第2章电容电路

1、第第2章章 电电 容容 电电 路路 主要内容：主要内容： 电容器的概念、结构及特点，电容器充放电过电容器的概念、结构及特点，电容器充放电过程，矩形脉冲作用下的程，矩形脉冲作用下的RC电路电路 ，正弦交流电作用下正弦交流电作用下的的RC电路电路教学重点：教学重点：RC电路电路教学难点：教学难点：交流电流作用下的交流电流作用下的RC电路电路2.1 电容器电容器2.2 矩形脉冲作用下的矩形脉冲作用下的RC电路电路 2.3 正弦交流电作用下的正弦交流电作用下的RC电路电路2.1 电容器电容器电容器由绝缘材料隔开的两个导体组成，导体称极板，从导体上引出的电容器由绝缘材料隔开的两个导体组成，导体称极板，从

2、导体上引出的导线称电极，绝缘材料称电介质。如图所示导线称电极，绝缘材料称电介质。如图所示 2.1.1 电容器的结构及特点电容器的结构及特点1. 固定电容器固定电容器（1） 电解电容器电解电容器（2） 瓷介电容器瓷介电容器（3） 有机薄膜介质电容器有机薄膜介质电容器 涤纶电容器涤纶电容器 聚丙烯电容器聚丙烯电容器 聚苯乙烯电容器聚苯乙烯电容器 聚四氟乙烯电容器聚四氟乙烯电容器（4） 金属化纸介电容器金属化纸介电容器（5） 贴片电容器贴片电容器2. 可变电容器可变电容器（1） 调谐电容器调谐电容器（2） 微调电容器微调电容器2.1.2 电容器的参数电容器的参数1. 标称容量和允许误差标称容量和允许

3、误差（1） 标称容量：标称电容量指电容器上标注的电容量标称容量：标称电容量指电容器上标注的电容量 电容量的基本单位是法拉（简称法），用符号电容量的基本单位是法拉（简称法），用符号“F”表示表示 其他单位有微法（其他单位有微法（F）、纳法（）、纳法（nF）、皮法（）、皮法（pF） 换算关系：换算关系： 1F1000000F 1F1000 nF 1nF1000 pF（2） 允许误差：按其精度等级一般分为五级允许误差：按其精度等级一般分为五级 精精 度度 等等 级级 允允 许许 误误 差差 符符 号号 011% F022% G 5% J10% K 20% M2. 额定工作电压额定工作电压 电容器的额

4、定工作电压又称电容器的耐压，指电容器能长期工作而电介质不电容器的额定工作电压又称电容器的耐压，指电容器能长期工作而电介质不损坏的直流电压数值。损坏的直流电压数值。3. 绝缘电阻绝缘电阻 电容器两极之间的电阻称绝缘电阻，又称漏电电阻，大小是额定工作电压下电容器两极之间的电阻称绝缘电阻，又称漏电电阻，大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容器的漏电流的比值。绝缘电阻越小，漏电越严重的直流电压与通过电容器的漏电流的比值。绝缘电阻越小，漏电越严重 。4. 介质损耗介质损耗 电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电容器的无功功率之电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电容器的无功功率之比

5、，即损耗角的正切值表示。损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大的比，即损耗角的正切值表示。损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大的电容不适于高频情况下工作。电容不适于高频情况下工作。 2.1.3 电容器的型号和标号电容器的型号和标号1. 电容器的型号：表电容器的型号：表2-2 2. 电容器的标号电容器的标号 电容器的标称容量、允许误差（精度等级）可用数字、字母或色码在电容器电容器的标称容量、允许误差（精度等级）可用数字、字母或色码在电容器上标明，标注方法与电阻器相同上标明，标注方法与电阻器相同3. 电容器的选择电容器的选择 电容器有多种类型，实际应用中应根据电路的具体要求确定选用哪种电容器有多

