5-项目五 认识与应用电容器

电工技术基础主编沈柏民副主编陆晓燕余萍1目录

Contents项目一认识实训室与安全用电常识项目二认识基本电阻电路项目三认识与应用简单电阻电路项目四认识与分析复杂直流电路项目五认识与应用电容器项目六认识与分析磁与电磁2目录

Contents项目十一认识变压器项目十二认识瞬态过程项目九认识与运用正弦交流电路项目十分析与运用三相交流电路项目七分析与运用电磁感应现象项目八认识正弦交流电3项目五认识与应用电容器4项目目标项目五认识与应用电容器1．了解电容器的种类、外形、结构与符号，理解电容量的概念。2．熟悉常用电容器的功能和典型应用。3．理解电容器主要参数的含义。4．掌握电容器串、并联电路的特点及其应用。5．理解电容器充放电的特点及其应用。5项目导入项目五认识与应用电容器

电阻器、电容器、电感器是组成电路的三大基本元器件。电容器作为一种储能元件，具有充、放电的特点，在电路中有着非常广泛的应用。

本项目主要有认识电容器的分类与参数、分析电容器电路、认识与分析电容器的充电与放电等3个学习任务。6项目实施项目五认识与应用电容器

学习任务一认识电容器的分类与参数7项目五认识与应用电容器

走进电子市场、电子产品维修部或打开电子产品外壳，我们会发现电子产品电路板上除了有电阻器、电位器等元件外，还有很多电容器，如图5-1所示。电容器在电子技术中常用于滤波、移相、选频等；在电力系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。

本任务通过电容器与电容、电容器的分类、电容器的参数和电容器的应用等内容的学习，理解电容器的基本概念、电容器的分类与参数等相关知识。学习任务一认识电容器的分类与参数8项目五认识与应用电容器

一、电容器与电容概述1．电容器的外形

电容器简称为电容，常见的电容器有电解电容器、瓷片电容器、涤纶电容器、可变电容器、贴片电容器、电力电容器等。学习任务一认识电容器的分类与参数9项目五认识与应用电容器

一、电容器与电容概述2．电容器的结构与符号

尽管电容器的种类繁多，形状各异，但它们的基本结构是一样的，都是由两片靠得很近的金属板中间再隔以绝缘物质组成的，电容器的基本结构与符号如图5-3所示。

我们把其中的金属板称为电容器的两个极板，中间的绝缘物质称为电容器的介质。任何两个相互靠近又彼此绝缘的导体，都可以看成一个电容器。学习任务一认识电容器的分类与参数10项目五认识与应用电容器

一、电容器与电容概述3．电容器与电容

电容器最基本的特性是能够储存电荷。

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出现数量相等的正、负电荷，如图5-4所示。这样电容器就储存了一定量的电荷和电场能。学习任务一认识电容器的分类与参数11图5-4电容器储存电荷项目五认识与应用电容器

学习任务一认识电容器的分类与参数12图5-4电容器储存电荷项目五认识与应用电容器

一、电容器与电容概述3．电容器与电容

电容器的单位是法拉，简称法，用符号F表示。在实际应用中这个单位太大，通常用远远小于法拉的单位微法（uF）、皮法（pF），它们之间的关系是：1

F＝10-6F1pF＝

10-12F学习任务一认识电容器的分类与参数13图5-4电容器储存电荷项目五认识与应用电容器

学习任务一认识电容器的分类与参数14图5-4电容器储存电荷项目五认识与应用电容器

一、电容器与电容概述4．平行板电容器

最简单的电容器是平行板电容器，它由两块相互平行且靠得很近而又彼此绝缘的金属板组成，两块金属板就是电容器的两个极板，中间的空气即为电容器的介质，如图5-5所示。学习任务一认识电容器的分类与参数15项目五认识与应用电容器

学习任务一认识电容器的分类与参数16项目五认识与应用电容器

应当指出，并不是只有电容器才有电容，实际上任何两个导体之间都存在着电容。

例如，输电线之间，输电线与大地之间都存在着电容；晶体三极管各极之间也存在着电容器。因其电容很小，可以忽略不计。

此外，要注意电容器是储存电荷的设备，而电容量是衡量电容器在一定外加电压作用下储存电荷能力的大小的物理量，两者不可混淆。学习任务一认识电容器的分类与参数17项目五认识与应用电容器

二、电容器的分类

电容器的种类很多，其分类如下：

按结构形式可分为固定电容器、可变电容器和半可变电容器。

按有无极性可分为无极性电容器、有极性电容器。

按介质材料可分为纸介电容器、瓷片电容器、云母电容器、涤纶电容器、聚苯乙烯电容器、玻璃釉电容器等。学习任务一认识电容器的分类与参数18项目五认识与应用电容器

二、电容器的分类1．固定电容器

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密切关系。

一般常用的介质有纸介质、陶瓷、涤纶、金属氧化膜、云母、铝电解质等。学习任务一认识电容器的分类与参数19图5-6固定电容器项目五认识与应用电容器学习任务一认识电容器的分类与参数20

