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五月 6 2020

电容的充放电原理是什么?

  电容是一种以电场形式储存能量的无源器件。在需要的时候,电容能够把储存的能量释出至电路。电容由两块导电的平行板构成,在板之间填充上绝缘物质或介电物质。下面介绍电容的充放电原理。

  电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量。电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质,可能电荷会永久存在,这是它的特征,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。图1和图2分别是电容的基本结构和符号。

电容的基本结构

  图1 电容的基本结构

电容的电路符号

  图2 电容的电路符号

  当电容连接到一电源是直流电 (DC) 的电路时,在特定的情况下,有两个过程会发生,分别是电容的 “充电” 和 “放电”。

  若电容与直流电源相接,见图3,电路中有电流流通。两块板会分别获得数量相等的相反电荷,此时电容正在充电,其两端的电位差vc逐渐增大。一旦电容两端电压vc增大至与电源电压V相等时,vc = V,电容充电完毕,电路中再没有电流流动,而电容的充电过程完成。

电容正在充电

  图3 电容正在充电

  由于电容充电过程完成后,就没有电流流过电容器,所以在直流电路中,电容可等效为开路或R = ∞,电容上的电压vc不能突变。

  当切断电容和电源的连接后,电容通过电阻RD进行放电,两块板之间的电压将会逐渐下降为零,vc = 0,见图4。

电容正在放电

  图4 电容正在放电

  在图3和图4中,RC和RD的电阻值分别影响电容的充电和放电速度。

  电阻值R和电容值C的乘积被称为时间常数τ,这个常数描述电容的充电和放电速度,见图5。

在充电及放电过程中的电压Vc和电流iC

  图5 在充电及放电过程中的电压Vc和电流iC

  电容值或电阻值愈小,时间常数也愈小,电容的充电和放电速度就愈快,反之亦然。

  电容几乎存在于所有电子电路中,它可以作为“快速电池”使用。如在照相机的闪光灯中,电容作为储能元件,在闪光的瞬间快速释放能量。

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