激励引起的响应称为（ ）。
A 、暂态响应B 、零输入响应C 、零状态响应6. 动态元件的初始储能在电路中产生的零输入响应中 （ ）。
A 、仅有稳态分量B 、仅有暂态分量C 、既有稳态分量，又有暂态分量 7. 在换路瞬间，下列说法中正确的是 （ ）。
A 、电感电流不能跃变B 、电感电压必然跃变C 、电容电流必然跃变8. 工程上认为R ＝25Ω、L =50mH 的串联电路中发生暂态过程时将持续 （ ）。
A 、30～50msB 、37.5～62.5msC 、6～10ms9. 图示电路换路前已达稳态，在t=0时断开开关S ，则该电路 （ ）。
A 、电路有储能元件L ，要产生过渡过程B 、电路有储能元件且发生换路，要产生过渡过程C 、因为换路时元件L 的电流储能不发生变化，所以该电路不产生过渡过程。
10. 图示电路已达稳态，现增大R 值，则该电路 （ ）。
A 、因为发生换路，要产生过渡过程B 、因为电容C 的储能值没有变，所以不产生过渡过程 C 、因为有储能元件且发生换路，要产生过渡过程11. 图示电路在开关S 断开之前电路已达稳态，若在t=0时将开关S 断开，则电路中L 上通过的电流)0(+L i 为 （ ）。
LCA 、2AB 、0AC 、－2A12. 图示电路中开关断开时的电容电压)0(+c u 等于（ ）A 、2VB 、3VC 、4VD 、0V13. 图示电路开关闭合后的电压)(∞c u 等于（ ）A 、2VB 、4VC 、6VD 、8V14. 图示电路的开关闭合后，电感电流)(t i 等于（ ）。
人教版(2019)高一物理 必修第三册 第十章：10.4电容器的电容(共30张PPT)
2.哪个储水本领大？ 如何反映其储水本领？
水量电荷量Q与电容器两极板
间的电势差成正比，比值Q/U 是一个常量。 不同的电容器，这个比值一般是不同的
.这个比值表征了电容器储存电荷的特性
---电容
二.电容
1、定义：电容器所带电量Q与电容器两极板间的 电势差 U的比值，叫电容器的电容。符号C。
B -Q
电路符号： 或
5、电容器的充放电 （１）充电：使原本不带电的两板带上等量异
种电荷的过程
正极板
＋Q
两有极短间暂 有的电压流
＋＋＋＋＋＋＋＋
E
－－－－－－－－
－Q
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
负极板
注意：
①电容器充电的过程中，在两极间的电压、两 板带等量异种电荷不断增大,直到两极电压等于 电源电压为止，该过程中电路中有短暂的充电 电流
2、两个电容器电量之比为2：1，电压之比为1：2, 则它们的电容之比为 4:1 。
3、某电容C=20PF，那么用国际单位表示，它的电 容为__2_×__1_0_-_11_F。
4、对于一个确定的电容器的电容正确的理解 是（ ）
A、电容与带电量成比 B、电容与电势差成反比 C、电容器带电量越大时，电容越大。
A、Q1＞Q2 B、Q1=Q2
√C、Q1＜Q2．
D、无法确定Q1与Q2的大小关系
研究平行板电容器 的电容和哪些因素有关
大量实验证明：
平行板电容器的电容C 跟介电常数r 成正比，跟 正对面积S 成正比，跟极板间的距离d 成反比．
公式表示为： C r s 4 kd
S 表示两板的正对面积,d 表示两板间的距离 r是电介质的介电常数，k是静电力常量
电容器的定义
数字含义：
电解方面各厂家有不同的使用方法，不 一而足。 薄膜电容：材料后面的第一个数字1 薄膜电容：材料后面的第一个数字1表 示箔式有感。2表示金属化。6 示箔式有感。2表示金属化。6表示交流。 8表示高压 瓷介电容: 材料后面的第一个数字1 瓷介电容: 材料后面的第一个数字1表 示圆片型。4表示独石型。8表示高压。 示圆片型。4表示独石型。8
第一类：电解类
电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等 阀金属的表面采用阳极氧化法生成一薄层 氧化物作为电介质，以电解质作为阴极而 构成的电容器。目前最常用的电解电容有 铝电解和钽电解。 广义上讲，电解质包括电解液、二氧 化锰、有机半导体TCNQ、导体聚合物 化锰、有机半导体TCNQ、导体聚合物 （PPy、PEDT）、凝胶电解质PEO等。后面 PPy、PEDT）、凝胶电解质PEO等。后面 的几种是目前比较尖端的电容器。 注意：电解质和电介质的不同。
电解电容பைடு நூலகம்特点
电解电容器特点一：单位体积的电容量非常 大，比其它种类的电容大几十到数百倍。 电解电容器特点二：额定的容量可以做到 非常大，可以轻易做到几万µf甚至几f 非常大，可以轻易做到几万µf甚至几f（但不能 和双电层电容相比）。 电解电容器特点三：价格比其它种类具有 压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普 通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的 设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产， 成本相对比较低。
