電工電子技術(shù) 課件 模塊2 電容與電感

電工電子技術(shù)

教學(xué)課件

(模塊2電容與電感)

單元1電容器和電容一、電容器及電容1.電容器構(gòu)成任何兩個(gè)導(dǎo)體之間用絕緣物質(zhì)隔開就構(gòu)成電容器。這兩個(gè)導(dǎo)體叫做電容器的極板，它們之間的絕緣物質(zhì)叫做介質(zhì)，空氣、紙、云母、油、塑料等都可以做電容器的絕緣介質(zhì)。其結(jié)構(gòu)如圖：

2.平行板電容器及電容

（1）平板電容器：由兩個(gè)相互靠近的平行金屬板中間夾一層絕緣介質(zhì)組成。

（2）電容：

當(dāng)在電容器兩個(gè)極板間加上電壓時(shí)，電容器就會(huì)在兩個(gè)極板上儲(chǔ)存等量異號(hào)的電荷，兩級(jí)間建立了電場(chǎng)，所以電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電荷、儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的電子元件。

實(shí)驗(yàn)指出，電容器極板上儲(chǔ)存的電荷量的大小和兩極間電壓成正比，即

式中，C稱為電容量，簡(jiǎn)稱電容。是反映電容器儲(chǔ)存電荷能力的參數(shù)。平板電容器的電容可由下式計(jì)算，即式中:C——電容，單位是法拉，符號(hào)為(F)；q—電極板上儲(chǔ)存的電荷，單位是庫(kù)侖(C)；

uC—電極板之間電壓，單位是伏特(V)；

ε——絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，和介質(zhì)材料種類有關(guān)；

S——兩金屬極板的重疊面積，單位是平方米(m2)；

d——極板間的距離，單位是厘米(cm)。

（3）單位換算其中：法拉（F），微法（μF），皮法（pF）3.電容器的分類按結(jié)構(gòu)分：固定電容器、可變電容器和半可變電容器。按介質(zhì)分：紙介電容器、油浸電容器、金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、有機(jī)薄膜電容器、云母電容器、電解電容器等。各種電容器：

電容器的電路符號(hào)和文字符號(hào)：4.電容器的充電和放電（1）充電

如圖，把電容器與電阻串聯(lián)后，再接到端電壓U為恒定值的電源兩端，當(dāng)把開關(guān)S從打開狀態(tài)扳到A端時(shí)，電容器被充電。接通瞬間，電容器上無(wú)電荷，兩端電壓為零，這時(shí)充電電流最大，i=U/R。

隨著充電不斷進(jìn)行，電容器兩極板上的電荷不斷聚集，電容器兩端的電壓就逐漸增高，而充電電流不斷衰減。當(dāng)電容器的端電壓和電源的端電壓相等時(shí)，充電電流衰減至零，到此充電便告結(jié)束。如圖為充電過(guò)程中uc和i的變化曲線。

電容器在充電過(guò)程中，從電源處吸收電能，把它儲(chǔ)藏在電容器的電場(chǎng)之中，它所儲(chǔ)藏的能量為：（2）放電在電容器充電完畢后，如把開關(guān)S從A端迅速扳到B端，如圖，此時(shí)電容器開始放電。同樣，在電路剛接通的瞬間，放電電流最大。隨著電容器兩電極上的電荷不斷減少，其兩端的電位差就逐漸降低。最后放電完畢，放電電流便等于零。放電過(guò)程中uc和i的變化曲線，如圖。電容器放電時(shí)，把充電時(shí)所儲(chǔ)藏在電場(chǎng)中的能量釋放出來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮枭系臒崃?。在放電過(guò)程中，電容器放出的能量為二、

電容元件

由以上討論可知，電容器是一種能夠儲(chǔ)存能量的器件，這是電容器的基本電磁性能。但在實(shí)際中，電容器介質(zhì)中還存在一定的介質(zhì)損耗和漏電流。如果忽略電容器的這些次要性能，就可用一個(gè)代表其基本電磁性能的理想二端元件作為模型。電容元件就是實(shí)際電容器的理想化模型。

電容元件是一個(gè)理想的二端元件，如圖所示為其圖形符號(hào)。其中，+q和-q代表該元件正、負(fù)極板上的電荷量。若假定通過(guò)電容元件的電流參考方向與其兩端電壓u的參考方向一致（關(guān)聯(lián)參考方向），如前圖所示。則電容元件的電壓與電流的伏安關(guān)系為

上式表明，電容元件的電流與其電壓的變化率成正比。只有當(dāng)元件的電壓發(fā)生變化時(shí)，其中才會(huì)有電流。所以，直流電路中，電容元件相當(dāng)于開路。