6、种类型，实际应用中应根据电路的具体要求确定选用哪种类型的电容器。所选电容器的主要参数（容量、耐压、精度、绝缘电阻类型的电容器。所选电容器的主要参数（容量、耐压、精度、绝缘电阻等）要满足电路的要求，电容器的外形尺寸也要符合电路的要求。等）要满足电路的要求，电容器的外形尺寸也要符合电路的要求。 返回返回第一部分第二部分第三部分第四部分字母意义字母意义数字或字母意义序 号瓷介电容器云母电容器有机电容器电解电容器用数字表示序号，以区分电容器外形尺寸、标称容量、耐压、允许误差等。C电容器B聚苯乙烯等非极性有机薄膜（常在“B”后再加字母区分具体材料，如“BB”为聚丙烯）1圆形非密封非密封箔式2管形非密封非

7、密封箔式3叠片密封密封烧结粉非固体4独石密封密封烧结粉固体L涤纶等极性有机薄膜（常在“L”后再加字母区分具体材料，如“LS”为聚碳酸酯）5穿心穿心6支柱等7无极性8高压高压高压C高频瓷介9特殊特殊T低频瓷介T叠片D铝电解W微调A钽电解J金属化J金属化纸介G高功率Y云母Y高压返返回回2.2 矩形脉冲作用下的矩形脉冲作用下的RC电路电路 2.2.1 电容器的充电和放电电容器的充电和放电1. 电容器的充电电容器的充电（1）充电电路）充电电路（2）充电过程）充电过程a. 充电过程中，电路中有电流流过，但此电流并不是通过电容器两极板之间的充电过程中，电路中有电流流过，但此电流并不是通过电容器两极板之间的

8、电介质（绝缘材料），而是电容器上下两个极板上积累有正负电荷，正负电荷电介质（绝缘材料），而是电容器上下两个极板上积累有正负电荷，正负电荷的定向移动形成了电流；的定向移动形成了电流；b. 充电一开始，充电电流充电一开始，充电电流ic最大最大 ，电容器两端电压，电容器两端电压uc=0；c. 随着电容器极板上电荷的积累，电容器两端电压随着电容器极板上电荷的积累，电容器两端电压uc逐渐增大，电路中充电电逐渐增大，电路中充电电流流ic逐渐减小；逐渐减小；d. 当充电结束时，电容器电压当充电结束时，电容器电压uc趋向电源电压趋向电源电压E，电路中充电电流，电路中充电电流ic趋向趋向0。e. 电压按指数规律

9、上升，电流按指数规律下降电压按指数规律上升，电流按指数规律下降 2. 电容器的放电电容器的放电（1）放电电路）放电电路（2）放电过程）放电过程a. 放电过程中，电路中也有电流流过，但此电流也不是通过电容器两极板之间放电过程中，电路中也有电流流过，但此电流也不是通过电容器两极板之间的电介质（绝缘材料），而是电容器上下两个极板上释放正负电荷，正负电荷的电介质（绝缘材料），而是电容器上下两个极板上释放正负电荷，正负电荷的定向移动形成了电流；的定向移动形成了电流；b. 放电一开始，放电电流放电一开始，放电电流ic最小最小 ，电容器两端电压，电容器两端电压uc=E；c. 随着电容器极板上电荷的减少，电容

10、器两端电压随着电容器极板上电荷的减少，电容器两端电压uc逐渐减小，电路中充电电逐渐减小，电路中充电电流流ic逐渐增大；逐渐增大；d. 当充电结束时，电容器电压当充电结束时，电容器电压uc趋向趋向0，电路中充电电流，电路中充电电流ic趋向趋向 。e. 电压按指数规律下降，电流按指数规律上升。电压按指数规律下降，电流按指数规律上升。3. 时间常数时间常数（1）定义：）定义：电容器充电时，电容电压从电容器充电时，电容电压从0开始到所提供电源电压的开始到所提供电源电压的63.2%所需所需要的时间；或电容器放电时，电容电压降到要的时间；或电容器放电时，电容电压降到36.8%所需要的时间所需要的时间（2）

