电容器充放电过程详情解析

网络整理 2017-12-02 10:29:25 0评

  时代在进步,科技在发展,电信技术日新月异,消费类电子产品需求不断增长,使得电容器产业也快步前进,中国现已成为全球电容器生产大国。

  电容器,英文名称为capacitor,简写为C,是一种以电场形式存储能量的无源器件,几乎存在于所有的电子电路中,可以起到隔直流通交流、耦合、旁路、滤波、调谐等多种作用。

  电容器充放电过程详情解析

  电容器的特性

  电容器是由中间隔有介质的两个金属板所构成。当电容器的极板上带有某一数量的电荷时,在电容器的两端就产生一定的电压UC,其值,由于电容器的电容量C是一个常数,所以当电量Q=0时,则UC=0;而Q愈大,也就是电荷量愈多,则UC就愈大。

  电容和电阻是两个性质全然不同的电路元件。当电阻两端施加某一电压UR时,它会将电能转变成热能而消耗掉;电容则不是这种情况,当于其两端施加电压UC时,则在两极板间就随之形成了电场,电场是具有能量的,这就是说电容能将电能转换为电场能而贮存起来。因此常将电阻称为耗能元件,而电容称为贮能元件。另外,只要有电流流过,电阻两端的电压就立即产生;而电容器两端电压的建立是需要时间的,因此又常称电阻为即时性元件;电容为惰性元件。

   电容器充电过程

  充电过程即是电容器存储电荷的过程,当电容器与直流电源接通后,与电源正极相连的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下,向与电源负极相连的金属极板跑去,使得与电源正极相连的金属极板失去电荷带正电,与电源负极相连的金属极板得到电荷带负电(两金属极板所带电荷大小相等,符号相反),电容器开始充电。

  在电路中,电荷的移动形成电流,由于同性电荷的排斥作用,使得电荷移动刚开始时,电流最大,之后逐渐减小;而电容器带电量在电荷移动开始最小,为零,在电荷移动过程中,带电量逐渐增加,两金属极板间电压逐渐增大,当其增大至与电源电压相等时,充电完毕,电流减小为零。

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  电容器放电过程

  放电过程即是电容器释放存储电荷的过程,当充电完毕的电容器位于一个无电源的闭合通路中时,带负电的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下,向带正电的金属极板上跑去,使得正负电荷中和掉,电容器开始放电。

  在电路中,电荷的移动形成电流,由于异性电荷的吸引作用,使得在放电过程刚开始时,电流最大,之后逐渐减小;电容器带电量在放电过程开始时最大,之后也逐渐减少,当带电量减小为零时,放电完毕,电流减小为零。

  由于电容器充电完毕后,电路中没有电流流过,因此电容可起到隔直流的作用,在直流电路中,可将其看作开路。

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  电容器充放电的特点及规律

  根据上面所得到的电容器的充放电时UC、IC的数据和曲线,可以归纳出几点很有实用价值的规律。

  ①电容器的充放电是需要时间的。这是由于电容器的充放电过程,实质是电容器上电荷的积累和消散的过程,由于电荷量的变化是需要时间的,所以充放电也是需要时间的。

  ②在充电的开始阶段,充电电流较大,u上升较快,随着的增长,充电电流逐渐减小,且u的上升速度变缓,而向着电源电压E趋近。从理论上来说,要使电容器完全充满,完成充电的全过程是需要无限长的时间的。但从中可以看到,在t=15s时,u=9.5V,已达到E的95%;在t=25s时,u=9.93V,实际上已经可以认为电容器基本上充满,充电过程已基本上结束。

  同样,在放电的开始阶段,电压UC及电流IC的变化也是较快的,而后期变的缓慢。在t=15s时,u=0.5V,仅为E的5%;在t=25s时,u=0.07V,此时可以认为电容器的电荷基本放光,完成了放电过程。

  总之,在分析实际问题时,可以认为电容器的充放电过程所需的时间是有限的。这就是说,对于上述实验电路,电容器自充、放电开始后15s~25s,从工程的观点看就完全可以认为充、放电已经结束。

  ③在电容器刚刚开始充电或刚刚开始放电的瞬间,电容器的端电压及贮存的电荷Q都将保持着充、放电开始之前的数值。例如,充电前电容器的电压u=0V,则开始充电的瞬间UC仍保持为0V;而放电前如果电容器的u=E,则放电开始瞬间仍保持为E。即电容器的端电压u在充、放电开始的瞬间是不能突变的,电容器的这一特点非常重要,必须牢记。

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