我們都知道電阻會(huì)消耗電能，而在本次學(xué)習(xí)分享中，我們將學(xué)習(xí)不消耗電能的電容元件。 在集誠(chéng)培訓(xùn)網(wǎng)的【電氣工程基礎(chǔ)】第六課中，曹老師給我們?cè)敿?xì)講解了電容元件的定義和性質(zhì)。 現(xiàn)在，就讓我?guī)Т蠹疫M(jìn)一步玩轉(zhuǎn)電容元件。
電容器 電容器，簡(jiǎn)單理解，就是電荷的容器。 下面的圖 4-1 顯示了一些實(shí)際的電容器器件。 在電路中，電容器元件是實(shí)際電容器裝置的理想化模型。
圖4-1
電容器由兩塊金屬板組成，中間填充有電介質(zhì)（如云母、絕緣紙、空氣等）。 當(dāng)在兩個(gè)極板之間施加電壓時(shí)，電容器會(huì)存儲(chǔ)電荷。 電容器元件圖形符號(hào)的垂直兩列看起來(lái)像電容器的兩塊極板，分別充滿(mǎn)正電荷和負(fù)電荷。 當(dāng)正負(fù)電荷量始終相等時(shí)，兩極板之間就會(huì)建立電場(chǎng)，因此電容器是一種可以?xún)?chǔ)存電場(chǎng)能量的儲(chǔ)能元件。
圖4-2
如圖4-2所示，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱(chēng)法拉（F）。 常用的單位是微法拉 (μF) 和皮法拉 (pF)。 前面提到，電容元件可以?xún)?chǔ)存電場(chǎng)能量，因此自然可以釋放電場(chǎng)能量。 課程中，曹老師詳細(xì)分析了電容元件的儲(chǔ)能特性。 充放電過(guò)程實(shí)際上就是電荷逃逸的過(guò)程。
顯然，電容元件的能量存儲(chǔ)并不是無(wú)限的。 就像我們乘坐電梯時(shí)一樣，電梯本身的空間大小不同，所以承重能力也不同。 同樣電場(chǎng)強(qiáng)度的單位，不同的電容元件也有不同的電容量和不同的額定電壓。 如果電容器兩端的實(shí)際電壓超過(guò)其額定電壓，電介質(zhì)可能會(huì)擊穿并損壞設(shè)備。
為了更好地了解電容元件的串并聯(lián)特性，我們以典型的平行板電容器為例。 其電容C與兩塊板相對(duì)的面積S成正比，與兩塊板之間的距離d成反比。 可以理解為，極板面積越大，能容納的電荷越多； 當(dāng)電容器兩端電壓一定時(shí)，極板間距離越遠(yuǎn)，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度越小，如下圖4-3所示。 其他類(lèi)型電容器電容特性的分析也可參考平行板電容器。
圖4-3
現(xiàn)在我們知道了什么是電容元件，那么它的串聯(lián)和并聯(lián)又如何呢？ 它和電阻有什么區(qū)別？ 我們首先看一下電容元件的并聯(lián)，如下圖4-4所示。 在并聯(lián)電容電路中，等效電容為并聯(lián)電容之和，即：Ceq=C1+C2+…+Cn。 不難發(fā)現(xiàn)，電容器的并聯(lián)特性與電阻的串聯(lián)特性相似。
圖4-4
其實(shí)我們也可以這樣來(lái)看電容的并聯(lián)。 在圖4-4的電路圖中，多個(gè)電容元件的并聯(lián)看起來(lái)就像增加了電容元件的極板面積，所以它的等效電容自然會(huì)增加。 大的。
學(xué)到了這些，相信電容的并聯(lián)對(duì)于大家來(lái)說(shuō)是完全不費(fèi)吹灰之力的。 所以就不進(jìn)行多余的解釋了，接下來(lái)我們直接進(jìn)入串聯(lián)電容的研究。
圖4-5
根據(jù)圖4-5的內(nèi)容，在串聯(lián)電容電路中電場(chǎng)強(qiáng)度的單位，等效電容的倒數(shù)等于各個(gè)串聯(lián)電容的倒數(shù)之和。 我們可以發(fā)現(xiàn)，電容器的串聯(lián)特性與電阻器的并聯(lián)特性相似。
其實(shí)電容的串聯(lián)也可以這么理解。 多個(gè)電容器元件的串聯(lián)看起來(lái)就像拉長(zhǎng)了電容器元件極板之間的距離，因此等效電容自然會(huì)減小。
如前所述，電容器具有額定電壓。 對(duì)于串聯(lián)和并聯(lián)電容器的電路，顯然對(duì)電壓有限制。 因此，為了避免電容器被擊穿損壞，在分析計(jì)算具有電容元件的電路時(shí)，必須時(shí)刻注意電壓情況。