在固定电容器中，电解电容器的两极有正、负极之分，使时切记不可将极性接反，不可接到交流电路中，否则电解电容器会被击穿。

电解电容器的图形符号如图5-7所示。项目五认识与应用电容器

二、电容器的分类2．可变电容器

可变电容器是电容量能在较大范围内随意调节的电容器，分为单连可变电容器和双连可变电容器等，如图5-8所示。

这种电容器一般用在电子电路中作调谐元件，可以改变谐振回路的频率。学习任务一认识电容器的分类与参数21图5-8可变电容器项目五认识与应用电容器

二、电容器的分类3．微调电容器

微调电容器又称为半可变电容器，是电容量在某一小范围内可以调整的电容器，如图5-9所示。

微调电容器主要用在调谐回路中作微调频率之用。学习任务一认识电容器的分类与参数22图5-9微调电容器项目五认识与应用电容器

三、电容器的参数

电容器的参数主要有额定工作电压、标称容量和允许误差，通常都标在电容器的外壳上。1.额定工作电压

电容器的额定工作电压一般称为耐压，是指在规定的温度范围内，可以连续加在电容器上而不损坏电容器的最大电压值。

电容器的外壳上所标的电压就是该电容器的额定工作电压，如图5-10所示，电容器上标有“25V”，即为该电容器的额定工作电压为25V。学习任务一认识电容器的分类与参数23图5-10电容器的主要参数项目五认识与应用电容器学习任务一认识电容器的分类与参数24

电容器常用的额定工作电压有6.3V、10V、16V、25V、63V、100V、160V、250V、400V、630V、1000V、1600V、2500V等。

电容器上标着的额定工作电压，通常指的是直流工作电压值，如果该电容器用在交流电路中，应使交流电压的最大值不超过它的额定工作电压值，否则电容器就会被击穿。项目五认识与应用电容器

三、电容器的参数2．标称容量

电容器的标称容量是指电容器表面所标的容量，它表征了电容器储存电荷的能力，是电容器的重要参数。常用的有E6、E12、E24等标称系列。学习任务一认识电容器的分类与参数25项目五认识与应用电容器

学习任务一认识电容器的分类与参数26项目五认识与应用电容器

学习任务一认识电容器的分类与参数27项目实施项目五认识与应用电容器

学习任务二分析电容器电路28项目五认识与应用电容器

在电子产品维修和设计制作中，我们通常会遇到这样的情况：一是手头有多个电容器，但每个电容器的耐压都不能满足电路的要求；二是手头有多个电容器，但每个电容器的容量不能满足电路的要求。遇到这样的情况，我们如何来处理？

在实际应用中，电容器的选择主要考虑电容器的容量和额定电压。如果电容器的容量和额定电压不能满足电路的要求，我们可以通过将电容器进行串联或并联，以满足电路的要求。

本任务通过学习电容器串联电路、电容器并联电路，掌握它们的特点和在工程技术中的应用。学习任务二分析电容器电路29项目五认识与应用电容器一、电容器串联电路1.电容器的串联

将两个或两个以上电容器的极板首尾依次相连，中间无分支的连接方式称为电容器的串联。学习任务二分析电容器电路30图5-13电容器串联电路项目五认识与应用电容器

学习任务二分析电容器电路31项目五认识与应用电容器

学习任务二分析电容器电路32项目五认识与应用电容器学习任务二分析电容器电路33

项目五认识与应用电容器

学习任务二分析电容器电路34项目五认识与应用电容器3.电容器串联电路的应用

电容器串联后，耐压增大，因此，当一只电容器的额定工作电压值太小而不能满足电路的需要时，除选择额定工作电压值高的电容器外，还可以采用电容器串联的方法来获得较高的额定工作电压。但也要注意，这是电容器串联后的等效电容将变小。

【例5-2】两个电容器C1和C2，其中C1为10

F，C2为5

F，把它们串联后其等效电容为多少？

解：串联后的等效电容为

学习任务二分析电容器电路35项目五认识与应用电容器

【例5-3】现有两个电容器，其中电容器C1的容量为20

F，额定工作电压为25V，电容器C2的容量为10

F，额定工作电压为16V。若将这两个电容器串联后接到电压为36V的电路上，问电路能否正常工作？

解：总电容

各电容器所带的电荷量

电容器C1两端所加的电压

电容器C2两端所加的电压

由于电容器C2两端所加的电压是24V，超过了它的额定工作电压，所以C2会被击穿，导致36V电压全部加到了电容器C1两端，这样C1也会被击穿。因此，电路不能正常工作。学习任务二分析电容器电路36项目五认识与应用电容器学习任务二分析电容器电路37

