电工基础（第5版） 第3章电容器教案

《电工基础（第5版）》第3章教案第3章电容器【知识目标】理解电容器的构成，掌握电容的概念。理解常用电容器的类型，掌握常用电容器的符号、功能和典型应用。掌握常用电容器的型号，会识读电容器的主要参数。【技能目标】能应用电容串、并联电路的特点分析简单电容电路。会使用万用表测量电容器。【参考学时】10学时3.1电容器与电容【教学目标】●说出电容器的构成和电容的概念，写出电容的公式。●知道常用电容器的类型，熟悉常用电容器的符号功能和典型应用。●熟悉常用电容器的型号，会识别电容器的主要参数。【教学重点】电容器主要参数识读【教学难点】电容器主要参数识读【参考学时】3学时【教学过程】一、任务导入实物（如常用电器电路板）演示及列举实例，让学生认识电容器，激发学生学习兴趣。二、任务准备1．电容器与电容电容器简称电容，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介质。电容器最基本的特性的是能够储存电荷。电容器储存电荷电容器两端接上电源后，电容器两个极板就会储存电荷。实验证明，电容器所储存的电荷量与两极板间的电压的比值是一个常数，称为电容器的电容量，简称电容，用字母C表示。它表示电容器储存电荷的本领，用公式为 电容量的单位是法〔拉〕，用符号F表示。常用单位微法（F）和皮法（pF）：1F=106F1pF=1012F2．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。理论和实验证明：平行板电容器的电容量与电介质的介电常数及极板面积成正比，与两极板间的距离成反比，用公式表示为平行板电容器不同电介质的介电常数是不同的，真空中的介电常数用0表示。 0＝8.85×1012F/m 其他电介质的介电常数是它们的介电常数与真空中的介电常数的比值，称为某种物质的相对介电常数，用r表示。即 则 ＝r0 相对介电常数没有单位。常用电介质的相对介电常数见表。常用电介质的相对介电常数介质名称相对介电常数r介质名称相对介电常数r水1聚苯乙烯2.2石英4.2三氧化二铝8.5人造云母5.2玻璃5.0～10酒精35蜡纸4.3纯水80五氧化二钽11.6云母7.0超高频瓷7.0～8.5木材4.5～5.0变压器油2.0～2.2三、任务实施1.认识固定电容器固定电容器是容量不可改变的电容器。电容器的电路图形符号如图所示，文字符号为C。常见的固定电容器有无极性电容器和有极性电容器两大类。（a）电容器一般符号（b）有极性电容器电容器电路图形符号（1）认识有极性电容器常用的有极性电容器即电解电容器，有铝电解电容器、钽电解电容器、铌电解电容器。铝电解电容器是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极而制成的电容器，其实物如图（a）所示。钽电解电容器、铌电解电容器是以金属钽或铌作为正电极的电容器，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成，其实物如图（b）、（c）所示。（a）铝电解电容器（b）钽电解电容器（c）铌电解电容器对于有极性的电容器，可以从外观识别其正、负极性。①未使用过的电解电容器以引线的长短来区分电容器的正、负极，长引线为正极，短引线为负极，如图所示。长脚长脚为正极“+”以引线的长短来区分电容器的正、负极②也可以通过电容器外壳标注来区分，如有些电容器外壳标注负号对应的引线为负极，如图所示。负号对应的引线为“－”负号对应的引线为“－”通过电容器外壳标注来区分（2）认识无极性电容器①纸介电容器纸介电容器两条铝箔作为电极，是中间以电容纸隔开铝箔电极卷绕而成的电容器，其实物如图所示。一般适用在低频电路中，通常不能在高于3～4MHz的频率电路中应用。纸介电容器②薄膜电容器薄膜电容器结构与纸质电容器相似。常用于滤波器、积分、振荡、定时电路。常见的薄膜电容器有聚酯电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器等。