电容元件和电感元件1

《电容元件和电感元件1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章电容元件和电感元件组成电路的元件不仅有电阻元件，还有电感和电容元件。后两种元件与电阻元件的性质不同，属于储能元件。本章主要介绍电容和电感元件的基本概念和电压、电流的约束关系以及电容元件的连接和两种元件的储能，为学习线性电路的动态分析、交流电路的分析和电子电路等后续课程奠定理论基础。3.1电容元件3.1.1电容元件的基本概念1.电容器电容器的极板：实际的电容器的种类和规格很多，但就其构成的基本原理来说，都是两个导体中间用电介质隔开就构成电容器，其中两个导体称为电容器的极板。分类：按绝缘介质分，有有

2、机薄膜电容器、瓷介电容器、电解电容器等按其形状分，有平行板电容器、圆柱形电容器、片式电容器等；按其容量是否可变分，又有固定电容和可调电容。几种常见的电容器普通电容器电力电容器电解电容器2.电容元件漏电：实际电容器中的介质是不可能完全绝缘的，总会有电流通过介质，这一现象称为漏电。因此，电容器还有漏电阻。理想电容器：忽略了漏电现象的电容器，就称为理想电容器。电容元件的电路图形符号3.电容电容:电容器的容量简称电容。电容器在外电源的作用下，两极板上可聚集等量的异性电荷，当外电源撤去后，极板上的电荷可长期储存

3、。当极板上的电荷释放掉时，电场中的能量也就释放出来。因此电容器是一种储存电场能量的元件，它的基本性能是储存电荷而产生电场。电容电压电流参考方向和库伏曲线实验证明：电容器充电后每个极板上所带的电荷q与极板间的电压uC成正比式中，比例常数C反映了电容元件容纳电荷的本领，称为电容器的电容量，简称电容。同一电容元件，两端电压Uc不同时，两极板上聚集的电荷量也不同，它的这一特性可用库伏特性来表征。单位是法拉，简称法（F）。线性电容元件：如果电容元件的容量为常数，它不随所带电量的变化而变化，这样的电容元件称为线性

4、电容元件。因此，电容既是一个元件，也是一个量值。重要参数：容量击穿电压：每个电容器所允许承受的电压是有限度的，电压过高，介质就会被击穿，这个电压称为击穿电压。额定电压：使电容器长期工作而不被击穿的电压称为额定工作电压。因此在电容器铭牌上，除标明电容量外，还须标明其额定电压。4.常用电容器的容量计算（1）平板电容器两块相互平行的金属板，中间隔以电介质，就构成一个平板电容器。如果平板电容器的极板间距离比极板尺寸小得多，那么，就可以把它当成无限大平行板。在平板电容器充电以后，极板的内表面均匀带电，极板间为均

5、匀电场。d为极板间的距离；S为极板的有效面积；ε为电介质的介电常数，ε0为真空的介电常数，ε0=8.85×10-12F/m；εr为某种介质的相对介电常数，εr=εε0说明：对某一个平板电容器而言，它的容量是一个确定值，其大小仅与电容器的有效极板面积、相对位置、极板间距离以及介质有关；与两极板间电压的大小、极板所带电量无关。可见，增大极板面积，缩小极板间的距离和采用介电常数大的电介质都可以增大平板电容器的电容。（2）同轴圆柱形电容器两个套在一起的圆柱形金属壳，中间填以电介质，就构成一个同轴圆柱形电容器。

6、如同轴电缆就可以当成同轴圆柱形电容器。根据电容的定义，同轴圆柱形电容器的电容为：l为极板长度或高度，r1、r2为内外圆柱的半径。说明：同轴圆柱形电容器的电容是由它本身的几何尺寸和介质决定的，与极板所带电量无关。3.1.2电容元件的约束设电压的参考方向如图32（a）所示。当电压为正时，两极板堆积了等量异性的电荷；当极板上的电量或电压发生变化时，在电路中要产生电流。根据电容定义：则有：如果是非关联参考方向，则为：在dt时间内，通过导线流进极板的电荷量为：从电容元件的约束可以看出，某时刻的电容元件的电流i取

7、决于该时刻电容元件的电压uC的变化率，当电压升高时，duCdt＞0,极板上的电荷增加，电流为正值，是充电过程。反之，为放电过程。如果电压不随时间变化，即电压为直流电压，则电流i=0，这时电容元件的作用相当于使电路断开。还表明只有在动态情况下才会产生电容元件的电流，这种性质称为电容元件的动态性质。这就是电容元件的“隔直流通交流的作用”。上式表明，若任意时刻电容元件的电流为有限值的话，则电容电压不能跃变，而只能连续变化。电容元件的另一种伏安关系可表示为：上式表明，某一瞬间电容元件两端的电压，取决于i从－∞

8、到t的积分。它与电容元件的电流过去的全部情况有关，这说明电容元件有“记忆”电流的作用，故电容元件又称为记忆元件。3.1.3电容元件的电场能量电容器的储能是在充电过程中得到的。电容器接通电源后，电源做功把负电荷从正极板移到负极板，使得两个极板分别带上等量的异号电荷，并且在极板之间建立电场，同时把电能储存在两极板之间的电介质中，因此电容元件是一种储能元件。功率可由电容元件两端的电压和流过的电流的乘积计算。当电流和电压选取关联参考方向时，电容元件的瞬时功率为：