承德西門子模塊供應(yīng)代理商

時間：2023-04-20作者：潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司瀏覽：48

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電容，簡單來說，它有兩方面的含義，一是指電容器，即實際的電路器件;另一方面它又指某種參數(shù)或效應(yīng)，即電容參數(shù)或電容效應(yīng)。

從名稱上去理解，“電容”也可以解讀為“電荷的容納(存儲)”或“電場能量的容納(存儲)”。所以，為了便于理解電容，我們有必要知道電荷和電場的一些知識。







1、電荷與電場

電荷與電場相伴相隨。電荷，即帶有正電或負電的粒子，如自由電子、銅離子等。點電荷(沒有大小和形狀的一個點，只考慮其帶電量)是比較典型的電荷模型，如下圖1-1-1所示為3個點電荷，這些電荷由于電量的存在會在周圍激發(fā)出相應(yīng)的電場，電荷量越多，電場就越大。該電場會對“放置其中”的其他電荷產(chǎn)生力的作用，即同性電荷相互排斥，異性電荷相互吸引，這個力就是電場力。







圖1-1-1




所謂“放置其中”，是指其他電荷置于該電場的范圍內(nèi)，這就好比地球的重力場會對地球表面的人產(chǎn)生重力作用，但如果人離地球足夠遠，即離開地球的重力場范圍，就會因失去地球引力的作用而漂浮在空中。如圖1-1-1中，若電荷q2靠近q1，直至接觸到q1的電場，就受到q1的排斥力。







同樣的，若有一塊銅金屬板，如下圖1-1-2所示，其內(nèi)部帶正電的銅離子靠在金屬表面的同一側(cè)。此時，這些銅離子就會在銅金屬表面激發(fā)出一個電場，這個電場是這些銅離子共同產(chǎn)生的合成電場。若有另一塊金屬靠近銅板，那么這另一塊金屬內(nèi)部的自由電子，就會在銅金屬板電場力的吸引力下聚集在靠近銅的一側(cè)表面。其實，這就是電荷的容納，或者說，這就是電場能量的存儲。







圖1-1-2




想象一下，若圖1-1-2的銅金屬板表面的銅離子減少，那么它表面所激發(fā)的電場就會變小。此時這個電場對另一塊金屬內(nèi)部自由電子的作用力也就會相應(yīng)減小。所以，另一塊金屬板表面的的自由電子也會相應(yīng)減少!

另外，按照電場的性質(zhì)，置于電場中的電荷都會受到力的作用，換言之，電場可以對電荷做功，即電場具有能量!電場力將單位正電荷自A點移動至B點時所做的功，就稱之為A、B兩點的電壓，這也是A、B兩點的電位差，如下圖1-1-3所示。這表明了電壓是反映兩點間電場大小的物理量，同時也是能量的反映。







圖1-1-3




2、電容效應(yīng)

根據(jù)電容的含義：“電荷的容納(存儲)”或“電場能量的容納(存儲)”，結(jié)合上文的電壓定義，很顯然，只要電位不相等，即有電壓的存在，就表明有電場的存在。那么，置于電場中的電荷就會在電場的作用力下聚集并具有電場能量。這種產(chǎn)生電荷的聚集并具有電場能量的現(xiàn)象，就被稱為電容效應(yīng)。

電容效應(yīng)存在于很多場合，例如不同相的導(dǎo)線之間、相線與零線之間、相線與地之間、二極管的電極之間等，因為它們之間有電壓，所以會產(chǎn)生電容效應(yīng)。







看到這里，相信大家對電容也有了一定的了解，但這還不是**的答案!要想較深層次地掌握電容知識，“電容器”也是的一部分。




二、電容器

電容器，就是根據(jù)電容效應(yīng)而制成的電路器件，把電容效應(yīng)發(fā)揮到較大化，盡可能地使電荷聚集，從而形成足夠大的電場，存儲相應(yīng)的電場能量。







電容器在工程技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛，它的種類、型號、規(guī)格繁多，但結(jié)構(gòu)原理相同。簡單來說，兩個相互靠近的金屬板，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)(如絕緣紙、云母、空氣等)，這就構(gòu)成了電容器，如下圖1-1-4所示。







