《电工技术基础与技能》项目四 电容器的认知

电工技术基础与技能【任务目标】1．识别电容器的外形和符号，识读电容器的主要参数。2.理解电容的概念，决定平行板电容器的电容大小的因素，掌握电容的定义式。3.掌握电容器串联、并联电路的特点及等效电容与安全电压的计算。4.理解电容器充、放电过程中的能量转换规律及有关计算。5.熟练使用万用表检测电容器，判断电容器质量的好坏。

项目四.电容器的认知电工技术基础与技能项目四.电容器的认知知识链接（一）电容和电容器的种类知识链接（二）电容器的连接任务实施用万用表认识和检测电容器电工技术基础与技能4.1电容和电容器的种类4.1.1电容器（1）常见电容器外形

常见电容器外形电工技术基础与技能（2）电容器的基本结构

任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器，这两个导体称为电容器的两个极板，中间的绝缘材料称为电容器的电介质。

（a）电容器一般符号（b）极性电容器电工技术基础与技能（3）电容器的基本特性：电容器是储存和容纳电荷的装置，也是储存电场能量的装置。

如图所示，如果在电容器的两极板上加上电压，则在两个极板上将分别产生数量相等的正、负电荷，这样电容器就储存了一定量的电荷和电场能量。

将电容器两极板分别接到电源的正、负极上，使电容器两极板分别带上等量异种电荷，这个过程称为电容器的充电过程。电容器充电后，两极板间有电场和电压。

用一根导线将电容器两极板相连，两极板上正、负电荷中和，电容器失去电荷量，这个过程称为电容器的放电过程。电工技术基础与技能4.1.2电容（1）电容的定义式：电容器所储存的电荷量与两极板间的电压的比值称为电容器的电容。不同的电容器，q

/U的值不同。C＝电荷量单位：C(库仑）电压单位：V（伏特）电容单位：F(法拉）

电容是表征电容器储存电荷的能力，它只与电容器本身的性质有关，与电容器所带的电荷量及电容器两极板间的电压无关。（2）电容的单位F（法拉）、uF(微法）、nF(纳法)、pF（皮法）1F=106uF=109nF=1012pF

电工技术基础与技能4.1.3平行板电容器的电容

（1）

平行板电容器的电容C，与介电常数

成正比，与两极板的正对面积S成正比，与极板间的距离d成反比，即式中，电介质的介电常数ε由介质的性质决定的。真空介电常数ε0≈8.86×10-12F/m，某种电介质的介电常数ε与ε0之比，称为该介质的相对介电常数，用εr表示， 即：

r=

/

0电工技术基础与技能【例4-1】有一真空电容器，其电容是10µF，其两极间插入云母介质，并将两极板间距离增大一倍后，求云母电容器的电容。解：查表4-1可知云母的相对介电常数εr=7，则真空电容器的电容云母电容器的电容可得：

电容是电容器的固有特性，它只与两极板间的正对面积、极板间的距离及极板间的介质有关，与电容器是否带电、带电多少无关。电工技术基础与技能（2）下面讨论平行板电容器的两种典型问题：平行板电容器充电后,断开与电源的连接电容器充电后,断开电源，则电容器所带电荷量q保持不变，根据下列公式讨论C、q、E的变化情况。平行板电容器充电后，继续保持与电源相连接

由于电容器始终连接在电源上，因此两板间的电压U保持不变，根据下列公式讨论C、q、E的变化情况。电工技术基础与技能4.1.4电容器的种类和参数（1）电容器的种类

电容器按其电容量是否可变，可分为固定电容器和可变电容器，可变电容器还包括半可变电容器。

固定电容器的电容量是固定不变的，它的性能和用途与两极板间的介质有关。一般常用的介质有云母、陶瓷、金属氧化膜、纸介质、铝电解质等。无极性电容器有极性电容器电工技术基础与技能可变电容器是指电容量在一定范围内可调的电容器。半可变电容器又称为微调电容器。微调电容器

可变电容器电工技术基础与技能（2）电容器型号的命名方法

例如：电容器CC23的说明。

第一部分第二部分第三部分第四部分

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主称介质材料特征产品序号电工技术基础与技能（3）电容器的主要参数

电容器的参数主要有额定工作电压、标称容量和允许误差等，通常都标在电容器的外壳上。①标称容量标称容量是指电容器上所标明的电容量的值。②允许误差

电容器实际容量与标称容量之间是有差额的，这一差额叫做电容器的允许误。③额定工作电压

额定工作电压一般称为耐压，是指在规定的温度范围内，电容器连续工作所能承受的最大电压值。④电容器的绝缘电阻电容器的绝缘电阻又称漏电阻，是指电容器两个电极之间的电阻。⑤电容器的温度系数

电容器的温度系数是指电容器在一定温度范围内，温度每变化1℃，电容量的相对变化值。电工技术基础与技能（4）电容器的标注方法标志方法主要有直标法、数码法和文字符号法。额定工作电压标称容量允许误差为J（5）表示介质材料表示电容①直标法直标法是指在电容器的表面直接用数字或标注容量、耐压及误差等主要参数的表示方法。电工技术基础与技能②数码法一般用三位数字表示电容器容量的大小，前二位数字表示有效数字，第三位数字表示指数，即零的个数，单位为皮法（pF）。例如：104=10×104pF=0.1F0.1F③文字符号法文字符号法是由数字和字母相结合表示电容器的容量，容量整数部分写在容量单位符号的前面，容量的小数部分写在容量单位符号的后面。例如：4n7表示4.7nF，即4700pF4700pF电工技术基础与技能4.2电容器的连接4.2.1电容器的串联

