电容器充放电过程详解

电容器是一种以电场形式储存能量的无源器件，在选择电容时，要注意保证其质量，可以选择知名品牌的电容器，如国巨电容。在有需要的时候，电容能够把储存的能量释放至电路。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。

当电容连接到直流电源（DC）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，如图331，电路中有电流流通。两块板会分别获得数量相等且极性相反电荷，此时电容正在充电，其两端的电位差UC逐渐增大。一旦电容两端电压UC增大至与电源电压U相等时，UC=U，电容充电完毕，电路中再没有电流流动，电容的充电过程完成。

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

当切断电容器和电源的连接后，即断开开关S1闭合开关S2，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，UC=0，如图332所示。

图331　电容正在充电

图332　电容正在放电

在图331和图332中，RC和RD的电阻值分别影响电容的充电和放电速度。时间常数与电阻值R和电容值C的乘积有如下关系。(www.xing528.com)

式中　U0——电容上的初始电压值；

U1——电容最终可充到或放到的电压值；

Ut——t时刻电容上的电压值。

时间常数描述电容的充电和放电速度，如图333所示。

图333　在充电及放电过程中的电压UC和电流iC

电容值或电阻值越小，时间常数也越小，电容的充电和放电速度就越快，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。

小知识：电容器和充电电池都可以储存电能，电容器除了能量密度小于充电电池之外，其他指标都优于充电电池。如果电容器的能量密度可以接近充电电池时，则电容器是充电电池的最好替代品。随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件受到社会和广大科研工作者的重视。超级电容器亦称电化学电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种新型的储能装置。由于超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。超级电容器可用来满足汽车在加速、启动、爬坡时的高功率要求以保护蓄电池系统，也可用于其他系统中，如作为移动通信和计算机的备用电池等。