3.2电容器的连接(课件）-高二《电工技术基础与技能》同步教学（电子工业版）

任务二　电容器的连接 　 　 /// /// 任务分析 在对电子产品调试和维修时，若手头没有合适规格和参数的电容器，可以通过电容器的串联和并联的方法进行代换。 电阻同样也有串、并联连接方式，但电容串、并联性能是否和电阻的相同呢？下面将通过理论与实践两个方面进行研究。 相关知识 一、电容器的串联 设n个电容器的电容分别为C1、C2、…、Cn，电压分别为U1、U2、…、Un，n个电容器串联后的等效电容为C。将几个电容器的电极首尾相接，连成一种无分支路的连接方式称为电容器的串联，如图3-10（a）所示，图3-10（b）为等效电路。 　 　 /// /// 1．电量关系 每个电容器的极板由于静电感应而带有等量的异种电荷，故串联电容器中每个电容器的电量都相等，即 图3-10　电容的串联 （3-3） 　 　 /// /// 2．电压关系 串联电容器组中，极板上所储存的电荷是以正负交替的形式出现的，各电容器上电压的方向一致，因此，总电压等于各电容器电压之和，即 （3-4） 3．电容关系 　 　 /// /// 由式（3-5）可以看出：串联电容器的等效电容（总电容）的倒数等于各电容器电容的倒数和。所以，串联后电容器的总电容比任一个电容器的电容量都小。 若只有两个电容器C1与C2串联，则等效电容 ；若有n个相同的电容器C0串联，则等效电容为 。 【例3-1】三个电容器串联连接，规格相同，都是200µF，额定工作电压均为50V，电源电压U = 120V，试求： （1）等效电容是多大？ （2）每只电容器上所带的电荷量是多少？ （3）在此电压下工作是否安全？ 　 　 /// /// 二、电容器的并联 把几个电容器的电极首首相连、尾尾相连的连接方式称为电容器的并联，如图3-11（a）所示，图3-11（b）为其等效电路。 图3-11　电容器的并联 设各个并联电容器的电容分别为C1、C2、…、Cn，它们所带电量分别为q1、q2、…、qn，并设此并联电容器组的等效电容（总电容）为C。 1．电压关系 在电容并联电路中，各电容器两端电压相等，都等于总电压，即 2．电量关系 结合电荷守恒定律分析，并联电容器的总电荷量q应该等于各电容器的电荷量之和，即 　 　 /// /// 3．电容关系 由于 ， ，… ， ， 代入式（3-7）得 所以 　 并联电容器组的等效电容（总电容）等于各电容器的电容之和。电容器并联后相当于增大了极板的正对面积，所以，其等效电容大于其中任何一个电容。 【例3-2】电容器C1的电容为10μF，充电后电压为30V，电容器C2的电容为20μF，充电后电压为15V，把它们并联在一起，其总电压是多少? 　 　 /// /// 电容连接方式的选择 目前，实验室有30μF/25V、70μF/25V的电容器若干，请设计一个电路，使电路中的电容值达到200μF/25V，应选用哪种电容，并通过哪种方式连接以达到设计要求？ 技能训练 任务三　观察电容器的充电、放电现象 　 　 /// /// 任务分析 电容可以将电路中的正、负电荷储存下来，那么电荷是如何被存储下来的呢？通过实验可以观察到电容器存储电荷的过程。 相关知识 一、电容器的充电过程 电容器作为一种储能元件，具有储存和释放电能的性质，表现为电容器的充电、放电现象，在电路中所起到的各种作用也都是通过充电、放电过程来实现的。观察和分析电容器在充电、放电过程中的规律，可以加深对电容器基本特性的了解和认识。 　 　 /// /// 在如图3-12所示电路中，Us为恒压源，C为电容量很大的电容器，A1和A2是电流表，L1、L2为发光二极管，V是电压表。先断开开关SB2，然后按下SB1，电源开始对电容器充电。 可以看到：在按下SB1开关的瞬间，电容器两极板间电压为0，极板与电源间存在较大电压差，充电电流较大，L1最亮，电流表A1的读数最大。随着电容器极板电荷的积聚，两者间的电压差变小，电流也越来越小，L1逐渐变暗，最后熄灭。当两者之间电压差为零时，电流也为零，充电过程结束。此时，电容器两端电压为Uc = Us。 图3-12 电容充电、放电实验电路 　 　 /// /// 二、电容器的放电过程 当断开开关SB1、按下开关SB2时，电容器与电源断开。此时，充电后的电容器相当于电源，与L2发光二极管、R2、A2电流表构成放电回路，形成放电电流。开始时电容器端电压为Us（最大），所以电流表A2上读数（放电电流）最大，L2最亮，随着电容器两极板正负电荷