聚酯电容器（CL），也称涤纶电容器，涤纶电容器以涤纶薄膜作为介质，金属箔或金属化薄膜为电极制成的电容器，通常为圆柱形或者扁柱形。其实物如图所示。常用于对稳定性和损耗要求不高的低频电路中。涤纶电容器聚苯乙烯电容器（CB），以聚苯乙烯薄膜为介质，以金属箔或金属化薄膜当电极制成的电容器，其实物如图所示。适用于对稳定性和损耗要求较高的电路。聚苯乙烯电容器聚丙烯电容器（CBB），是以金属箔作为电极，将其和聚丙烯薄膜从两端重叠后，卷绕成圆筒状结构而制成的电容器，其实物如图所示。代替大部分聚苯乙烯电容器或云母电容器，用于要求较高的电路。聚丙烯电容器③陶瓷电容器陶瓷电容器以陶瓷材料作为介质，在陶瓷上覆银制成电极，并在外层涂以各种颜色的保护漆而成的电容器，它又分高频瓷介电容器（CC）和低频瓷介电容器（CT）两种，其实物如图所示。陶瓷电容器④云母电容器云母电容器以云母作为介质的电容器，用金属泊或者在云母上喷涂银做电极板，极板和云母层叠后封固制成的电容器，其实物如图所示。广泛用于电子、电力和通讯设备的仪器仪表中。云母电容器⑤玻璃釉电容器玻璃釉电容器以玻璃釉粉为介质，将玻璃釉粉压制成薄片，通过调整釉粉的比例，可以得到不同性能的电容器，其实物如图所示。适用于半导体电路和小型电子仪器中的交、直流电路或脉冲电路使用。玻璃釉电容器2.认识可变电容器可变电容器是容量可以改变的电容器。可变电容器的图形符号如图所示。（a）微调电容器（b）可调电容器可变电容器的图形符号①半可变电容器半可变电容器又称微调电容器。常见的半可变电容器有陶瓷微调电容器、薄膜微调电容器、拉线微调电容器等，如图所示。（a）陶瓷微调电容器（b）薄膜微调电容器（c）拉线微调电容器半可变电容器②可变电容器可变电容器的容量可调范围大，通常在无线电接收电路中作调谐电容器用，如图所示。可变电容器3.识读电容器（1）识读电容器的型号电容器的型号一般由4部分组成，各部分的含义如图所示。电容器的型号命名（2）识读电容器的主要参数①额定工作电压电容器的额定工作电压是指在一定温度控制范围内，电容器连续工作所能承受的最大电压。电容器的额定电压一般直接标在电容器上。电容器上所标明的额定工作电压，通常指的是直流工作电压。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标称系列。③允许误差电容器的允许误差是指电容器实际容量与标称容量之间的误差，电容器的误差一般直接标在电容器上。电容器主要参数的标注方法有直标法、文字符号法、数码法和色标法。1）直标法电容器的标称容量为1

000F、额定工作电压为16V，图（b）电容器的标称容量为1.8F、额定工作电压为300V，允许误差为±5%。（a）（b）电容器直标法体积小的电容器直标法有些电容器由于体积小，为了便于标注，习惯上省略其单位，但遵循以下规则。体积小的电容器直标法①凡不带小数点的整数，若无标志单位，则表示皮法。如图（a）所示，18表示电容器容量为18pF。②凡带小数点的数值，若无标志单位，则表示微法。如图（b）所示，0.033表示电容器容量为0.033F。③许多小型固定电容器，如陶瓷电容器等，其耐压均在100V以上，由于体积小可以不标注。2）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，字母符号前面的数字表示整数值，字母符号后面的数字表示小数点后面的小数值。如图所示，4n7表示电容器电容量为4.7nF，即4700pF。3）数码法标称容量一般用三位数字来表示容量的大小，前两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pF。若第三位数字用“9”表示时，则说明该电容器的容量在1～9.9pF之间，即这个“9”代表“10-1”。1.5F，K表示允许误差为±10%，额定工作电压为250V。图（b）中，474表示电容器容量为470