b、钽电容的构造和生产过程 固体钽电解基本由钽粉（正极）+ 固体钽电解基本由钽粉（正极）+氧化膜（不能独立于钽粉 存在）+二氧化锰+银粉+石墨+环氧树脂+ 存在）+二氧化锰+银粉+石墨+环氧树脂+引线 第一步：将钽粉和有机溶剂掺杂在一起，按照一定的形状加压成形， 同时埋入钽引线。 第二步：在2000度以上的真空高温环境下，将掺杂有机溶剂的钽粉 第二步：在2000度以上的真空高温环境下，将掺杂有机溶剂的钽粉 在真空中进行烧结变成类似于海绵的状态，同时和引线真正地融 合在一起。 第三步：将海绵状的钽，泡在磷酸溶液里面电解，氧化后表面即生 成五氧化二钽。五氧化二钽的介电常数非常高，在27左右，性能 成五氧化二钽。五氧化二钽的介电常数非常高，在27左右，性能 高于铝电解电容的三氧化二铝介质（介电常数7 高于铝电解电容的三氧化二铝介质（介电常数7左右）。 第四步：将液态的硝酸锰加入钽块，然后将其在水蒸汽（催化剂） 环境中进行热分解，分别成二氧化锰与二氧化氮。硝酸锰吸附性 好，生成的二氧化锰可以完全吸附在海面状钽块内部的无数个小 孔当中。假如这里直接使用固体的二氧化锰，就无法达到这种效 果，这就是为什么二氧化锰只能在制造过程中得到的原因。假如 使用PPY/PEDT等固体聚合物，因其溶点很低，就可以直接将其 使用PPY/PEDT等固体聚合物，因其溶点很低，就可以直接将其 熔解然后放进去。 第五步： 最后要将银粉和石墨涂在二氧化锰的表面上，减少它的 ESR，增强它的导电性。 ESR，增强它的导电性。
5第五章电容式传感器1精品PPT课件
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（ d ）
传感器原理及工程应用
电容的总的变化量
C
C1
C2
2C0
[
d d0
( d d0
)3
]
电容的相对变化量 C 2 d [1 ( d )2 ( d )4 ]
C0
d0
d0
d0
电容特征方程忽略高次项得： C 2 d
C0
d0
提问与解答环节
Questions And Answers
d
d0
d0
非性线误性差误δ就差在和2％d～d0 1有0％关之，间如。果也当就d是d0 说0.，02在~ 0d.1产时生，微则小非变线
化△d时，会产生比较大的非线性误差。显然这种单极板
式变间距型传感器适用于微小位移的测量
第5章 电容式传感器
传感器原理及工程应用
5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（d）
第5章 电容式传感器 5.2 电容传感器输出特性
1 变极距型（ d ）
传感器原理及工程应用
差动结构的电容特征方程式为（当动极板向上移动时）
C1
C0
C
C0
1
1 d
d0
C0[1
d d0
( d )2 d0
]
定极板
C2
C0 [1
d d0
( d d0
)2
]
动极板
C1 d1 C2 d2
定极板
第5章 电容式传感器
A
d0 d
A
d0
(1
d d0
)
C01ຫໍສະໝຸດ 1 dd0增加的电容量为：
电容的相对变化量:
第5章 电容式传感器
电工技术习题答案第5、6章 习题
第5章 习题解答5.1 在图5.1所示电路中，12100V,1,99,10F E R R C μ==Ω=Ω=，试求：（1）S 闭合瞬间，各支路电流及各元件端电压的值；（2）S 闭合后到达稳定状态时中各电流和电压的值；（3）当用电感元件L =1H 替换电容元件后再求（1），（2）两种情况下各支路的电流及各元件端电压的值。
解：（1）S 闭合瞬间，由于电容C 的电荷0)0(,0C 0==-u q ，所以0)0()0(C C ==-+u u ，即C 可视为短路，2R 被短接，20i =。
此时（2）S 闭合后，电路达到稳定状态时，由于E 为直流电动势，所以C 视为开路，则10i =1R 11A 11V u iR ==⨯Ω=2C R 21A 9999V u u iR ===⨯Ω=（3）当用电感元件替换电容元件后，S 闭合瞬间，由于S 闭合前电感中电流为零，即L (0)0i -=，且电感元件中电流不能跃变，所以L L 1(0)(0)0i i i +-===电感在S 闭合瞬间L 视为开路，所以此时212100V1A 199E i i R R ====+Ω+Ω1R 11A 11V u iR ==⨯Ω=2R 21A 9999V u iR ==⨯Ω=11100V100A 1E i i R ====Ω2R C (0)0u u +==212100V1A199E i i R R ====+Ω+Ω1R 1100A 1100Vu iR ==⨯Ω=22L R 99V u u ==S 闭合后，且电路达到稳定状态时，在直流电动势E 作用下，电感元件L 视为短路，则2R 被短路。
