引入

为什么两块金属板中间隔一层绝缘材料,就能储存电荷?

为什么电容器能“隔直通交”?

为什么照相机的闪光灯要用大电容,而不是电池?

电容器是电路里最常见的储能元件。它的行为围绕一个核心:电荷在极板上积累和释放都需要时间,因此它对变化的信号和恒定的信号反应完全不同。

正文

定义

电容器是由两个相互靠近的导体(极板)中间夹一层绝缘介质构成的器件,用于储存电荷和电场能量。

基本结构

部件作用
两块极板积累正负电荷
绝缘介质阻止电荷直接通过,增大电容
引线连接电路

电容器的电容由结构决定:

详见电容。

充放电过程

过程电流极板电荷电压
充电流入增加升高
放电流出减少降低
稳态(直流)为零不变等于电源电压

充电时电流逐渐减小,电压逐渐升高,时间常数 决定快慢。

隔直通交

信号类型电容器表现原因
直流相当于断路充电完成后不再有电流
交流相当于通路反复充放电,电流持续

这就是“隔直通交”。滤波、耦合、旁路电路都利用这一性质。

电容器的串联与并联

并联(电压相同):

串联(电荷相同):

注意:电容的串并联规律与电阻正好相反。原因是两者定义式互为倒数关系。

电场能量

能量储存在极板间的电场中,能量密度为:

这个式子对任意电场都成立,不只对电容器。

常见类型

类型特点典型用途
固定电容器电容不可调滤波、耦合
可变电容器电容可调收音机调谐
电解电容器容量大,有极性电源滤波
陶瓷电容器体积小,高频特性好高频电路

电解电容器接反会损坏,使用时必须注意极性。

击穿与耐压

每个电容器都有额定耐压值。超过后介质被击穿,电容器短路失效。

参数含义
标称电容设计容量
额定电压允许的最大工作电压
容差实际容量的偏差范围

选择电容器时,耐压值要留有余量,通常取工作电压的 1.5–2 倍。

常见误区

错误说法问题
“电容器储存电荷”两极板带等量异号电荷,净电荷为零
“电容越大越好”取决于用途,高频下大电容可能失效
“电容器能通过直流”稳态直流下相当于断路
“充电后电容变大”电容由结构决定,不随电荷变化

引出

为什么电容器串并联规律与电阻相反?

电场能量密度公式如何推出?

为什么电解电容器有极性?