000pF＝0.47F，J表示允许误差为±5%，额定工作电压为300V。（a）（b）电容器数码法④色标法色标法是用不同颜色的带或点在电容器表面标出标称容量。电容器的色码一般只有三环，前二环色码表示有效数字，第三环色码表示倍率，单位为pF。如图所示色码电容器，的标称容量为470pF。电容器色码表示法四、任务评价请将“电容器与电容”的操作过程、收获体会及任务评价填入“任务评价表”。任务评价表课题3.1电容器与电容班级姓名学号日期任务过程记录任务实施仪器仪表使用安全文明生产团队协作任务收获任务体会任务评价评定人评语等级签名自己评同学评老师评综合评定等级开始时间结束时间实际时间

3.2电容的连接【教学目标】●掌握电容串、并联电路的特点和应用。●会应用电容串、并联电路的特点分析电容电路。【教学重点】电容串联、并联电路特点【教学难点】电容串联电路与并联电路【参考学时】4学时【教学过程】一、任务导入实物（如常用电器电路板）演示及列举实例，让学生认识电容串联电路与并联，激发学生学习兴趣。二、任务实施1.分析电容串联电路将两个或两个以上的电容首尾依次相连，中间无分支的连接方式称为电容串联，如图所示。电容串联电路（1）电量特点各电容所带的电量相等，并等于串联后等效电容上所带的电量，即 Q=Q1=Q2 （2)电压特点电容串联电路的总电压等于每个电容两端电压之和，即 U=U1+U2 （3）电容特点 即电容串联电路的等效电容的倒数等于各个分电容的倒数之和。当有n个等值电容C0串联时，其等效电容为。（4）电压分配 C1U1=C2U2即电容串联电路中各电容两端的电压与电容量成反比。当一个电容的额定工作电压值太小不能满足需要时，除选用额定工作电压值高的电容外，还可以采用电容串联的方式来获得较高的额定工作电压。【例3.2】有两个电容器，C1=200pF，C2=300pF，求串联后的等效电容。解：串联后的等效电容为 （pF） 【例3.3】有两个电容器，其中一个C1=200μF，耐压400V，另一个C2=300μF，耐压500V。求：（1）它们串联使用时等效电容量；（2）两电容器串联后接到电压为800V的电源上，电路能否正常工作？【分析】电路能否正常工作，需求串联电路中每个电容器上所承受的电压是否超过自身的耐压。若在耐压范围之内，工作是安全可靠的，否则会发生危险。解：（1）串联使用的总电容 （μF）（2）两个电容器串联后接到电压为800V的电源上：各电容所带电荷量 Q=Q1=Q2=CU=120×10−6×800＝9.6×10−2（C） 电容器C1承受的电压 ＝480（V）＞400（V） 电容器C2承受的电压 ＝320（V）由于电容器C1所承受的电压是480V，超过了它的耐压，C1会被击穿，导致800V电压全部加到C2上，C2也会被击穿，因此，电路不能正常工作。2.分析电容并联电路将两个或两个以上电容接在相同的两点之间的连接方式称为电容并联，如图所示。电容器并联电路（1）电压特点电容并联电路每个电容两端的电压相同，并等于外加电源电压，即 U=U1=U2 （2）电量特点总电荷量为 Q=Q1+Q2 （3）电容特点电容并联后的等效电容量等于各个电容的电容量之和。即 C=C1+C2电容并联后，电容量增大。因此，当一个电容的电容量太小不能满足需要时，除选用电容量大的电容外，还可以采用电容并联的方式来获得较大的电容量。当n个等值电容C0并联时，其等效电容为C=nC0。等效电容的耐压值为并联电路中耐压最小的电容耐压值。【例3.4】有两个电容器并联，已知C1=2F，耐压100V，C2=10F，耐压200V，求并联后的等效电容及耐压。【分析】电路能否正常工作，每个电容器的耐压均应大于外加电压，因而等效电容耐压值应保证每个电容器都能承受。解：并联后的等效电容为 C=C1+C2=2+10=12（F）并联后的耐压 UC=100V综合案例若将它们串联起来，等效电容是多少？电路能承受的最大电压是多少？（2）若将它们并联起来，等效电容是多少？电路能承受的最大电压是多少？思路分析根据电容串联和并联的特点分析计算。