圖1-1-4




當給電容器的兩金屬板之間施加一個電壓，也就是施加一個外電場，在這個外電場的作用力下，金屬板的電荷發(fā)生聚集，例如接外電壓正極(電源正極)的金屬板，其正電荷因受到排斥力的作用向兩較板間的方向聚集，同樣的，另一塊金屬板的負電荷也向兩較板間的方向聚集。

有了電荷的聚集，電容器的兩金屬板間就建立了一個電場，即存儲了一定的電場能量，這就是電容器的儲能性質(zhì)。一句話形容就是，電容器吸收的能量以電場能量的形式存儲在較板間的電場中。

電容器的應(yīng)用非常廣泛，在不同電路中發(fā)揮著不同的作用，如耦合、濾波、整流、無功補償?shù)取６斫怆娙萜鞯牟煌饔?，就不得不了解電容器的相關(guān)特性，也就是其電路分析。




三、電容元件與其參數(shù)

電容元件和電容器都有電容兩個字，那么它們有沒有區(qū)別呢?電容元件是不是電容器?讓我們一起來看看吧。




1、電容元件

電容器在電路分析中的建模就是電容元件，電容元件是一種理想的元件，它僅反映了電容器能存儲電荷(存儲電場能量)這一物理現(xiàn)象，其電路符號為兩條短豎線，如下圖1-1-5所示。這兩條短豎線就如同兩塊金屬板，可以說是非常形象了。







圖1-1-5




上文說到“理想的元件”，這里的“理想”又是什么意思呢?其實，它是指忽略實際電容器的其他因素。例如，實際電容器在電路中除了儲能的作用外，還會產(chǎn)生一定的電能損耗，這個電能的損耗就相當于電阻的作用，也就是說，實際電容器也有部分電阻的特性。但電容元件顯然沒有電阻的存在，無法反映出能量的損耗，所以，這就是電容元件與電容器的區(qū)別。

但實際上，我們往往也把實際電容器叫做電容元件，基于此，大家就要懂得具體問題具體分析了。例如，若不能忽略電容器的功率損耗，那么它在電路分析中的建模，應(yīng)是電容元件和電阻元件的并聯(lián)組合，如下圖1-1-6所示，但若忽略其功率損耗，此時電容器的建模就可以直接用電容元件表示。







圖1-1-6




既然電容元件反映的是電容器的儲能性質(zhì)，那么，它就得把這個所存儲的能量通過某種方式給表示出來，這就是“電容C ”的由來。




2、電容元件的參數(shù)

電容元件所存儲的電荷q與電壓u有著某種代數(shù)關(guān)系，即電容元件較板上存儲的電荷q與其兩端的電壓成正比，這就是電容元件的元件特性，該比例系數(shù)用字母“C ”表示，如下圖1-1-7所示。







圖1-1-7




圖1-1-7所示的式q =Cu中的“C ”就是電容元件的參數(shù)，稱為電容，是一個正實常數(shù)。也就是說，一個具體的電容元件，其電容C就是一個大于零的常數(shù)(其值不變的數(shù))，不隨外部條件的變化而變化。

顯然，電容C是電荷與電壓的比例系數(shù)，以電壓u為橫坐標、電荷q為縱坐標就可以畫出電容元件的特性曲線，如圖1-1-7所示，該曲線稱為庫伏曲線，斜率就為電容C 。

至于為什么被稱為庫伏曲線，很簡單，因為電荷q的單位為庫侖，電壓u的單位為伏特，所以這條曲線就叫庫伏曲線啦。

當電荷q的單位為庫侖，電壓u的單位為伏特時，電容C的單位就為法拉，用字母“F”表示，簡稱法。1F其實已經(jīng)是一個非常大的數(shù)了，很多情況下，其單位都是以“μF(微法)”、“pF(皮法)”的形式出現(xiàn)，它們的關(guān)系如下圖1-1-8所示。







圖1-1-8




電容元件的參數(shù)稱為電容，但一般情況下，為了方便，我們也把電容元件稱為電容。也就是說，“電容”這個詞和“C ”這個符號，一方面表示電容元件，一方面也表示電容元件的參數(shù)。

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