11、时间常数（）时间常数（）是用来衡量电容器充、放电的快慢）是用来衡量电容器充、放电的快慢（3）计算公式）计算公式 ： RC 单位为秒（单位为秒（s）；）； R 电容器两端的（等效）电阻值，单位为欧（电容器两端的（等效）电阻值，单位为欧（）；）； C 电容器的电容量，单位为法（电容器的电容量，单位为法（F）2.2.2 微分电路微分电路1. 微分电路的组成微分电路的组成电路中元件参数电路中元件参数 满足：满足： to 2. 电路的工作过程电路的工作过程（1） tt1期间：期间：ui0，uo0；（2） tt1时：时： uiE，uC0，uoE ；电容器；电容器C开始充电，充电很快开始充电，充电很快 （3

12、） t1tt2期间：期间： ui0，uo0。2.2.3 积分电路积分电路1. 积分电路的组成积分电路的组成电路中元件参数电路中元件参数 满足：满足： 5to2. 电路的工作过程电路的工作过程（1） tt1期间：期间：ui0，uo0；（2） tt1时：时： uiE，uC0，uo0 ；电容器；电容器C开始充电，充电很慢开始充电，充电很慢 （3） t1tt2期间：期间： ui0，uo按近似线性下降到按近似线性下降到0。2.2.4 电容器的串、并联电容器的串、并联1. 电容器的串联电容器的串联（1）每个电容器容量的倒数和等于总容量的倒数，与电阻并联类似）每个电容器容量的倒数和等于总容量的倒数，与电阻并

13、联类似 （2）每个电容器两端的电压之和等于电路的总电压，其中电容量最小的电容器）每个电容器两端的电压之和等于电路的总电压，其中电容量最小的电容器承受的电压最大承受的电压最大2. 电容器的并联电容器的并联（1）每个电容器容量的和等于总容量，与电阻串联类似）每个电容器容量的和等于总容量，与电阻串联类似 （2）每个电容器两端的电压相等）每个电容器两端的电压相等 返回返回2.3 正弦交流电作用下的正弦交流电作用下的RC电路电路2.3.1 电容电压与电流的关系电容电压与电流的关系1. 电容的容抗电容的容抗（1）概念：电容反抗（阻碍）电源电压的变化，反抗作用的大小用容抗来衡）概念：电容反抗（阻碍）电源电压

14、的变化，反抗作用的大小用容抗来衡量。电容的容抗用符号量。电容的容抗用符号XC表示，单位为欧（表示，单位为欧（）（2）公式：）公式：2. 电压与电流的大小关系：电压与电流的大小关系：3. 电压与电流的相位关系：电压与电流的相位关系：当电容电流达到最大值时，电容两端电压为当电容电流达到最大值时，电容两端电压为0；当电容两端电压达到最大值时，；当电容两端电压达到最大值时，电容电流也为电容电流也为0。电容两端电压与电容电流的相位关系可归纳为：。电容两端电压与电容电流的相位关系可归纳为：电容电流超前电容电流超前电容两端电压电容两端电压90。4. 电容的功率电容的功率（1）波形图：）波形图：（2）无功功率：）无功功率：定义：定义：电容电压有效值与电流有效值的乘积，用电容电压有效值与电流有效值的乘积，用QC表示，单位是乏（表示，单位是乏（Var） 用率来衡量电容与电源之间电能交换的规模用率来衡量电容与电源之间电能交换的规模公式：公式：2.3.2 电容性电路的应用电容性电路的应用1. RC滤波电路滤波电路（1） 低通滤波器低通滤波器（2） 高通滤波器高通滤波器2. RC耦合电路耦合电路3. RC移相电路移相电路（1） 超前移相电路超前移相电路（2） 滞后移相电路滞后移相电路（3）