《汽车电工电子基础》课件 任务一 测量电容器容量及通电特性

汽车电工电子基础模块三汽车转向灯控制电路【模块描述】汽车的转向灯可分为前转向灯、后转向灯以及侧转向灯。其功能在于：当车辆需要转弯或变更车道行驶时，驾驶员通过开启相应方向的闪烁指示灯，向车辆前方或后方车辆的驾驶员与路上行人发出警示信号，以提示本车即将行驶的方向，如图3-1所示。当车辆遭遇紧急状况时，按下车上的紧急按钮，让汽车的转向灯同时闪烁点亮，提醒其他车辆的驾驶员予以注意。转向灯控制电路如图3-2所示。本模块以电容式闪光继电器控制的转向灯为例，依次编排了任务一探究电容器及其特性；任务二探究通电线圈产生磁场及其特性；任务三连接转向灯控制电路。通过这三个任务的实施，使学习者能够在真实的任务实践或仿真工作情境中开展操作与感知活动，进而掌握该工作领域职业能力对电工电子器件的电容、电感的工作特性，以及磁场、磁感线、磁通、磁感应强度、互感、磁路欧姆定律等概念或工作原理的认知。图3-1转向灯安装位置（图为危险警告灯点亮）图3-2转向灯控制电路图（部分）模块三新能源汽车转向灯控制电路任务一

探究电容器及其特性【任务目标】1）理解电容器的定义；2）掌握电容器充放电及通电特性；3）了解电容器型号命名及其分类；4）熟记电容器串/并联的特点。【三维目标】1）养成精益求精的工匠品质；2）养成勤俭节约的生活习惯；3）养成团队协作和安全防范的工作意识。1）具备测量单个电容器容量和判断好坏的能力；2）具备连接电容器的串/并联电路和测量电容的能力；3）具备用Multisim仿真软件测量电容器通电特性的能力。知识目标：核心素养：技能目标：【任务描述】【任务描述】

电容器在汽车的电路系统中有着广泛的应用。其具备隔直流、通交流、耦合、旁路、滤波、调谐、能量转换以及控制等多方面的功能。本任务通过应用数字万用表测量单个电容器、两个串联或并联电容器的电容，并借助Multisim仿真软件探究电容器的通电特性，以此对电容器的基础知识及其特性进行介绍。【知识链接】目录CONTENTS一、电容器结构与符号三、电容器型号命名二、电容器的特性四、电容器分类五、测量及检测电容器七、超级电容器六、电容器的串、并联一电容器结构与符号电容器结构与符号

任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，就可以组成一个电容器。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。电容器的结构（以铝电解电容为例）如图3-3所示。在实际制作中，为了增大极板间的正对面积，通常采用圆柱形状制作电容器，其结构和实物图如图3-4所示。常见电容器的符号如图3-5所示（有极性电容器有4种表示符号）。图3-3电容器结构电容器结构与符号a）圆柱形电容器结构

b）实物图图3-4圆柱形电容器电容器结构与符号图3-5常见电容器符号a）无极性电容器

b）有极性电容器

c）可变电容器电容器结构与符号

电容是用来反映电容器储存电荷的能力，它等于电容器储存电荷量Q与电容器两端所加电压U的比值。即C=Q/U

电容的单位是法拉，简称法，用F表示，常用的还有微法（uF）和皮法（pF）。

1F=106uF=1012pF

对同一个电容器来说，Q/U的比值是个常数。即电容器两端所加的电压越大，电容器储存的电荷量就越多，但所加电压不能超过电容器上所标的额定电压。不同电容的电容器，Q/U的数值不同。

