淺析電容元件在電路中的作用及在中職學校電專業(yè)教學中的應用

李錦紅

摘要：學無止境，教亦無止境，教師在自己的職業(yè)生涯中要不斷地提升自己，深入鉆研，不斷總結。本文系統(tǒng)總結了電容元件的工作原理及在電路中的作用，分析其在中職學校電專業(yè)教學中的典型應用，與大家分享。

關鍵詞：電容；工作特性；作用；應用

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）39-0098-03

電容元件是電路的基本元件之一，在各種功能的電路中應用廣泛。在中職學校電氣系各學科的教學中都有滲透，了解它的工作特性及實際應用是一項重要的教學內容。下面我緊密結合中職教學的實際，從電容器的工作原理出發(fā)，總結它的工作特性，并結合實際電路分析它在電路中的作用。

一、電容器工作特性分析

電容器的構成：兩個導體中間用絕緣介質隔開就構成電容器。電容器最基本的特性是能存儲電荷。電容充電后存儲了一定量的電荷與電場能量。

1.電容的基本關系式：Q=CU。Q：一個極板上的電荷量，單位是庫[侖]，用C表示；C：電容，單位是法[拉]，用F表示；U：兩極板間的電壓，單位是伏[特]，用V表示。

總結：電容工作特性一：電容有儲能作用。應用電路：濾波電路。

2.電容元件的電壓電流關系。對于線性時不變電容元件來說，在采用電壓電流關聯(lián)參考方向的情況下，可以得到i（t）===C，表明電流和電壓的變化率成正比。當電容上的電壓劇變時，電容電流大。當電壓不隨時間變化時，電流為零。

總結：電容工作特性二：電容有隔直通交的作用。應用電路：多級放大電路極間耦合。

3.電壓電流或者用以下的積分式描述：在已知電容電流iC（t）的條件下，其電壓uC（t）為

uC（t）=i（ξ）dξ

=i（ξ）dξ+i（ξ）dξ

=uC（0）+i（ξ）dξ

其中uC（0）=i（ξ）dξ為電容電壓的初始值。

從數(shù)學知識可知：當電容電流iC（t）有限時，電容電壓uC（t）不能突變。

總結：電容工作特性三：電容電壓不能突變。應用電路：門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

4.正弦穩(wěn)態(tài)下電容的電壓電流關系。如果電容兩端加上正弦電壓u（t）=Ucos（ωt+φ），并設電壓和電流為關聯(lián)參考方向，則電容中的電流：i（t）=C=ωCUcos（ωt+φ+）。寫成正弦電流的一般表示式，即：i（t）=Icos（ωt+φi）。比較上面兩個式子，有I=ωCU，φi-φu=，由此可見，施加電容上的電壓u（t）=Ucos（ωt+φu）和通過電流i（t）=Icos（ωt+φu）是同頻率的正弦量，在相位上電壓滯后電流π/2（或者說電流超前電壓π/2），電壓和電流有效值（或最大值）成正比，其比值定義為電容的容抗XC=。

總結：電容工作特性四：電容對電壓有移相作用。應用電路：振蕩電路。

二、電容器在中專教材中的典型應用電路

電容工作特性一：電容有儲能作用。應用電路：電容濾波電路。

在直流電源電路中，并聯(lián)電容濾波電路是最經典的。它就是利用電容儲能原理，利用電容充電放電的過程使我們從脈動電壓獲得較為平滑的直流電壓波形。

當u2大于電容電壓uc時，電容被充電，當u2小于電容電壓uc時，二極管截止，電容向負載放電，維持電流方向不變，輸出電壓的脈動成分減少，使電壓平滑穩(wěn)定。

電容與電感或是與電阻組合，還可以構成濾波效果更好的LC濾波器，及LC-π或者是RC-π型濾波器。

電容工作特性二：電容有隔直通交的作用。

典型應用電路：（1）基本放大電路；（2）多級放大電路極間耦合。

1.共發(fā)射極放大器。

其中C1、C2是隔直電容，避免信號源與放大器之間以及各級放大電路之間直流電位之間互相影響。而交流信號可以順利通過電容傳到輸出端。

2.多級放大器級間阻容耦合方式：將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端，稱為阻容耦合方式。

