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電容 充電 電容器充放電過程詳情解析 - 全文

時代在進步,科技在發(fā)展,電信技術日新月異,消費類電子產(chǎn)品需求不斷增長,使得電容器產(chǎn)業(yè)也快步前進,中國現(xiàn)已成為全球電容器生產(chǎn)大國。

電容器,英文名稱為capacitor,簡寫為C,是一種以電場形式存儲能量的無源器件,幾乎存在于所有的電子電路中,可以起到隔直流通交流、耦合、旁路、濾波、調諧等多種作用。

電容器的特性

電容器是由中間隔有介質的兩個金屬板所構成。當電容器的極板上帶有某一數(shù)量的電荷時,在電容器的兩端就產(chǎn)生一定的電壓UC,其值,由于電容器的電容量C是一個常數(shù),所以當電量Q=0時,則UC=0;而Q愈大,也就是電荷量愈多,則UC就愈大。

電容和電阻是兩個性質全然不同的電路元件。當電阻兩端施加某一電壓UR時,它會將電能轉變成熱能而消耗掉;電容則不是這種情況,當于其兩端施加電壓UC時,則在兩極板間就隨之形成了電場,電場是具有能量的,這就是說電容能將電能轉換為電場能而貯存起來。因此常將電阻稱為耗能元件電容 充電,而電容稱為貯能元件。另外,只要有電流流過,電阻兩端的電壓就立即產(chǎn)生;而電容器兩端電壓的建立是需要時間的,因此又常稱電阻為即時性元件;電容為惰性元件。

電容器充電過程

充電過程即是電容器存儲電荷的過程,當電容器與直流電源接通后,與電源正極相連的金屬極板上的電荷便會在電場力的作用下,向與電源負極相連的金屬極板跑去,使得與電源正極相連的金屬極板失去電荷帶正電,與電源負極相連的金屬極板得到電荷帶負電(兩金屬極板所帶電荷大小相等,符號相反),電容器開始充電。

在電路中,電荷的移動形成電流,由于同性電荷的排斥作用,使得電荷移動剛開始時,電流最大,之后逐漸減小;而電容器帶電量在電荷移動開始最小,為零,在電荷移動過程中,帶電量逐漸增加,兩金屬極板間電壓逐漸增大,當其增大至與電源電壓相等時,充電完畢,電流減小為零。

電容器放電過程

放電過程即是電容器釋放存儲電荷的過程,當充電完畢的電容器位于一個無電源的閉合通路中時,帶負電的金屬極板上的電荷便會在電場力的作用下,向帶正電的金屬極板上跑去,使得正負電荷中和掉,電容器開始放電。

在電路中,電荷的移動形成電流,由于異性電荷的吸引作用,使得在放電過程剛開始時,電流最大,之后逐漸減小;電容器帶電量在放電過程開始時最大,之后也逐漸減少,當帶電量減小為零時,放電完畢,電流減小為零。

由于電容器充電完畢后,電路中沒有電流流過,因此電容可起到隔直流的作用,在直流電路中,可將其看作開路。

電容器充放電的特點及規(guī)律

根據(jù)上面所得到的電容器的充放電時UC、IC的數(shù)據(jù)和曲線,可以歸納出幾點很有實用價值的規(guī)律。

①電容器的充放電是需要時間的。這是由于電容器的充放電過程,實質是電容器上電荷的積累和消散的過程,由于電荷量的變化是需要時間的,所以充放電也是需要時間的。

②在充電的開始階段,充電電流較大,u上升較快,隨著的增長,充電電流逐漸減小,且u的上升速度變緩,而向著電源電壓E趨近。從理論上來說,要使電容器完全充滿,完成充電的全過程是需要無限長的時間的。但從中可以看到,在t=15s時,u=9.5V,已達到E的95%;在t=25s時,u=9.93V,實際上已經(jīng)可以認為電容器基本上充滿,充電過程已基本上結束。

同樣,在放電的開始階段,電壓UC及電流IC的變化也是較快的電容 充電,而后期變的緩慢。在t=15s時,u=0.5V,僅為E的5%;在t=25s時,u=0.07V,此時可以認為電容器的電荷基本放光,完成了放電過程。

總之,在分析實際問題時,可以認為電容器的充放電過程所需的時間是有限的。這就是說,對于上述實驗電路,電容器自充、放電開始后15s~25s,從工程的觀點看就完全可以認為充、放電已經(jīng)結束。

③在電容器剛剛開始充電或剛剛開始放電的瞬間,電容器的端電壓及貯存的電荷Q都將保持著充、放電開始之前的數(shù)值。例如,充電前電容器的電壓u=0V,則開始充電的瞬間UC仍保持為0V;而放電前如果電容器的u=E,則放電開始瞬間仍保持為E。即電容器的端電壓u在充、放電開始的瞬間是不能突變的,電容器的這一特點非常重要,必須牢記。

文章由啟和科技編輯


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