電容器充放電

時(shí)代在進(jìn)步，科技在發(fā)展，電信技術(shù)日新月異，消費(fèi)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(jìn)，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(chǔ)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(diào)諧等多種作用。

電容器的特性

電容器是由中間隔有介質(zhì)的兩個(gè)金屬板所構(gòu)成。當(dāng)電容器的極板上帶有某一數(shù)量的電荷時(shí)，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(gè)常數(shù)，所以當(dāng)電量Q=0時(shí)，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(gè)性質(zhì)全然不同的電路元件。當(dāng)電阻兩端施加某一電壓UR時(shí)，它會(huì)將電能轉(zhuǎn)變成熱能而消耗掉;電容則不是這種情況，當(dāng)于其兩端施加電壓UC時(shí)，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(zhuǎn)換為電場能而貯存起來。因此常將電阻稱為耗能元件，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(shí)間的，因此又常稱電阻為即時(shí)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(chǔ)電荷的過程，當(dāng)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(huì)在電場力的作用下，向與電源負(fù)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(fù)極相連的金屬極板得到電荷帶負(fù)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(dòng)形成電流，由于同性電荷的排斥作用，使得電荷移動(dòng)剛開始時(shí)，電流最大，之后逐漸減小;而電容器帶電量在電荷移動(dòng)開始最小，為零，在電荷移動(dòng)過程中，帶電量逐漸增加，兩金屬極板間電壓逐漸增大，當(dāng)其增大至與電源電壓相等時(shí)，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(chǔ)電荷的過程，當(dāng)充電完畢的電容器位于一個(gè)無電源的閉合通路中時(shí)，帶負(fù)電的金屬極板上的電荷便會(huì)在電場力的作用下，向帶正電的金屬極板上跑去，使得正負(fù)電荷中和掉，電容器開始放電。

在電路中，電荷的移動(dòng)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(shí)，電流最大，之后逐漸減小;電容器帶電量在放電過程開始時(shí)最大，之后也逐漸減少，當(dāng)帶電量減小為零時(shí)，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(diǎn)及規(guī)律

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

①電容器的充放電是需要時(shí)間的。這是由于電容器的充放電過程，實(shí)質(zhì)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(shí)間的，所以充放電也是需要時(shí)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(shí)間的。但從中可以看到，在t=15s時(shí)，u=9.5V，已達(dá)到E的95%;在t=25s時(shí)，u=9.93V，實(shí)際上已經(jīng)可以認(rèn)為電容器基本上充滿，充電過程已基本上結(jié)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，而后期變的緩慢。在t=15s時(shí)，u=0.5V，僅為E的5%;在t=25s時(shí)，u=0.07V，此時(shí)可以認(rèn)為電容器的電荷基本放光，完成了放電過程。

總之，在分析實(shí)際問題時(shí)，可以認(rèn)為電容器的充放電過程所需的時(shí)間是有限的。這就是說，對于上述實(shí)驗(yàn)電路，電容器自充、放電開始后15s～25s，從工程的觀點(diǎn)看就完全可以認(rèn)為充、放電已經(jīng)結(jié)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(diǎn)非常重要，必須牢記。