由于電容的隔直作用，阻容耦合放大電路各級之間的直流通路不相通，各級的靜態(tài)工作點相互獨立，便與設計與調試。對于交流信號，前級的輸出信號可幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端。

電容工作特性三：電容電壓不能突變。應用電路：門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：

工作原理分析：穩(wěn)定狀態(tài)：門1截止（輸出高電平），門2導通（輸出低電平），uI=0，uI2=VDD，因此有u01=VDD，u02=0，電容C上的電壓為0。

暫穩(wěn)態(tài)：當輸入正觸發(fā)脈沖uI時，門1輸出電壓u01產生負躍變，由于電容C兩端的電壓不能突變，使門2的輸入電壓uI2負躍變，門2輸出電壓u02上升，u02正反饋到門1輸入端。于是，電容C開始充電，電路進人暫穩(wěn)態(tài)。在此期間輸入脈沖又變回低電平。

自動翻轉回到穩(wěn)態(tài)：隨著電容C的充電，電容上的電壓逐漸升高，即門2輸入uI2升高，當uI2=UTH時，u02下降，由于u02反饋至門1的輸入端，使u01上升，uI2上升，門2的輸出u02變到低電平，正反饋到輸入端，輸出u01變到高電平。暫穩(wěn)態(tài)結束而電路返回穩(wěn)態(tài)。

同時電容C上的電荷通過電阻R和門2輸人回路的保護二極管釋放。

在此微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路中，正是應用電容兩端電壓不能突變才有了暫穩(wěn)態(tài)的過程。

電容工作特性四：電容對電壓有移相作用。

1.應用電路：RC振蕩電路。電容的移相作用使電容成為震蕩電路中的最主要的元件。

振蕩電路的基本構成為放大電路、反饋網絡、選頻網絡、穩(wěn)幅電路。震蕩發(fā)生的條件：

（1）幅值條件：放大倍數(shù)A與反饋系數(shù)F的乘積的模為1即：AF=1。

（2）相位條件：反饋電壓與輸入電壓同相。放大電路的相移φA與反饋網絡的相移φF之和為2nπ，即：φA+φF=2nπ。通?？梢岳秒娙菀葡嘧饔脴嫵蒖C移相振蕩器。也可以利用RC電路構成選頻網絡。相位角從超前到滯后的過程中，在某一確定頻率f0下必有相位角為零；在此頻率f0下，其輸出電壓幅度達到最大值。這一頻率是選頻網絡的諧振頻率，即振蕩器的振蕩頻率。從電工學的計算可知：f0=1/2πRC。

2.利用電容的移相作用提高公率因數(shù)。供電設備輸出的總功率：S=UI，其中U為電壓有效值，I為電流有效值。其中有一部分是有功功率P=Scosφ，另一部分為無功功率Q=Ssinφ。λ=cosφ稱為功率因數(shù)。如果功率因數(shù)λ越小，電路的有功功率就越小，無功功率就越大，電路中能量互換的規(guī)模也越大。為了提高能量的利用率，必須提高公率因數(shù)。

提高功率因數(shù)λ就是要縮小阻抗角φ，在電動機等感性負載電路中電流滯后電壓，當感性負載電路并聯(lián)電容器以后，電容器之路電流超前電壓，使得總電流與電壓的夾角減小，從而達到了提高功率因數(shù)的目的。

根據中職學校的教學特點，在電路教學中應盡量化繁為簡，有些時候可以以定性分析代替定量分析。如果有實驗環(huán)節(jié)效果更好，或用電路分析軟件輔助教學都是不錯的選擇。

注：有部分電路圖來源于網絡。

參考文獻：

[1]劉志平，蘇永昌.電工基礎[M].高等教育出版社，2001.