平行板电容器电容。平行板电容器电容只与电容器的极板正对面积S、极板间距离d以及极板间电介质的介电常数ε有关，而与外加电压的大小等外部条件无关。即C=εS/d

课堂互动：有人根据C=Q/U，认为电容器两端所加的电压U越大，电容C就越小，对吗？为什么？

式中S、d、ε的单位分别是m2、m、F/m

真空中的介电常数ε0约等于8.86×10-12F/m，某种介质的介电常数ε与ε0之比，称为介质的相对介电常数，用εr表示，气体的相对介电常数约为1。电容器结构与符号试一试：模块二任务一曾介绍电阻式油量检测传感器，在实际应用中，也有采用电容式传感器，其结构如图3-6所示，试分析其工作原理。图3-6电容式油量传感器二电容器的特性电容器的特性1.隔直流电通交流电观察表3-2，序号9，当为电路施加12V直流电时，万用表上的测量电压为0V；序号10，当为电路施加12V/50Hz交流电时，万用表上的测量电压约为10.13V，测试结果表明电容器具有阻止直流电压通过，允许交流电压通过的能力。利用这个特性，可以把电容器用在滤波、信号耦合等场合。2.电容器的充放电（1）电容器的充电：表3-2序号5，蓄电池正极经由熔丝、编号为1的数字万用表、电阻以及开关与电容器的正极相连接，电容器的负极与电池的负极相连接。当开关拨至左侧，接通左侧开关时，见表3-2序号6，此时电容器正极板的自由电子经由开关、电阻、编号为1的数字万用表、熔丝以及蓄电池移动至电容器负极板，这一过程被定义为电容器充电。在充电过程中，电路中有电流通过（如表3-2序号6所示，编号为1的数字万用表显示屏显示的数值初始较大，随后逐渐减小，直至数值为0）。在充电过程中，由于电容器正极板失去电子而带正电、负极板获得电子而带负电，两极板之间便会产生电势差uc，uc=Ec（）（其中Ec为蓄电池电压，τ=RC）。电容器的特性随着充电过程的持续推进，电容器两极板间的电势差不断增大（如表3-2序号6所示，编号为2的数字万用表显示屏显示的数值），直至趋近于蓄电池电压。当电容器所充电压接近蓄电池电压后，充电过程将停止，电路中的电流趋近于零，见表3-2序号6，编号为1的数字万用表显示屏所显示数值的变化。充电完成后，电容器的两个极板所带电量数值相等，但符号相反，其绝对值电量被称作电容器的带电量Q。充电后的电容器，两极板间存在电势差，进而会形成电场。电容器从电源获取的电能存储于电场之中，这种能量被称为电场能。电容器充电后，若不进行放电操作，其所充电量将在较长时间内得以保持，保持时间的长短取决于电容器泄漏电阻的大小。（2）电容器的放电：表3-2序号6，已充电的电容器正极经由开关、编号为3的数字万用表以及电阻与电容器负极相连接。当开关拨至右侧，接通右侧开关时，电容器两极板所储存的正负电荷经开关、编号为3的数字万用表和电阻实现中和，从而完成放电过程。在放电期间，电路中会产生电流（表3-2序号6，编号为3的数字万用表显示屏初始显示的数值较大，随后逐渐减小，编号为2的数字万用表显示屏显示的数值亦开始降低，uc（t）=U0，其中U0为电容器的充电电压）。电容器在充电过程中，两极板上的电荷存在积累现象，即电压存在建立过程。故而，电容器上的电压无法发生突变。电容器充电和放电过程的波形如图3-7所示。

图3-7电容器充放电过程波形a）电容器充电过程波形

b）电容器放电过程波形电容器的特性3.容抗电容器对交流电流阻碍作用的大小称为容抗，用Xc表示，单位是欧姆,符号Ω。它与电容C和交流电频率f的关系为Xc=三电容器型号命名电容器型号命名

国产电容器的型号一般由四部分组成（不适用于压敏、可变、真空电容器）。依次分别代表名称、材料、分类和序号。

第一部分：名称，用字母表示，电容器用C。

第二部分：材料，用字母表示。如：A-钽电解、B-聚苯乙烯等非极性薄膜、C-高频陶瓷、D-铝电解、E-其它材料电解、G-合金电解、H-复合介质、I-玻璃釉、J-金属化纸、L-涤纶等极性有机薄膜、N-铌电解、O-玻璃膜、Q-漆膜、T-低频陶瓷、V-云母纸、Y-云母、Z-纸介

第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示。其代表意义如表3-5所示。表3-5电容器类别的符号意义

第四部分：序号，用数字表示。四电容器分类电容器分类1.按安装方式分类：可分为插件电容器和贴片电容器。013.按电解质分类：可分为有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器、电热电容器和空气介质电容器等。035.按用途分类：可分为高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合等电容器。054.按制造材料分类：可分为瓷介电容器、涤纶电容器、电解电容器、钽电容器、独石电容器、还有先进的聚丙烯电容器等等。042.按结构分类：可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器。02按极性分类：可分为有极性电容器和无极性电容器电容器分类1）用作高频旁路的电容器有：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、玻璃釉电容器。2）用作低频旁路的电容器有：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。3）用作滤波的电容器有：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、钽电解电容器、液体钽电容器。在抗干扰电源滤波电路中，通常用安规（安全规定）电容器。4）用作调谐的电容器有：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。5）用作耦合的电容器有：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。6）小型电容器常见的有：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。5.按用途分类：可分为高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合等电容器。电容器分类图3-8常见电容器外形图一些常见的电容器外形图如图3-8所示。五测量及检测电容器测量及检测电容器1.测量电容为1000pF以下的小容量电容器。一般选用数字万用表R×2MΩ及以上挡位，用两表笔分别任意接电容器的两个引脚，所测的阻值应为无穷大或观察到显示屏会显示一下数值，又立即变为显示1；若显示屏显示数值为固定值或为零，则说明电容器已漏电损坏或内部击穿。2.测量电容处于1000pF～200μF之间的电容器，其测量见表3-2，序号2示意图所示。如果数字万用表显示屏显示的测量值与电容器的标称值电容相近，表示电容器完好；反之，表示电容器损坏。3.测量电容为200μF以上的电容器，可用数字万用表的R×200k或以上挡位直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电。如果电容器完好，则数字万用表上显示屏显示的数值会不断变化，直至显示屏显示1；如果电容器有漏电，则数字万用表上显示屏显示的数值不会是1，而是某一个数值；如果电容器击穿短路，则数字万用表显示屏显示的数值约为0；如果数字万用表显示屏显示的数值不会变化，一直为1，则表示电容器内部开路。123六电容器的串、并联电容器的串、并联

