人民邮电出版社电工电子技术基础教案第四章

人民邮电出版社电工电子技术基础教案第四章 第第4章电容器4.1电容器与电容4.2电容器的充电和放电4.3电容器的连接4.4技能训练电容器充电、放电电路的接线及测量内容4.1电容器与电容4.1.1认识电容器4.1.2电容量4.1.3电容器的主要性能指标4.1.4常用电容器4.1.1认识电容器电容器是指能够容纳和储存电荷的装置。 平行板电容器两块相互平行、彼此靠得很近，但中间填充绝缘介质的金属板构成的电容器。 4.1.2电容量（C）电容量是衡量电容器储存电荷本领的大小的物理量。 电容器任一极板储存的电荷量Q与两板间电压U的比值，称该电容器的电容量。 UQC?单位法拉（F）、微法(?F)、皮法(pF),1016F F?pF F6101?平行板电容器的电容量dSC?【例例4.1】为将一个电容量为6.8?F的电容器接到电压为1000V的直流电源上，充电结束后，试求电容极板上所带的电量。 解根据电容的定义式,UQC?知C CUQ36108.61000108.6?4.1.3电容器的主要性能指标1.标称容量和允许误差 (1)标称容量成品电容器上所标明的电容值称为标称容量。 (2)允许误差电容器的标称容量与实际容量总是存在着一定的偏差，称为误差。 因这一误差是在国家标准规定的允许范围之内，故称为允许误差。 电容器的允许误差可以用误差等级表示，也可以用误差百分数表示。 2.额定工作电压电容器的额定工作电压，习惯上称为“耐压”，是指电容器长时间工作而不会引起介质电性能受到任何破坏的最大直流电压值。 如果电容器两端加上交流电压，那么，所加交流电压的最大值（峰值）不得超过额定工作电压。 1.固定电容器电容量固定不可调的电容器称为固定电容器。 4.1.4常用电容器表表4.1常见固定电容器的规格、特点名称型号电容量范围耐压（V）主要特点纸介电容器CZG1000pF0.1?F160400价格低，损耗较大，体积也较大云母电容器CY4.730000pF2507000耐高压、高温，性能稳定，体积小，漏电小，损耗小，但容量也小油质电容器CZM0.116?F2501600电容量大，耐压高，但体积大陶瓷电容器CC2pF0.047?F160500电容量大，耐压高，但体积大涤纶电容器CLX1000pF0.5?F63630耐高温，体积小，漏电小，性能稳定，容量小聚苯乙烯电容器CBX3pF1?F63250体积小，漏电小，重量轻金属膜电容器CZJ0.01100?F0400漏电小，损耗小，性能稳定，有较高的精密度铝电解电容器CD120000?F3450体积小，电容量较大，击穿后有自愈能力钽电解电容器CA2203300?F16125体积小，漏电小，稳定性高，价格高2.可变电容器电容量能在较大范围内随意调节的电容器称为可变电容器。 常用的有空气可变电容器和聚苯乙烯薄膜可变电容器。 3.微调电容器电容量在某一范围内可以调整的电容器称为微调电容器。 它有陶瓷微调、云母微调和拉线微调几种。 4.2.1电容器的充电过程4.2.2电容器的放电过程4.2.3时间常数4.2.4电容器的电场能量4.2.5电容器的特点4.2电容器的充电和放电4.2.1电容器的充电过程使电容器两极板带上等量异种电荷的过程，称为电容器的充电过程。 充电电流逐渐减小，电容器两端的电压逐渐增大。 4.2.2电容器的放电过程使电容器两极板所带正负电荷中和的过程，称为电容器的放电过程。 放电电流逐渐减小，电容器两端的电压逐渐减小。 RC?单位秒（s）电容器充放电时间的长短用时间常数来衡量。 R R和C C的乘积叫电路的时间常数。 4.2.3时间常数)(?5?t在理论上，充、放电过程必须经无限长的时间方能结束，但在实际时，充、放电过程基本结束。 应用中，可以认为当电路中电阻一定，电容量越大，则达到同一电压需要的电荷越多，因此需要的充电时间越长。 当电路中电容量一定，电阻越大，充电电流越小，因此充电到同样的电荷值所需要的时间越长。 4.2.4电容器的电场能量电容器储存的电场能量221CU WC?单位焦耳（J）4.2.5电容器的特点1.电容器是一种储能元件。 2.电容器能够隔直流、通交流。 3.不论是充电还是放电时，电容器上的电压都是变化的，充电时它不可能立即达到电源电压，放电时它也不可能立即下降为零，即电容器两端的电压不能突变。 电容器充、放电的快慢用时间常数来衡量。 ?5?t一般认为时，充、放电过程基本结束。 4.3电容器的连接4.3.1电容器的串联4.3.2电容器的并联4.3.3电容器的混联4.3.1电容器的串联1.电容器的串联将几个电容器依次相连，中间无分支的连接方式，称为电容器的串联。 2.电容器的串联的特点 (1)串联后的等效电容（总电容量）的倒数等于各电容器的容量的倒数之和nC C C C C11111321?当两个电容器串联时，其等效电容为2121C CC CC?当n个电容量均为C0的电容器串联时，其等效电容为nCC0? (2)总电压等于各电容器上的电压之和nU U U UU?321 (3)各电容器所储存的电量都相等，并等于串联后等效电容器上所储存的电量nQ Q Q Q Q?321【例例4.2】有两个电容器，C1容量为2?F，额定工作电压为160；C2为容量为10?F，为额定工作电压为250。 在若将它们串联后接在300的直流电源上使用，求等效电容量和每只电容器上分配的电压，这样使用是否安全？解等效电容量为FC CCCC?67.11021022121?由于C CUQ QQ46211053001067.1?故故VCQU25010210564111?VCQU50101010564222?由于电容器C1所承受的电压是250，超过了它的耐压，所以C1将为被击穿，导致C2承受着全部电源电压300，而300远大于C2的耐压250，C2也会被击穿。 所以，这样使用是不安全的。 4.3.2电容器的并联1.电容器的并联将几个电容器接在相同两点之间的连接方式，称为电容器的并联。 nC CCCC?3212.电容器的并联的特点 (1)并联后的等效电容（总电容量）等于各电容器的容量之和 (2)各电容器两端承受的电压相等，并等于电源电压nU UUUU?321 (3)并联后等效电容器上所储存的电量等于各电容器所储存的电量之和nQ QQQQ?321【例例4.3】电容器C1=10F,充电后电压为30，电容器C2=20F，充电后电压为15V，把它们并联在一起，其电压是多少？它们所带的总电量为C QQQ44421106103103?并联后的总电容量为F CCC66621103010xx10?C UC Q46111103301010?解电容器C 1、C2并联前的带电量分别为C UC Q46222103151020?并联后的共同电压为VCQUxx3010664?4.3.3电容器的混联。 既有串联又有并联的电容器组合，称为电容器的混联。 【综合案例】有两个金属化纸介电容器，其中一个电容量为0.25F、耐压250；另一个电容量为0.5F、耐压300。 试求它们串联后的总耐压值？若将它们并联后，总耐压值又是多少。 解 （1）将电容器串联起来等效电容F FCCCCC721211067.1167.05.025.05.025.0?电容器C1所能储存的最大电量C UC Q56