[2]石小法，鄧紅.電子技術[M].高等教育出版社，2000.endprint

摘要：學無止境，教亦無止境，教師在自己的職業(yè)生涯中要不斷地提升自己，深入鉆研，不斷總結。本文系統(tǒng)總結了電容元件的工作原理及在電路中的作用，分析其在中職學校電專業(yè)教學中的典型應用，與大家分享。

關鍵詞：電容；工作特性；作用；應用

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）39-0098-03

電容元件是電路的基本元件之一，在各種功能的電路中應用廣泛。在中職學校電氣系各學科的教學中都有滲透，了解它的工作特性及實際應用是一項重要的教學內容。下面我緊密結合中職教學的實際，從電容器的工作原理出發(fā)，總結它的工作特性，并結合實際電路分析它在電路中的作用。

一、電容器工作特性分析

電容器的構成：兩個導體中間用絕緣介質隔開就構成電容器。電容器最基本的特性是能存儲電荷。電容充電后存儲了一定量的電荷與電場能量。

1.電容的基本關系式：Q=CU。Q：一個極板上的電荷量，單位是庫[侖]，用C表示；C：電容，單位是法[拉]，用F表示；U：兩極板間的電壓，單位是伏[特]，用V表示。

總結：電容工作特性一：電容有儲能作用。應用電路：濾波電路。

2.電容元件的電壓電流關系。對于線性時不變電容元件來說，在采用電壓電流關聯(lián)參考方向的情況下，可以得到i（t）===C，表明電流和電壓的變化率成正比。當電容上的電壓劇變時，電容電流大。當電壓不隨時間變化時，電流為零。

總結：電容工作特性二：電容有隔直通交的作用。應用電路：多級放大電路極間耦合。

3.電壓電流或者用以下的積分式描述：在已知電容電流iC（t）的條件下，其電壓uC（t）為

uC（t）=i（ξ）dξ

=i（ξ）dξ+i（ξ）dξ

=uC（0）+i（ξ）dξ

其中uC（0）=i（ξ）dξ為電容電壓的初始值。

從數(shù)學知識可知：當電容電流iC（t）有限時，電容電壓uC（t）不能突變。

總結：電容工作特性三：電容電壓不能突變。應用電路：門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

4.正弦穩(wěn)態(tài)下電容的電壓電流關系。如果電容兩端加上正弦電壓u（t）=Ucos（ωt+φ），并設電壓和電流為關聯(lián)參考方向，則電容中的電流：i（t）=C=ωCUcos（ωt+φ+）。寫成正弦電流的一般表示式，即：i（t）=Icos（ωt+φi）。比較上面兩個式子，有I=ωCU，φi-φu=，由此可見，施加電容上的電壓u（t）=Ucos（ωt+φu）和通過電流i（t）=Icos（ωt+φu）是同頻率的正弦量，在相位上電壓滯后電流π/2（或者說電流超前電壓π/2），電壓和電流有效值（或最大值）成正比，其比值定義為電容的容抗XC=。

總結：電容工作特性四：電容對電壓有移相作用。應用電路：振蕩電路。

二、電容器在中專教材中的典型應用電路

電容工作特性一：電容有儲能作用。應用電路：電容濾波電路。

在直流電源電路中，并聯(lián)電容濾波電路是最經典的。它就是利用電容儲能原理，利用電容充電放電的過程使我們從脈動電壓獲得較為平滑的直流電壓波形。

當u2大于電容電壓uc時，電容被充電，當u2小于電容電壓uc時，二極管截止，電容向負載放電，維持電流方向不變，輸出電壓的脈動成分減少，使電壓平滑穩(wěn)定。

電容與電感或是與電阻組合，還可以構成濾波效果更好的LC濾波器，及LC-π或者是RC-π型濾波器。

電容工作特性二：電容有隔直通交的作用。

典型應用電路：（1）基本放大電路；（2）多級放大電路極間耦合。

1.共發(fā)射極放大器。

其中C1、C2是隔直電容，避免信號源與放大器之間以及各級放大電路之間直流電位之間互相影響。而交流信號可以順利通過電容傳到輸出端。

2.多級放大器級間阻容耦合方式：將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端，稱為阻容耦合方式。