*電容元件是一種儲(chǔ)能元件。三、電容器的檢測(cè)1.固定電容器的檢測(cè)（1）檢測(cè)10pF以下的小電容因10pF以下的固定電容器容量太小，用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，只能定性的檢查其是否有漏電、內(nèi)部短路或擊穿現(xiàn)象。測(cè)量時(shí)，可選用萬(wàn)用表R×10k擋，用兩表筆分別任意接電容的兩個(gè)引腳，阻值應(yīng)為無(wú)窮大。若測(cè)出阻值(指針向右擺動(dòng))為零，則說(shuō)明電容漏電損壞或內(nèi)部擊穿。（2）檢測(cè)10PF～001μF固定電容器是否有充電現(xiàn)象，進(jìn)而判斷其好壞。萬(wàn)用表選用R×1k擋。用兩只三極管（β值均為100以上）組成復(fù)合管。萬(wàn)用表的紅和黑表筆分別與復(fù)合管的發(fā)射極e和集電極c相接。由于復(fù)合三極管的放大作用，把被測(cè)電容的充放電過(guò)程予以放大，使萬(wàn)用表指針擺幅度加大，從而便于觀察。（3）對(duì)于001μF以上的固定電容，可用萬(wàn)用表的R×10k擋直接測(cè)試電容器有無(wú)充電過(guò)程以及有無(wú)內(nèi)部短路或漏電，并可根據(jù)指針向右擺動(dòng)的幅度大小估計(jì)出電容器的容量。2.電解電容器的檢測(cè)

（1）因?yàn)殡娊怆娙莸娜萘枯^一般固定電容大得多，所以，測(cè)量時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同容量選用合適的量程。一般情況下，1～47μF間的電容，可用R×1k擋測(cè)量，大于47μF的電容可用R×100擋測(cè)量。

（2）將萬(wàn)用表紅表筆接負(fù)極，黑表筆接正極，在剛接觸的瞬間，萬(wàn)用表指針即向右偏轉(zhuǎn)較大偏度(對(duì)于同一電阻擋，容量越大，擺幅越大)，接著逐漸向左回轉(zhuǎn)，直到停在某一位置。此時(shí)的阻值便是電解電容的正向漏電阻，此值略大于反向漏電阻。實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明，電解電容的漏電阻一般應(yīng)在幾百kΩ以上，否則，將不能正常工作。在測(cè)試中，若正向、反向均無(wú)充電的現(xiàn)象，即表針不動(dòng)，則說(shuō)明容量消失或內(nèi)部斷路；如果所測(cè)阻值很小或?yàn)榱?，說(shuō)明電容漏電大或已擊穿損壞，不能再使用。（3）對(duì)于正、負(fù)極標(biāo)志不明的電解電容器，可利用上述測(cè)量漏電阻的方法加以判別。即先任意測(cè)一下漏電阻，記住其大小，然后交換表筆再測(cè)出一個(gè)阻值。兩次測(cè)量中阻值大的那一次便是正向接法，即黑表筆接的是正極，紅表筆接的是負(fù)極（4）使用萬(wàn)用表電阻擋，采用給電解電容進(jìn)行正、反向充電的方法，根據(jù)指針向右擺動(dòng)幅度的大小，可估測(cè)出電解電容的容量。3.可變電容器的檢測(cè)

（1）用手輕輕旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸，應(yīng)感覺十分平滑，不應(yīng)感覺有時(shí)松時(shí)緊甚至有卡滯現(xiàn)象。將載軸向前、后、上、下、左、右等各個(gè)方向推動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸不應(yīng)有松動(dòng)的現(xiàn)象。（2）用一只手旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸，另一只手輕摸動(dòng)片組的外緣，不應(yīng)感覺有任何松脫現(xiàn)象。轉(zhuǎn)軸與動(dòng)片之間接觸不良的可變電容器，是不能再繼續(xù)使用的。（3）將萬(wàn)用表置于R×10k擋，一只手將兩個(gè)表筆分別接可變電容器的動(dòng)片和定片的引出端，另一只手將轉(zhuǎn)軸緩緩旋動(dòng)幾個(gè)來(lái)回，萬(wàn)用表指針都應(yīng)在無(wú)窮大位置不動(dòng)。在旋動(dòng)轉(zhuǎn)軸的過(guò)程中，如果指針有時(shí)指向零，說(shuō)明動(dòng)片和定片之間存在短路點(diǎn)；如果碰到某一角度，萬(wàn)用表讀數(shù)不為無(wú)窮大而是出現(xiàn)一定阻值，說(shuō)明可變電容器動(dòng)片與定片之間存在漏電現(xiàn)象。如圖：四、電容器的標(biāo)注電容器的參數(shù)標(biāo)注方法有直標(biāo)法、文字符號(hào)法和色標(biāo)法。1．直標(biāo)法：直標(biāo)法是將電容器的主要參數(shù)（標(biāo)稱電容量、額定電壓及允許偏差）直接標(biāo)注在電容器上，一般用于電容器或體積較大的無(wú)極性電容器。標(biāo)稱電容量的單有微法（μF）皮法（pF）。普通電容的允許誤差有±5%、±10%、±20%和＞±20%等，精密電容器的允許偏差有+2%、±1%、±0.5%、±0.25%、±0.1%和±0.05%。額定電壓有6.3V、10V、16V、25V、32V、50V、63V、100V、160V、250V、400V、450V、500V、630V、1000V、1200V。1500V、1600V、1800V、2000V等。國(guó)外電容器也有只標(biāo)數(shù)字、不標(biāo)單位的的直標(biāo)法，或用R來(lái)表示小數(shù)點(diǎn)，或?qū)⑿?shù)點(diǎn)及其前面的零省略不標(biāo)。2.文字符號(hào)法文字符號(hào)法是采用數(shù)字或字母數(shù)字混膈的方法來(lái)標(biāo)注電容器的主要參數(shù)。（1）數(shù)字標(biāo)注法

