圖解電容充放電


首先。怎么判斷電容在直流電路中充放電時電流的流向?

  1 應該是電池負極放出電子到一塊極板,電池正極將另一塊極板上的電子吸了過去。

  2 此時電路是通路   電容的充放電過程,你這么理解是對的。

  3 這個問題,要看這個電路對電容充放電的時間周期。如果高於交流電的周期,那么電容電還沒放完,電流方向就改變,開始反向充電,這樣電容電壓始終不能回零。 如果小於交流電周期,電流還沒有回落到零,電容已放電完畢。 總之,只有兩周期相同時,電容電壓才和電路電壓變化一致。

  將電容器的兩端接上電源。(注意電容及電池連接的極性,電解電容器的負極應與電池的負極相接)電容器就會充電,有電荷的積累。兩端電壓不斷升高,當電容器兩端電壓UC同電池電壓E相等時,充電完畢。此時UC(電容器兩端電壓)=Q(電容器充電的電量)/C(電容器的電容量),

  當電容器兩端去掉電源改加電阻等負載時,電容器進行放電。放電電流I=UC/R(注意Q是逐漸減少的,UC也是逐漸減少的,所以I也是逐漸減少的)。

  電容是一種以電場形式儲存能量的無源器件,在選擇電容時,要注意保證其質量,可以選擇知名品牌的電容,如國巨電容。在有需要的時候,電容能夠把儲存的能量釋出至電路。電容由兩塊導電的平行板構成,在板之間填充上絕緣物質或介電物質。圖1和圖2分別是電容的基本結構和符號。

電容的基本結構

圖1: 電容的基本結構

電容的電路符號

圖2: 電容的電路符號

  當電容連接到一電源是直流電 (DC) 的電路時,在特定的情況下,有兩個過程會發生,分別是電容的 “充電” 和 “放電”。

  若電容與直流電源相接,見圖3,電路中有電流流通。兩塊板會分別獲得數量相等的相反電荷,此時電容正在充電,其兩端的電位差VC逐漸增大。一旦電容兩端電壓VC增大至與電源電壓V相等時,VC= V,電容充電完畢,電路中再沒有電流流動,而電容的充電過程完成。

電容正在充電

圖3: 電容正在充電

  由於電容充電過程完成后,就沒有電流流過電容器,所以在直流電路中,電容可等效為開路或R = ∞,電容上的電壓VC不能突變。

  當切斷電容和電源的連接后,電容通過電阻RD進行放電,兩塊板之間的電壓將會逐漸下降為零,VC= 0,見圖4。

電容正在放電

圖4: 電容正在放電

  在圖3和圖4中,RC和RD的電阻值分別影響電容的充電和放電速度。

  電阻值R和電容值C的乘積被稱為時間常數τ,這個常數描述電容的充電和放電速度,見圖5。

在充電及放電過程中的電壓vc 和電流iC

圖5: 在充電及放電過程中的電壓vc 和電流iC

  電容值或電阻值愈小,時間常數也愈小,電容的充電和放電速度就愈快,反之亦然。

  電容幾乎存在於所有電子電路中,它可以作為“快速電池”使用。如在照相機的閃光燈中,電容作為儲能元件,在閃光的瞬間快速釋放能量。



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