由于電容的隔直作用，阻容耦合放大電路各級之間的直流通路不相通，各級的靜態(tài)工作點相互獨立，便與設計與調試。對于交流信號，前級的輸出信號可幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端。

電容工作特性三：電容電壓不能突變。應用電路：門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：

工作原理分析：穩(wěn)定狀態(tài)：門1截止（輸出高電平），門2導通（輸出低電平），uI=0，uI2=VDD，因此有u01=VDD，u02=0，電容C上的電壓為0。

暫穩(wěn)態(tài)：當輸入正觸發(fā)脈沖uI時，門1輸出電壓u01產生負躍變，由于電容C兩端的電壓不能突變，使門2的輸入電壓uI2負躍變，門2輸出電壓u02上升，u02正反饋到門1輸入端。于是，電容C開始充電，電路進人暫穩(wěn)態(tài)。在此期間輸入脈沖又變回低電平。

自動翻轉回到穩(wěn)態(tài)：隨著電容C的充電，電容上的電壓逐漸升高，即門2輸入uI2升高，當uI2=UTH時，u02下降，由于u02反饋至門1的輸入端，使u01上升，uI2上升，門2的輸出u02變到低電平，正反饋到輸入端，輸出u01變到高電平。暫穩(wěn)態(tài)結束而電路返回穩(wěn)態(tài)。

同時電容C上的電荷通過電阻R和門2輸人回路的保護二極管釋放。

在此微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路中，正是應用電容兩端電壓不能突變才有了暫穩(wěn)態(tài)的過程。

電容工作特性四：電容對電壓有移相作用。

1.應用電路：RC振蕩電路。電容的移相作用使電容成為震蕩電路中的最主要的元件。

振蕩電路的基本構成為放大電路、反饋網絡、選頻網絡、穩(wěn)幅電路。震蕩發(fā)生的條件：

（1）幅值條件：放大倍數(shù)A與反饋系數(shù)F的乘積的模為1即：AF=1。

（2）相位條件：反饋電壓與輸入電壓同相。放大電路的相移φA與反饋網絡的相移φF之和為2nπ，即：φA+φF=2nπ。通?？梢岳秒娙菀葡嘧饔脴嫵蒖C移相振蕩器。也可以利用RC電路構成選頻網絡。相位角從超前到滯后的過程中，在某一確定頻率f0下必有相位角為零；在此頻率f0下，其輸出電壓幅度達到最大值。這一頻率是選頻網絡的諧振頻率，即振蕩器的振蕩頻率。從電工學的計算可知：f0=1/2πRC。

2.利用電容的移相作用提高公率因數(shù)。供電設備輸出的總功率：S=UI，其中U為電壓有效值，I為電流有效值。其中有一部分是有功功率P=Scosφ，另一部分為無功功率Q=Ssinφ。λ=cosφ稱為功率因數(shù)。如果功率因數(shù)λ越小，電路的有功功率就越小，無功功率就越大，電路中能量互換的規(guī)模也越大。為了提高能量的利用率，必須提高公率因數(shù)。

提高功率因數(shù)λ就是要縮小阻抗角φ，在電動機等感性負載電路中電流滯后電壓，當感性負載電路并聯(lián)電容器以后，電容器之路電流超前電壓，使得總電流與電壓的夾角減小，從而達到了提高功率因數(shù)的目的。

根據中職學校的教學特點，在電路教學中應盡量化繁為簡，有些時候可以以定性分析代替定量分析。如果有實驗環(huán)節(jié)效果更好，或用電路分析軟件輔助教學都是不錯的選擇。

注：有部分電路圖來源于網絡。

參考文獻：

[1]劉志平，蘇永昌.電工基礎[M].高等教育出版社，2001.