优化解答（1）将电容器串联起来，等效电容 ===1.33（F） 电容C1能储存的最大电量 Q1=C1U1=2×106×60=120×106（C） 电容C2能储存的最大电量 Q2=C2U2=4×106×100=400×106（C）因此，电容器串联后能储存的最大电量 Q=Q1=120×106（C）电路能承受的最大电压 U===90（V）（2）将电容器并联起来，等效电容 C=C1+C2=2+4=6（F）电路能承受的最大电压 U=U1=60V三、任务评价请将“电容的连接”的操作过程、收获体会及任务评价填入“任务评价表”。任务评价表课题3.2电容的连接班级姓名学号日期任务过程记录任务实施仪器仪表使用安全文明生产团队协作任务收获任务体会任务评价评定人评语等级签名自己评同学评老师评综合评定等级开始时间结束时间实际时间

3.3电容器的充放电与电场能【教学目标】●认识电容器的充电和放电过程。●知道电容器是储能元件。●写出电容器的电场能公式，会计算电容器的电场能。【教学重点】电容器的电场能【教学难点】电容器的充放电【参考学时】1学时【教学过程】一、任务导入实物演示及列举实例，让学生认识充电与放电，激发学生学习兴趣。二、任务实施1.认识电容器的充电与放电电容器的充电、放电就是指电容器储存电荷和释放电荷的过程。电容器充电、放电实验电路如图所示。S为单刀双掷开关，S拨在“1”时，电源E对电容器充电；充电结束后，再将S拨在“2”时，电容器放电。电容器的充、放电电路的实验现象见表。电容器充电、放电实验电路表 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充电读数由0逐渐变大，最后为EIC=0，UC=E2放电读数由E逐渐变小，最后为0IC=0，UC=0电容器具有以下特点。（1）电容器是一种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，原来储存的电场能量又全部释放出来。即电容器本身只与电源进行能量交换，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”。由于电容器的充、放电特性，电容器被广泛地应用于电子技术中的电源滤波电路中，利用电容器滤波可以让脉动的直流电变换成平滑的直流电。2.认识电容器的储能电容器本身与电源进行能量的交换，而并不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件，充电时把电源的能量储存起来，放电时把储存的电场能释放出去。3.计算电容器的电场能电容器在充电过程中，电容器两个极板上有电荷积累。整个充电过程是电源不断地搬运电荷的过程，所消耗的能量转化为电场能储存在电容器中。电容器充电时所储存的电场能为 【例3.5】一个电容为20000F的电容器被充电到22000V，电容器中存储了多少电场能？解：电容器中储存的电场能为 三、任务评价请将“电容器的充放电与电场能”的操作过程、收获体会及任务评价填入“任务评价表”。任务评价表课题3.3电容器的充放电与电场能班级姓名学号日期任务过程记录任务实施仪器仪表使用安全文明生产团队协作任务收获任务体会任务评价评定人评语等级签名自己评同学评老师评综合评定等级开始时间结束时间实际时间

3.4技能训练：电容的测量【教学目标】●学会电容的测量方法，会正确使用万用表的电阻挡检测电容器。【教学重点】电容器好坏的测量【教学难点】电容器极性的检测【参考学时】2学时【教学过程】一、任务导入实物（如常用电器电路板）演示及列举实例，让学生认识电容的检测，激发学生学习兴趣。二、任务准备1.用万用表判断电解电容器正、负极性的方法①选择量程。根据电容器容量大小选择合适的量程，并电阻调零。②将万用表的红、黑表笔任意搭接电容器的两电极，测得其漏电电阻的大小。③将电容器两个电极短路进行放电。④交换万用表的红、黑表笔再次进行测量，测得漏电电阻的大小。⑤比较两次测得的漏电电阻大小，则阻值大的那次，黑表笔所接为电容器的正极，另一端为电容器的负极，如图所示。漏电电阻小漏电电阻大漏电电阻小漏电电阻大正极负极正极负极万用表检测电解电容器正、负极性2.用万用