數(shù)字標(biāo)注法一般是用3位數(shù)字表示電容器的容量。其中前兩位數(shù)字為有效值數(shù)字，第三位數(shù)字為倍乘數(shù)（即表示有效值后有多少個(gè)0）。例如：102表示10×102pF=1000pF104表示10×104pF=0.1μF105表示10×105pF=1μF2．（2）字母與數(shù)字混合標(biāo)注法

此標(biāo)注方法是用2~4位數(shù)字表示有效值，用P、n、M、μ、G、m等字母表示有效數(shù)后面的量級(jí)。進(jìn)口電容器在標(biāo)注數(shù)值時(shí)不用小數(shù)點(diǎn)，而是將整數(shù)部分寫在字母之前，將小數(shù)部分寫在字母后面。例如：4p7表示4.7pF8n2表示8200pFM1表示0.1μF3m3表示3300μFG1表示100μF

3．色標(biāo)法

色標(biāo)法與電阻器的色環(huán)法基本一樣，都是在元件外表涂上不同的顏色，表示元件的標(biāo)稱值。電容器的色標(biāo)法標(biāo)注的容量單位一般為pF。表1是不同顏色所代表的具體數(shù)字。如圖所示，色標(biāo)法的標(biāo)注方法是；沿著電容器引線方向，第一、二色帶，表示電容量的有效數(shù)字，第三色帶表示有效數(shù)字后面零的個(gè)數(shù)(倍率)。第四色帶表示允許誤差。如遇到電容器色帶的寬度為兩個(gè)或三個(gè)色帶寬度時(shí)，就表示有兩個(gè)或三個(gè)相同的數(shù)字。電工電子技術(shù)

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(模塊2電容與電感)

單元2電感和電感元件一、電感器與電感1.電感器電感器就是用導(dǎo)線繞制的空心線圈或具有鐵芯的線圈，是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元件。結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)物圖：

2.電感當(dāng)電感線圈內(nèi)有電流iL流過(guò)時(shí)，電流在該線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁通為自感磁通。圖示：圖中，ΦL表示電流i產(chǎn)生的自感磁通。如果線圈的匝數(shù)為N，且穿過(guò)每一匝線圈的自感磁通都是ΦL，則

即是電流iL產(chǎn)生的總磁通~即自感磁鏈。若電感線圈是空心線圈，自感磁鏈ΨL與電流i

L成正比，即

L稱為電感元件的自感系數(shù)，或電感系數(shù)，簡(jiǎn)稱電感。其大小表征了電感線圈產(chǎn)生磁鏈（磁通）的能力。電感的單位為亨[利]，符號(hào)為H，1H=1Wb/A。通常還用毫亨(mH)和微亨(μH)作為其單位，它們與亨的換算關(guān)系為1mH=10-3H，1μH=10-6H3.電感器的分類電感器種類繁多，分為幾下類型：（1）按其結(jié)構(gòu)的不同可分為：線繞式電感器和非線繞式電感器（多層片狀、印刷電感等），還可分為固定式電感器和可調(diào)式電感器。固定式電感器又分為空心電感器、磁心電感器、鐵心電感器等?？烧{(diào)式電感器又分為磁心可調(diào)電感器、銅心可調(diào)電感器、滑動(dòng)接點(diǎn)可調(diào)電感器、串聯(lián)互感可調(diào)電感器和多抽頭可調(diào)電感器。（2）按工作頻率可分為：高頻電感器、中頻電感器和低頻電感器。空心電感器、磁心電感器和銅心電感器一般為中頻或高頻電感器，而鐵心電感器多數(shù)為低頻電感器。（3）按用途可分為：振蕩電感器、校正電感器、顯像管偏轉(zhuǎn)電感器、阻流電感器、濾波電感器、隔離電感器、被償電感器等。常見的類型電感器如下圖:二、電感器的檢測(cè)1.電感值測(cè)量：將萬(wàn)用表打到蜂鳴二極管檔，把表筆放在兩引腳上，看萬(wàn)用表的讀數(shù)。

2.好壞判斷：對(duì)于貼片電感此時(shí)的讀數(shù)應(yīng)為零，若萬(wàn)用表讀數(shù)偏大或?yàn)闊o(wú)窮大則表示電感損壞。對(duì)于電感線圈匝數(shù)較多，線徑較細(xì)的線圈讀數(shù)會(huì)達(dá)到幾十到時(shí)幾百，通常情況下線圈的直流電阻只有幾歐姆。損壞表現(xiàn)為發(fā)燙或電感磁環(huán)明顯損壞，若電感線圈不是嚴(yán)重?fù)p壞，而又無(wú)法確定時(shí)，可用電感表測(cè)量其電感量或用替換法來(lái)判斷。三、電感元件電感