需要注意的是，实际应用中采用电容器串联时，除应满足电容的总容量要求外，还需注意工作电压的极限选择，方法是求出每个电容器允许储存的电荷量，找出其中存储电荷量最小的一个，作为电容器组储存电荷量的极限值，电容器组的工作电压极限值等于这个电量除以总电容。项目五认识与应用电容器学习任务二分析电容器电路38

项目五认识与应用电容器二、电容器并联电路

1.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。学习任务二分析电容器电路39图5-15电容器并联电路项目五认识与应用电容器

学习任务二分析电容器电路40图5-15电容器并联电路项目五认识与应用电容器

学习任务二分析电容器电路41图5-15电容器并联电路项目五认识与应用电容器学习任务二分析电容器电路42

项目五认识与应用电容器二、电容器并联电路

3.电容器并联电路的应用

电容器并联电路中，每个电容器均承受相同的外加电压，因此，每个电容器的额定工作电压均应大于外加电压。否则，如果一个电容器击穿，将造成整个电路被短路，会对电路造成危害。

所以，等效电容的耐压值为所有并联电容器中耐压值最小的电容器的耐压。学习任务二分析电容器电路43项目五认识与应用电容器

【例5-4】两个电容器的容量和额定工作电压分别“20

F15V”“30

F15V”，现将它们并联起来后接到15V的电压上，问（1）此时的等效电容为多少？（2）两个电容器储存的电荷量分别是多少？解：（1）此时的等效电容为（2）两个电容器储存的电荷量分别为学习任务二分析电容器电路44项目实施项目五认识与应用电容器

学习任务三认识及分析电容器的充电与放电45项目五认识与应用电容器

如图5-16所示为电容器的充电、放电实验电路图。图中C是一个大容量未充电电容器，E是内阻很小的直流电源，EL是白炽灯，实验前开关S应放置在“2”位置。

学习任务三认识与分析电容器的充电与放电46图5-16电容器充电、放电实验电路项目五认识与应用电容器

实验开始时，将开关S置于“1”位置，发现白炽灯EL突然亮一下，然后慢慢变暗，最后处于完全不亮状态；同时将观察到电流表A最初偏转一个较大的角度，然后指针渐渐向零位偏转，最后指向零位；而电压表的指针变化是从零位开始，慢慢偏转，最后指向一定位置后不动。

当再将开关S从“1”位置拔向“2”位置时，我们又发现白炽灯与电流表的变化情况与开关S置于“1”位置时相同，只是电压表的指针慢慢回到零位。学习任务三认识与分析电容器的充电与放电47项目五认识与应用电容器一、电容器的充电现象

图5-16所示的电容器的充电电路图中，当开关S置于“1”位置时，其等效电路如图5-17（a）所示，去掉观察电路中现象用的电流表、电压表和白炽灯等仪表与器件后，电路如图5-17（b）所示，即电动势为E的直流电源直接接在了电容器C两端。

学习任务三认识与分析电容器的充电与放电48项目五认识与应用电容器

学习任务三认识与分析电容器的充电与放电49项目五认识与应用电容器一、电容器的充电现象

使电容器带电（储存电荷和电场能）的过程称为充电。

在充电过程中，电容器储存电荷，把电能转换成了电场能。因此，相对于电阻这个“耗能”元件来说，电容器是一种“储能”元件。

学习任务三认识与分析电容器的充电与放电50项目五认识与应用电容器

学习任务三认识与分析电容器的充电与放电51项目五认识与应用电容器二、电容器的放电现象

使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电场能）的过程称为放电。

例如，用一根导线把电容器的两极短路，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电场能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电场能转化为了其他形式的能。学习任务三认识与分析电容器的充电与放电52项目五认识与应用电容器学习任务三认识与分析电容器的充电与放电53

由电容器的充、放电现象可知，电容器具有以下特点。1．电容器是一个储能元件

电容器的充电过程就是极板上电荷不断积累的过程。电容器充满电荷时，相当于一个等效电源。随着放电的进行，原来储存的电场能又全部释放出来。即电容器本身只与电源进行能量交流，而并不损耗能量，因此电容器是一种储能元件。

2．电容器能够隔直流、通交流

当电容器接通直流电源时，仅仅在刚接通瞬间发生充电过程。充电结束后，电路处于开路状态，即“隔直流”；当电容器接通交流电源时，由于交流电流的大小和方向不断交替变化，使电容器反复进行充电和放电，电路中就出现连续的交流“电流”，即“通交流”。

应当注意，电容器充、放电时，电路中的电流并没有通过电容器