[2]石小法，鄧紅.電子技術[M].高等教育出版社，2000.endprint

摘要：學無止境，教亦無止境，教師在自己的職業(yè)生涯中要不斷地提升自己，深入鉆研，不斷總結。本文系統(tǒng)總結了電容元件的工作原理及在電路中的作用，分析其在中職學校電專業(yè)教學中的典型應用，與大家分享。

關鍵詞：電容；工作特性；作用；應用

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）39-0098-03

電容元件是電路的基本元件之一，在各種功能的電路中應用廣泛。在中職學校電氣系各學科的教學中都有滲透，了解它的工作特性及實際應用是一項重要的教學內容。下面我緊密結合中職教學的實際，從電容器的工作原理出發(fā)，總結它的工作特性，并結合實際電路分析它在電路中的作用。

一、電容器工作特性分析

電容器的構成：兩個導體中間用絕緣介質隔開就構成電容器。電容器最基本的特性是能存儲電荷。電容充電后存儲了一定量的電荷與電場能量。

1.電容的基本關系式：Q=CU。Q：一個極板上的電荷量，單位是庫[侖]，用C表示；C：電容，單位是法[拉]，用F表示；U：兩極板間的電壓，單位是伏[特]，用V表示。

總結：電容工作特性一：電容有儲能作用。應用電路：濾波電路。

2.電容元件的電壓電流關系。對于線性時不變電容元件來說，在采用電壓電流關聯(lián)參考方向的情況下，可以得到i（t）===C，表明電流和電壓的變化率成正比。當電容上的電壓劇變時，電容電流大。當電壓不隨時間變化時，電流為零。

總結：電容工作特性二：電容有隔直通交的作用。應用電路：多級放大電路極間耦合。

3.電壓電流或者用以下的積分式描述：在已知電容電流iC（t）的條件下，其電壓uC（t）為

uC（t）=i（ξ）dξ

=i（ξ）dξ+i（ξ）dξ

=uC（0）+i（ξ）dξ

其中uC（0）=i（ξ）dξ為電容電壓的初始值。

從數(shù)學知識可知：當電容電流iC（t）有限時，電容電壓uC（t）不能突變。

總結：電容工作特性三：電容電壓不能突變。應用電路：門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

4.正弦穩(wěn)態(tài)下電容的電壓電流關系。如果電容兩端加上正弦電壓u（t）=Ucos（ωt+φ），并設電壓和電流為關聯(lián)參考方向，則電容中的電流：i（t）=C=ωCUcos（ωt+φ+）。寫成正弦電流的一般表示式，即：i（t）=Icos（ωt+φi）。比較上面兩個式子，有I=ωCU，φi-φu=，由此可見，施加電容上的電壓u（t）=Ucos（ωt+φu）和通過電流i（t）=Icos（ωt+φu）是同頻率的正弦量，在相位上電壓滯后電流π/2（或者說電流超前電壓π/2），電壓和電流有效值（或最大值）成正比，其比值定義為電容的容抗XC=。

總結：電容工作特性四：電容對電壓有移相作用。應用電路：振蕩電路。

二、電容器在中專教材中的典型應用電路

電容工作特性一：電容有儲能作用。應用電路：電容濾波電路。

在直流電源電路中，并聯(lián)電容濾波電路是最經典的。它就是利用電容儲能原理，利用電容充電放電的過程使我們從脈動電壓獲得較為平滑的直流電壓波形。

當u2大于電容電壓uc時，電容被充電，當u2小于電容電壓uc時，二極管截止，電容向負載放電，維持電流方向不變，輸出電壓的脈動成分減少，使電壓平滑穩(wěn)定。

電容與電感或是與電阻組合，還可以構成濾波效果更好的LC濾波器，及LC-π或者是RC-π型濾波器。

電容工作特性二：電容有隔直通交的作用。

典型應用電路：（1）基本放大電路；（2）多級放大電路極間耦合。

1.共發(fā)射極放大器。

其中C1、C2是隔直電容，避免信號源與放大器之間以及各級放大電路之間直流電位之間互相影響。而交流信號可以順利通過電容傳到輸出端。

2.多級放大器級間阻容耦合方式：將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端，稱為阻容耦合方式。