在日常使用中，有时为了满足电路对电容或耐压的需求，需要对电容器做适当的连接变化，电容器的连接分为串联和并联两种。1.电容器的串联

电容器的串联电路如图3-9所示。它是两个以上的电容器按照两两之间的引脚相互串接起来的一种连接方式，类似于电阻的串联。图3-9电容器串联1.电容器的串联电容器串联后具备以下特点：1）电容器串联后，每个电容器上所充的电荷量Q相同，即Q1=Q2=…Qn=Q2）电容器串联后，加在电路两端的电压U等于各电容器上的电压之和。即U=U1+U2+…+Un3）串联后的电容器总电容C的倒数等于各电容器的电容倒数之和。即1/C=1/C1+1/C2+1/C3

+…+1/Cn，即电容器串联后，总电容减少，表3-2，序号3的测量结果可以清晰说明这个结论。对于图3-9，如果C1=C2=C3=1500uF，则串联后总电容C=500

uF。其等效变换如图3-10所示。1.电容器的串联对于图3-8，如果C1=C2=C3=1500uF，则串联后总电容C=500uF。其等效变换如图3-9所示。4）电容器串联后，电容大的电容器上所分配的电压小，电容小的电容器分配的电压大。即各电容器上分配的电压和它的容量成反比。图3-10串联电路等效变换图1.电容器的串联注意：当n个电容器串联后，串联电容器组的总耐压值为单个电容器耐压值的n倍。故当电容和耐压值都不同的电容器串联时，必须使任何一个电容器上所分的电压不超过其规定耐压，否则，会造成电容器因耐压不足而被击穿爆炸现象。例3-1：C1、C2两个电容器串联后，接上60V的电压，其中C1=3uF，C2=6uF，计算两个电容器所承受的电压各是多少？解：依据总电容C的倒数等于C1的倒数与C2的倒数之和，即1/C=1/C1+1/C2

得C=C1C2/（C1+C2）=3×6/（3+6）=2(uF)。各电容器上所充的电荷量Q相等，即Q=CU=2×60=120（uFV）U1=Q/C1=120/3=40（V）U2=Q/C2=120/6=20（V）2.电容器的并联

电容器的并联电路如图3-11所示。它是两个以上的电容器按照两两之间的引脚相互并接起来的一种连接方式（见表3-2，序号4的实物连接示意图），类似于电阻的并联。图3-11电容器并联2.电容器的并联

电容器并联后具备以下特点：1）电容器并联后，加在每个电容器上的电压U相同，即U1=U2=…Un=U2）电容器并联后，电容器储存的总电荷量Q等于每个电容器上所储存的电荷量之和。即Q=Q1+Q2+…+Qn3）并联后的电容器总电容C等于各电容器的电容之和。即C=C1+C2

+…+Cn，即电容器并联后，总电容增大，表3-2，序号4的测量结果清晰表明这一结论。对于图3-10，如果C1=1000p，C2=2200p，C3=4700p，则并联后总电容C=7900p。其等效变换如图3-12所示。电容器的并联图3-12并联电路等效变换图注意：电容器并联使用时，必须使所加的电压不能大于任何一个电容器上的规定耐压，否则，会造成电容器因耐压不足而被击穿爆炸现象。七超级电容器1.超级电容器实物和结构

超级电容器又名电化学电容、双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它既具有传统电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。其储能过程是可逆的，并不发生化学反应，因此超级电容器反复的充、放电次数可达数十万次甚至更长，是普通蓄电池难以比拟的。超级电容器的实物和结构如图3-13所示。1.超级电容器实物和结构图3-13超级电容器a）实物图

b）结构图2.超级电容器分类（1）双电层电容器

双电层电容器如图3-14所示。这种电容器是在一个电极/溶液体系中，电子导电的电极和离子导电的电解质溶液，在界面上通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙而形成的。当施加电场时，溶液中的阴阳离子会向正负电极迁移，形成双电层。去除电场后，电极上的电荷会与溶液中的相反电荷离子相吸引，使双电层稳定，产生稳定的电位差。这时，某一电极在一定距离内（分散层）会产生与电极上电荷等量的异性离子电荷，保持电中性。当两极与外电路连接时，电极上的电荷迁移并在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移回溶液中呈电中性，这就是双电层电容的充放电机理。超级电容器按照储能机理的不同可以分为双电层电容器和法拉第准电容器。图3-14双电层电容