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* * * * * * * 第三章 电容器 第一节 电容器的基本概念 第二节 电容器的充电与放电 第三节 电容器的连接方式 电容器是电路的基本元件之一，在各种电子产品和电力设备中，有着广泛的应用。本章重点是介绍电容器的参数和种类、电容的概念、电容器的串并联及电容器中的电场能量。 §3-1 电容器的基本概念 一、电容器 在两个导体电极中间隔以绝缘物质（又称电介质）组成的一种电子元器件。 用途： 具有“隔直通交”的特点，在电子技术中，常用于滤波、移相、旁路、信号调谐等；在电力系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。 基本特性： 能够存储电荷 。 一、电容器 工作原理： 把电容器的两个极板分别接到电源E的正、负极上，电容器的两极板间便有电压U，在电场力的作用下，自由电子定向运动， 使得A板带有正电荷，B板带有等量的负电荷，如图3-1所示。电荷的移动直到两极板间的电压与电源电动势相等时为止。这样，在两个极板间的介质中建立了电场，电容器储存了一定量的电荷和电场能量。 单位：电容器的SI（国际单位制）单位是法拉，简称法，通常用符号“F”表示。 二、电容 不同电容器存储电荷的本领是不同的，我们用电容来表征电容器这个本领的大小。 含义： 电容器任一极板所储存的电荷量，与两极板间电压的比值是一个常数，不同的电容器，这一比值则不同。将这一比值定义为电容器的电容量，简称电容。来表示电容器存储电荷的本领大小。用字母C表示，电容定义式为： 单位：电容的单位有法拉(F)、微法(?F)、皮法(pF)，它们之间的关系为1 F = 10 6 ?F = 10 12 pF 三、平行板电容 由两块相互平行、靠得很近、彼此绝缘的金属板所组成的电容器，叫平行板电容器。是一种最简单的电容器。如图3-2所示为平板电容器的示意图。 图3-2 平板电容器示意图 三、平行板电容器 理论与实验证明，平行板电容器的电容量与极板面积S及电介质介电常数ε成正比，与两极板之间的距离成反比。 其数学表达式为 上式说明：对某一个平行板电容器而言，它的电容是一个确定值，其大小仅与电容器的极板面积大小、相对位置以及极板间的电介质有关；与两极板间电压的大小、极板所带电荷量多少无关。 几种常用介质的相对介电常数 表3-1　几种常用介质的相对介电常数 2.2 8.5 6 ~ 6.5 7 ~ 8.5 11.6 聚苯乙烯 三氧化二铝 无线电瓷 超高频瓷 五氧化二钽 4.2 1.0 3.5 35 80 7.0 石英 空气 硬橡胶 酒精 纯水 云母 相对介电常数/(F/m) 介质名称 相对介电常数 (F/m) 介质名称 　　1．电容是电容器的固有特性，它只与两极板正对面积、板间距离及板间的介质有关，与电容器是否带电、带电多少无关。 　　2．任何两个导体之间都存在电容。 　　3．电容器存在耐压值，当加在电容器两极板间的电压大于它的额定电压时，电容器将被击穿。 　　说明 §3-2 电容器的充电与放电 一、电容器的充电 如图所示，当开关Ｓ将１和３端接通，正电荷Ａ极板聚集，负电荷则Ｂ极板聚集；正、负电荷聚集过程中的移动形成了充电电流ｉＣ。 充电电流ｉＣ＝ （Ｅ-ＵＣ）／ＲＬ 小灯泡逐渐变暗直到熄灭；Ｖ的读数由零增大到等于电源电压Ｅ，电流表Ａ１的读数减小为零。这样，在电容器两极板间建立了电场，电容器储存了一定的电荷和电场能量，这一过程称为电容器的充电。 图3-3 电容器充电过程 二、电容器的放电 如图３－７所示，充电结束后，电容器Ｃ两端的电压ｕＣ＝Ｅ，把开关Ｓ从１打到２时将２和３端接通。电容器放电过程中，A极板上的正电荷经灯泡、电流表A2移到Ｂ极板与负电荷中和，将负电荷移到Ａ极板与正电荷中和。小灯泡逐渐变暗直到熄灭，Ｖ减小为零，Ａ２减小为零。电容器两极板所带正负电荷中和的这一过程称为电容器的放电。 图3-3 电容器放电过程 三、电容器充放电的特性 出电容器的充放电特性如表3-2所示 表3-2 电容器的充、放电特性 电容充放电－注意事项 （2）若将交变电压加在电容两端，则电路中有交变的充发电流通过，即电容具有通交流作用。 （1）若电容两端加直流， ，电容器相当于开路，所以电容器具有隔直流的作用。 四、电容器中的电场能 　　1．能量来源 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，此能量是从电源吸取过来储存在电容器中的。 从能量转化角度看，电容器的充放电过程，实质上是电容器与外部能量的交换过程。在此过程中，电容器本身不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件。