电容器的基础知识
品慧电子讯本文介绍了一些电容器的基础知识，比如电容器的作用、电容器的充放电过程、怎样衡量电容器容量的大小、衡量充放电时间长短的指标以及交流电能够通过电容器的原因。
电容器的作用：储存电荷的容器
从电容器的名称上可以看出，它是一种电的“容器”，具体地说，是一种储存电荷的“容器”。尽管电容器品种繁多，形态各异，但它们的基本结构是相同的。广义地说，两片相距很近的金属板(或金属薄膜)中间被绝缘的物质(固体、气体或液体)所隔开，就构成了电容器。两片金属板称为电容器的极板，中间的绝缘物质叫做介质。电容器储存电荷的过程可以用来说明。把电容器的两个极板分别接在干电池的正、负极上，由于干电池的正极带正电，将吸引与它相连的极板上带负电的自由电子，使这块极板因失去了负电荷而带正电；干电池的负极带负电，它会把带负电的自由电子推斥到与它相连的极板上，这块极板因获得负电荷而带负电。由于两片极板面积较大，距离很近，正、负电荷之间有着较强的吸引力，这时，即使把干电池断开，两片极板上的电荷仍然会保留下来，这就相当于电容器储存了电荷。值得注意的是，随着电容器极板上正、负电荷的积累，两极板之间也就建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电过程。
电容器的充放电过程
当电容器接通电源以后,在电场力的作用下,与电源正极相接电容器极板的 自由电子将经过电源移到与电源负极相接的极板下, 正极由于失去负电荷而带正电, 负 极由于获得负电荷而带负电,正,负极板所带电荷大小相等,符号相反,见图.电荷定 向移动形成电流,由于同性电荷的排斥作用,所以开始电流最大,以后逐渐减小,在电 荷移动过程中,电容器极板储存的电荷不断增加,电容器两极板间电压 UC 等于电源电 压 U 时电荷停止移动,电流 I=0,开关闭合,通过导线的连接作用,电容器正负极板电荷中和掉. 当 K 闭合时,电容器 C 正极正电荷可以移动 负极上中和掉,负极负电荷也可以移到正极中和掉,电荷逐渐减少,表现电流减小,电 压也 逐渐减小为零.
怎样衡量电容器容量的大小
电容器既然是一种储存电荷的“容器”，就必然会有个“容量”大小的问题。为了衡量电容器储存电荷的能力，于是确定了电容量这个物理量。大家知道，电容器必须在外加电压的作用下才能储存电荷。不同的电容器在电压作用下储存的电荷量也可能很不相同。为此国际上统一规定，给电容器外加1伏特直流电压时，它所能储存的电荷量，为该电容器的电容量，用字母C表示。电容量的基本单位为法拉。在1伏特直流电压作用下，如果电容器储存的电荷为1库仑，电容量就被定为1 法拉，法拉用符号F表示。在实际应用中，电容器的电容量往往比1法拉小得多，常用较小的单位，如微法(μF)、皮法(pF)等，它们的关系是：1微法等于百万分之一法拉；1皮法等于百万分之一微法，即
1法拉(F)=1000000微法(μF)
1微法(μF)=1000000皮法(pF)
衡量充放电时间长短的指标—时间常数
如果电容器的电容量C一定，电阻R越大，充电电流就越小，充电时间也就越长；如果电阻R一定，电容量 C越大，电容器充满电所需要的电荷就越多，充电时间也就越长。显然，电容量C和电阻值R是决定电容器充电快慢的两个主要因素，与电源电压无关。人们把RC 电路中电阻R与电容量C的乘积，称为RC充(放)电回路的时间常数，用希腊字母τ表示，它的单位是秒，即τ=RC(秒)、从RC 电路中电容器开始放电瞬间起，经过3τ时间，电容器两端的电压可以充到电源电压的95％，经过5τ时间，上升到电源电压的99.3％。于是，在电路分析与计算中，将RC电路的充(放)电时间取为5τ。比如电容器的电容量C=4000微法，小灯泡的电阻R=60欧姆，可以算出回路的时间常数 τ=0.24秒。充电或放电所经历的时间大致需要5τ，也就是1.2秒。
交流电为什么能够通过电容器
在电子电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“隔直流，传交流”的特性。为什么交流信号可以顺利地“通过”电容器，又可靠地隔断直流电流呢?把交流电往复变化的一个周期分成4段：在0－1段，电压从零值向最大值连续增长；在1－2段，电压从最大值连续减小到零；2－3段，电压从零值向负的最大值连续增长；3－4段，电压从负的最大值连续减小到零。显然，正弦波交流电不仅方向往复交变，它的大小也在每时每刻发生着变化。把电容器接在交流电源上，当电压处于正向或负向增长阶段，电容器连续充电；当电压正、负最大值向零值减小阶段，电容器连续放电。这样，电路中就会流过与正弦波电压变化规律一致的充电电流和放电电流，虽然电容器的介质并不导电，却如同交流电“通过”电容器一样，在正弦交流电压的作用下，产生了正弦交流电流。
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