3电感和电容对交变电流的影响

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1、第五章3电感和电容对交变电流的影响演示如图5.3-1，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上。取直流电源的电压与交流电压的有效值相等。观察两种情况下灯泡的亮度。这个实验说明了什么？图5.3-1对比两种情况下灯泡的亮度电感器对交变电流的阻碍作用在直流电路中，当电压一定时，影响电流强弱的只是电阻；但在交流电路中，电感器对交变电流也有阻碍作用。也就是说，如果把线圈接入交流电路，即使绕制线圈的导线的电阻可以忽略，线圈仍然对交流有阻碍作用。电感器对交流的阻碍作用的大小用感抗表示。实验和理论分析都表明，线圈的自感系数越大、交流的频率越高，电感对交流的阻碍作用就

2、越大，也就是说，线圈的感抗就越大。扼流圈是电工技术和电子技术常用的元件，它利用了电感对交流的阻碍作用。图5.3-2扼流圈5/5扼流圈分为两大类。一类是低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数为几十亨。即使交流的频率较低，例如家庭电路中的交流，这种线圈产生的感抗也很大。由于线圈是用铜线绕制的，对直流的阻碍作用较小，所以这种扼流圈可以用来“通直流，阻交流”。图5.3-3低频扼流圈用来“通直流，阻交流”。另一类是高频扼流圈，线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数为几百或几十，自感系数为几毫亨。这种扼流圈只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流

3、的阻碍作用更小，因此可以用来“通直流、通低频，阻高频”。演示如图5.3-4，把白炽灯和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上。观察灯泡的发光情况。这个实验说明了什么？图5.3-4交流能够通过电容器交变电流能够通过电容器直流不能通过电容器，这是容易理解的，因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了。金属中的电流是由负电荷的定向移动引起的，它等效于正电荷向相反方向的移动。图中用到了这种等效画法。当电容器接到交流电源的两端时，实际上自由电荷也没有通过两极板间的绝缘介质。不过，瞬时电压在不断变化，当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，5/5形成充电电流；当电压降低时

4、，电容器放电，电荷从极板上退出，形成放电电流（图5.3-5）。电源加在两极板上电压的大小和正负在不断地变化，电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。图5.3-5电容器充电和放电的示意图电容器对交变电流的阻碍作用在图5.3-4的实验中，如果把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时更亮。这表明电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小用容抗表示。实验和理论分析都表明，电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的容抗就越小。说一说有些电源输出的电流既有交流成分又有直流成分，而我们只需要稳

5、定的直流，不希望其中混有太多的交流成分．这时可以采用图5.3-3的电路。现在我们又知道，电容具有“隔直流、通交流”的作用，如果同时使用电感器和电容器，是不是可以使负载电阻R2上的交流成分更少？试着在图5.3-3的基础上在右侧虚框中画出这样的电路图。为了尽量减少R2上的交流成分，应该怎样选择线圈的自感和电容器的电容？使用220V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳与电源之间都有良好的绝缘。但是，有时候用手触摸外壳仍会感到“麻手”，用试电笔测试时氖管也会发光，这是为什么？原来，与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”。当用手触摸金属外壳时

6、，可能有一点点电流经人体流入大地。虽然这点“漏电”一般不会造成人身伤害，但是为了确保安全，电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地。5/5电容不仅存在于成型的电容器中，也存在于电路的导线、元件及机壳间。有时候这种电容的影响是很大的，当交流的频率很高时更是这样。同样，电感也不仅存在于成型的线圈中。下面将要讲到远距离输电，输电线的电感和电容都很大，它们造成的损失常常比电阻造成的还要大。问题与练习1．如图5.3-6所示，交流电流表A1、A2、A3分别与电容器C、线圈L和电阻R串联后接在同一个交流电源上，供电电压瞬时值为u1=Umsinω1t，三个电流表各有不同的读数。现换另一个电源供电，供电电压瞬

7、时值为u2=Umsinω2t，ω2=2ω1。改换电源后，三个电流表的读数是否变化？如果有变化，各是增大还是减小？为什么？图5.3-6电流表如何变化？2．在电子技术中，声音、图像等信号都要变成交变电流来处理。微弱的信号电流往往需要经过几级放大。在某级放大之后，要把信号送到下一级，但两级的直流工作状态不能相互影响。这时可以在两级之间接入图5.3-7所示的电路，图中的电容称为耦合电容。说一说，这个电路怎样起到了“隔直流、通交流