把几个电容器首尾相接连成一个无分支的电路，称为电容器的串。电工技术基础与技能电容器的串联电路的特点⑴电荷量特点

q=q1=q2每个电容器带的电荷量相等。⑵电压特点

U=U1+U2总电压等于各个电容器上的电压之和。⑶电容特点

总电容的倒数等于各个电容器的电容的倒数之和。⑷电压分配

C1U1=C2U2电容器串联电路中各电容器两端的电压与其自身的电容量成反比。电工技术基础与技能【例4-2】有两只电容器C1=C2=C0=20µF、耐压为50V,求（1）将两只电容器串联后的总电容是多少？（2）电容器串联后，如果在它两端加U=80V的电压，每个电容器两端的电压为多大？解：(1)两只电容器串联后的等效电容是：(2)串联后各电容器所带的电量相等

q=q1=q2=CU=10×10-6×80C=8×10-4C每个电容器两端的电压是：U1＝U2＝8×10-4/20×10-6V=40V

电容器串联电路常应用于耐压不够的场合。但注意，电容大的电容器分配的电压小，电容小的电容器分配的电压反而大。电工技术基础与技能【例4-3】现有容量C1为200µF、耐压为500V和容量C2为300µF、耐压为900V的两只电容器。（1）将两只电容器串联后的等效电容是多少？（2）电容器串联后，如果在它两端加1000V的电压，电容器是否会被击穿？解：(1)两只电容器串联后的等效电容是：(2)串联后，各电容器的电量是： q1=q2=q=CU=120×10-6×1000C=0.12C所以：

U1＝600V；U2＝400VC1和C2都会被击穿，因此电路不能正常工作。电工技术基础与技能4.2.2电容器的并联

将两个或两个以上电容器的正极接在一起，负极也接在一起的连接方式，称为电容器的并联。

电工技术基础与技能电容器的并联电路的特点（1）电压特点U=U1=U2每个电容器两端的电压相等，并等于外加电压。（2）电荷量特点q=q1+q2总电荷量等于各个电容器的带电荷量之和。（3）电容特点

C=C1+C2

总电容等于各个电容器的电容之和。电工技术基础与技能【例4-4】如图4-13所示电路中，电源电压E＝400V，先将开关S置“1”，如图4-13（a）所示，对电容器C1充电，充电完毕后，将开关S置于“2”，如图4-13（b）所示，如果C1＝4µF，C2＝6µF，求：（1）C1和C2两极板间电压各为多少？（2）C1和C2各带多少电荷量？

（a）(b)解：开关S置“1”，电容器C1的电荷为：q1＝C1U＝400×4×10-6C＝1.6×10-3C开关S置“2”，C1和C2电容器并联,总电荷量不变。q=q1+q2＝1.6×10-3C并联后的总电容为：C＝C1+C2＝4×10-6+6×10-6＝1×10-5µF所以：（1）U＝U1＝U2＝q/C＝1.6×10-3/1×10-5＝160V（2）q1=C1U=4×10-6×160C=6.4×10-4µFq2=C2U=6×10-6×160C=9.6×10-4µF电工技术基础与技能【例4-5】在设计某一电路中需用接入一只耐压为1000V，电容为4µF的电容器，现只有耐压为500V，电容为4µF的电容器若干，问用什么连接方法才能满足要求？解:根据耐压的要求，只要将两只4µF/500V电容器串联起来就可以了，但根据两只电容 器串联的等效公式，可得：因此等效电容不能满足提示要求，如再并上这样一组电容，则总的等效电容为：C1C2C3C4可得如图所示的电路。电工技术基础与技能4.2.3电容器的充电和放电电容器充电和放电实验电路电工技术基础与技能（1）电容器的充电过程

充电过程中，电路中的电流从最大逐渐变成零，电容器两端的电压从零慢慢增大，最后等于电源电压。

电容器充电是一个过程，需要一定的时间，这个时间称之为“延时”。电容器具有隔断直流电的作用，即“隔直”作用。充电：使电容器带电（储存电荷和电能）的过程。电工技术基础与技能（2）电容器的放电过程放电：使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程。

放电过程中，电路中的电流从最大逐渐变成零，电容器两端的电压从增大慢慢变成零。电容器的充、放电电路的实验现象记录表序号过程实验现象结束标志指示灯电流表电压表1充电由亮逐渐变暗，最后熄灭读数由大逐渐变小，最后为0读数由0逐渐变大，最后为EIC=0，UC=E2放电由亮逐渐变暗，最后熄灭读数由大逐渐变小，最后为0读数由E逐渐变小，最后为0IC=0，UC=0电工技术基础与技能4.2.4电容器中的电场能量

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，此能量是从电源吸收过来储存在电容器中的。电容器中的的电场能计算公式为：式中，电容C的单位为F，电压UC

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。

电容器是一种储能元件，电容器本身只与电源进行能量交换，不消耗能量。电工技术基础与技能

电容器的储存功能在实际中得到广泛的应用，不同的电容器储存电荷的能力也不相同。在电子线路中，电容用来通过交流而隔断直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，大容量的电容往往是用于滤波和存储电荷。电容器在电路中的作用电工技术基础与技能任务实施：用MF47型万用表识别和检测电容器任务1.用MF47型万用表识别电容器的极性直接观察法：方法（1）：长引脚为正极，短引脚为负极；方法（2）：在电容器外壳上标有“－”号的一端为负极，另一端为正极。电工技术基础与技能万用表判别法：

将万用表调至R×1K或R×100档，测量第一次漏电阻阻值，记下数据。随后将电容器放电，再将红、黑表笔对调，测量第二次漏电阻阻值，记下数据。比较两次测量结果，漏