常用电容器及其容量标识方法

3.3.1　电容定义

1.11 电容的种类

1.12 电容充电放电

在电容器的两个极板间加上电源后，极板上分别积聚起等量的异性电荷，在介质中建立起电场，同时储存电场能量。电源移去后，电荷仍然聚集在极板上，电场继续存在。所以，电容器是一种能够储存电场能量的实际器件。电容元件就是实际电容器的理想化模型，其图

电容器的品种和规格有很多，如图1－34所示。就其构成原理来说，电容器都是由两块金属极板隔以不同的绝缘物质（如云母、绝缘纸、电解质等）组成的。所以任何两个彼此靠近而且又相互绝缘的导体都可以构成电容器。这两个导体叫作电容器的极板，它们之间的绝缘物质叫作介质。形符号如图1－35所示。

图1－34　常用的电容器

1.13 电容容量标识方法

图1－35中＋q和－q为该元件正、负极板上的电荷量。若规定其电压的参考方向由正极板指向负极板，则任何时刻正极板上的电荷量q与其两端的电压U有以下关系：

图1－35　电容元件的图形符号

式中，C称为电容元件的电容，它是用来衡量电容元件容纳电荷本领的一个物理量，是一个与电荷q、电压U无关的正实数。

电容的单位为法拉（F），常用单位还有微法（μF）和皮法（pF），其换算关系为

1F＝106μF＝1012pF

为了叙述方便，我们把电容元件简称为电容，所以“电容”这个术语及它的符号C，一方面表示一个电容元件，另一方面也表示这个元件的参数。

3.3.2　电容的连接

1.电容的串联

图1－36所示为三个电容的串联电路。

图1－36　电容的串联电路

（a）串联电路；（b）等效电路

电压u加在电容组合体两端的两块极板上，使这两块与外电路相连的极板分别充有等量的异性电荷q，中间的各个极板由于静电感应而产生感应电荷，感应电荷量与两端极板上的电荷量相等，均为q，如图1－36（a）所示。因此电容串联时，各电容所带的电量相等，即

q＝C1u1＝C2u2＝C3u3

串联电路的总电压为

由图1－36（b）可知等效电容所带的总电量也为q，其电压与电量的关系为

综上所述，等效条件为

即电容串联时，其等效电容的倒数等于各串联电容的倒数之和。

各电容的电压之比为

即电容串联时，各电容两端的电压与其电容量成反比。

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从电容串联的性质可以看出，电容器串联后总的电容量减小，整体的耐压值升高。如果标称电压低于外加电压，可以采用电容串联的方法，但要注意，电容器串联后一方面电容变小；另一方面，电容器的电压与电容量成反比，电容量小的承受的电压高，要考虑标称电压是否大于电容器的耐压值。

2.电容的并联

图1－37所示为三个电容的并联电路。

图1－37　电容的并联电路

（a）并联电路；（b）等效电路

C1、C2、C3上加的是相同的电压u，它们各自的电量为

q1＝C1u；q2＝C2u；q3＝C3u

所以

q1∶q2∶q3＝C1∶C2∶C3

即电容并联时，各电容所带的电量与各电容器的电容量成正比。

电容并联后所带的总电量为

q＝q1＋q2＋q3＝C1u＋C2u＋C3u＝u（C1＋C2＋C3）

由图1－37（b）可知等效电容为

即电容并联时，其等效电容等于并联的各电容器的电容量之和。

从电容并联的性质可以看出，当电路所需电容较大时，可以选用电容量适合的几个电容器并联。电容器并联时加在各电容器上的电压相同，所以电容器并联使用时，为了使各个电容器都能安全工作，所选择的电容器的最低耐压值不得低于电路的最高工作电压。

边学边练

例：如图1－38所示，已知C1＝C4＝10μF，C2＝C3＝20μF，求

（1）当开关S打开时，ab间的等效电容Cab；

（2）当开关S闭合时，ab间的等效电容Cab。

解：（1）当S打开时，C1与C2串联，C3与C4串联，两串联电路再并联，所以

图1－38　电路

得

得

因此

（2）当S闭合时，C1与C3并联，C2与C4并联，两并联电路再串联，所以

因此

得