由于電容的隔直作用，阻容耦合放大電路各級之間的直流通路不相通，各級的靜態(tài)工作點相互獨立，便與設計與調試。對于交流信號，前級的輸出信號可幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端。

電容工作特性三：電容電壓不能突變。應用電路：門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：

工作原理分析：穩(wěn)定狀態(tài)：門1截止（輸出高電平），門2導通（輸出低電平），uI=0，uI2=VDD，因此有u01=VDD，u02=0，電容C上的電壓為0。

暫穩(wěn)態(tài)：當輸入正觸發(fā)脈沖uI時，門1輸出電壓u01產生負躍變，由于電容C兩端的電壓不能突變，使門2的輸入電壓uI2負躍變，門2輸出電壓u02上升，u02正反饋到門1輸入端。于是，電容C開始充電，電路進人暫穩(wěn)態(tài)。在此期間輸入脈沖又變回低電平。

自動翻轉回到穩(wěn)態(tài)：隨著電容C的充電，電容上的電壓逐漸升高，即門2輸入uI2升高，當uI2=UTH時，u02下降，由于u02反饋至門1的輸入端，使u01上升，uI2上升，門2的輸出u02變到低電平，正反饋到輸入端，輸出u01變到高電平。暫穩(wěn)態(tài)結束而電路返回穩(wěn)態(tài)。

同時電容C上的電荷通過電阻R和門2輸人回路的保護二極管釋放。

在此微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路中，正是應用電容兩端電壓不能突變才有了暫穩(wěn)態(tài)的過程。

電容工作特性四：電容對電壓有移相作用。

1.應用電路：RC振蕩電路。電容的移相作用使電容成為震蕩電路中的最主要的元件。

振蕩電路的基本構成為放大電路、反饋網絡、選頻網絡、穩(wěn)幅電路。震蕩發(fā)生的條件：

（1）幅值條件：放大倍數(shù)A與反饋系數(shù)F的乘積的模為1即：AF=1。

（2）相位條件：反饋電壓與輸入電壓同相。放大電路的相移φA與反饋網絡的相移φF之和為2nπ，即：φA+φF=2nπ。通?？梢岳秒娙菀葡嘧饔脴嫵蒖C移相振蕩器。也可以利用RC電路構成選頻網絡。相位角從超前到滯后的過程中，在某一確定頻率f0下必有相位角為零；在此頻率f0下，其輸出電壓幅度達到最大值。這一頻率是選頻網絡的諧振頻率，即振蕩器的振蕩頻率。從電工學的計算可知：f0=1/2πRC。

2.利用電容的移相作用提高公率因數(shù)。供電設備輸出的總功率：S=UI，其中U為電壓有效值，I為電流有效值。其中有一部分是有功功率P=Scosφ，另一部分為無功功率Q=Ssinφ。λ=cosφ稱為功率因數(shù)。如果功率因數(shù)λ越小，電路的有功功率就越小，無功功率就越大，電路中能量互換的規(guī)模也越大。為了提高能量的利用率，必須提高公率因數(shù)。

提高功率因數(shù)λ就是要縮小阻抗角φ，在電動機等感性負載電路中電流滯后電壓，當感性負載電路并聯(lián)電容器以后，電容器之路電流超前電壓，使得總電流與電壓的夾角減小，從而達到了提高功率因數(shù)的目的。

根據中職學校的教學特點，在電路教學中應盡量化繁為簡，有些時候可以以定性分析代替定量分析。如果有實驗環(huán)節(jié)效果更好，或用電路分析軟件輔助教學都是不錯的選擇。

注：有部分電路圖來源于網絡。

參考文獻：

[1]劉志平，蘇永昌.電工基礎[M].高等教育出版社，2001.

[2]石小法，鄧紅.電子技術[M].高等教育出版社，2000.endprint