所以，11100V 100A 1E i i R ====Ω 20i = 2L R 0u u ==1R 1100A 1100V u iR ==⨯Ω=5.2 在图5.2所示电路中，已知126V,6A ,3E I R R ====Ω。
当电路稳定后，在t =0时将两个开关同时闭合。
电工基础(第五版)第五章劳动版
位移测量
液位检测计
液位传感器实物图
精品课件 电容应用于位置测量
第五章 单相交流电
§5—3 单一参数交流电路
1.了解纯电阻交流电路、纯电感交流电路、纯电容交流电路 中电压与电流之间的相位关系和数量关系。
2.理解交流电路中瞬时功率、有功功率和无功功率的概念。 3.理解电感和电容的储能特性。
3.感抗—电感对交流电的阻碍作用
电感对交流电的阻碍作用称为感抗,用XL表示。感抗的单位
也是欧姆(Ω)。 感抗的计算式为
电感的感抗与频率的关系可以简单概括为：通直流,阻交 流,通低频,阻高频,因此电感也称为低通元件。
精品课件
第五章 单相交流电
一、超级电容器
超级电容器结构 精品课件
车用超级电容器
第五章 单相交流电
相量图也是正弦量的一种表示方法。其画法是:
(1)确定参考方向,一般以直角坐标系X 轴正方向为参
考方向。 (2)作一有向线段,其长度对应正弦量的有效值,与参考
方向的夹角为正弦量的初相。 若初相为正,则用从参考方向逆时针旋转得出的角度来
表示；若初相为负,则用从参考方向顺时针旋转得出的角度 来表示。
精品课件相量图
电容器放电
放电电压曲线 电容器的放电过程
放电电流曲线
电容器充放电达到稳定值所需要的时间与R 和C 的大小有 关。通常用R 和C 的乘积来描述,称为RC电路的时间常数,用 τ 表示,即:
精品课件
第五章 单相交流电
4.容抗—电容对交流电的阻碍作用 当电容器外接交流电时,电源与电容器之间不断地充电和放 电,电容器对交流电也会有阻碍作用,我们把电容对交流电的阻碍
第五章 单相交流电
§5—1 交流电的基本概念 §5—2 电容器和电感器 §5—3 单一参数交流电路 §5—4 RLC串联电路 §5—5 RLC并联电路
第5章 动态电路的过渡过程
解： 选定各电压、电流参考方向如图所示。 S打在1位时，电路处于稳态，电容相当于开路，此时 uC（0 -）= US =100 V t = 0时，S由1位打向2位，根据换路定律，有 uC（0+）= uC（0 -）=100 V 此时电容相当于100 V的电压源，作t = 0+ 时的等效电路如图5.1（b）所 示。由KVL得 uC（0+）- uR3（0+）+ uR2（0+）= 0 uC（0+）- [-R3 i（0+）] + R2 i（0+）= 0
R3 6 20 12 V uC（0 -）= U S R1 R3 46
t = 0时，S打开，输入为零。S打开瞬间有 uC（0+）= uC（0 -）= 12 V
1. 电压电流变化规律 电压、电流参考方向如图5.3（b）所示。换路后，根据KVL可得 uR - uC = 0 根据图5.3（b）中电压、电流参考方向，可写出电阻、电容VCR， 分别为 uR = R i R
iC C
d uC dt
将以上三式联立，可求出换路后（即t≥0时）电容电压uC变化规律的 微分方程 d uC RC + uC = 0 （t≥0） （5-2）
（4）一阶电路的全响应及三要素法；
（5）时间常数的计算及其物理意义。
难点：
（1）动态电路的经典分析法——解微分方程法； （2）过渡过程初始值的计算； （3）储能元件充放电规律。
5.1 过渡过程及换路定律
5.1.1 过渡过程
当电源电压（激励）为恒定值或作周期性变化时，电路中各部分电压 或电流（响应）也是恒定的或按周期性规律变化，即电路中响应与激励的 变化规律完全相同，称电路的这种工作状态为稳定状态，简称稳态。但是， 在实际电路中，经常遇到电路由一个稳定状态向另一个稳定状态的变化， 尤其当电路中含有电感、电容等储能元件时，这种状态的变化要经历一个 时间过程，称为过渡过程。 含有储能元件（也叫动态元件）L或C的电路称为动态电路。 电路产生过渡过程的原因无外乎有外因和内因，电路的接通或断开， 电路参数或电源的变化，电路的改接等都是外因。这些能引起电路过渡过 程的电路变化统称为“换路”。除了外因，电路中还必须含有储能元件电 感或电容，这是产生过渡过程的内因。动态电路的过渡过程，实质是储能 元件的充、放电过程。 电路的过渡过程一般比较短暂，但它的作用和影响都十分重要。有的 电路专门利用其过渡特性实现延时、波形产生等功能；而在电力系统中， 过渡过程的出现可能产生比稳定状态大得多的过电压或过电流，若不采取 一定的保护措施，就会损坏电气设备，引起不良后果。因此研究电路的过 渡过程，掌握有关规律，是非常重要的。