作用

在直流電路中，電容器是相當(dāng)于斷路的。電容器是一種能夠儲(chǔ)藏電荷的元件，也是常用的電子元件之一。

這得從電容器的結(jié)構(gòu)上說起。簡(jiǎn)單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)（包括空氣）構(gòu)成的。通電后，極板帶電，形成電壓（電勢(shì)差），但是由于中間的絕緣物質(zhì)，所以整個(gè)電容器是不導(dǎo)電的。不過，這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓（擊穿電壓）的前提條件下的。我們知道，任何物質(zhì)都是相對(duì)絕緣的，當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后，物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的，我們稱這個(gè)電壓叫擊穿電壓。電容也不例外，電容被擊穿后，就不是絕緣體了。不過在中學(xué)階段，這樣的電壓在電路中是見不到的，所以都是在擊穿電壓以下工作的，可以被當(dāng)做絕緣體看。13多個(gè)電容的串聯(lián)和并聯(lián)計(jì)算公式:C串:1/C=1/C1 1/C2 1/C3 。

但是，在交流電路中，因?yàn)殡娏鞯姆较蚴请S時(shí)間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過程是有時(shí)間的，這個(gè)時(shí)候，在極板間形成變化的電場(chǎng)，而這個(gè)電場(chǎng)也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。實(shí)際上，電流是通過電場(chǎng)的形式在電容器間通過的。

在中學(xué)階段，有句話，就叫通交流，阻直流，說的就是電容的這個(gè)性質(zhì)。

什么是超級(jí)電容器？

超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能裝置，由于其相對(duì)于傳統(tǒng)的平板電容器具有較高的能量密度，而相對(duì)于二次電池而言其具有較大的功率密度，因此它常常被描述為能夠“bridge the gap between capacitor and battery”。對(duì)于電容來說，在零狀態(tài)響應(yīng)的通電瞬間，它可以認(rèn)為是電壓為零的電壓源，所以它相當(dāng)于短路。Maxwell公司公布的超級(jí)電容器與鋰電池性能對(duì)比以及超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，如下面表格所示

參數(shù)                                       超級(jí)電容器                                   鋰電池

充電時(shí)間                                    1-10 s                                     10-60 min

循環(huán)壽命                        1,000,000  or 30,000次                         >500次

輸出電壓                               2.3 – 2.75 V                                    3.6 V

能量密度(Wh/kg)                          5                                           120-240

功率密度(W/kg)                       ~ 10,000                                   1,000-3,000

在電源給電容器充電過程中的任一時(shí)刻，若電容器所帶電荷量為q，則電容器兩板間的電壓U＝qC。充電電流必然流經(jīng)內(nèi)阻r，設(shè)內(nèi)阻r兩端的電壓為Ur，根據(jù)歐姆定律可知E電動(dòng)勢(shì)＝U＋Ur。所以不難想象，圖6.12中斜直線上方的三角形面積，即為電源電動(dòng)勢(shì)做功QE電動(dòng)勢(shì)過程中被消耗在內(nèi)阻r上而轉(zhuǎn)變?yōu)榻苟鸁岬哪芰?。而電容器充放電的過程是有時(shí)間的，這個(gè)時(shí)候，在極板間形成變化的電場(chǎng)，而這個(gè)電場(chǎng)也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。

問題解決了！具體方法是：用熔絲（其規(guī)格由電容器的電容量而定）和待測(cè)電容器串聯(lián)接入220V交流電源上。在用電源給電容器充電的過程中，只能有一半的能量被電容器儲(chǔ)存，必然有另一半能量消耗在回路的電阻之上。如果電容器儲(chǔ)存的能量很多，則消耗在回路電阻上的能量也就同樣的多。如果這部分能量全部消耗在電源的內(nèi)阻上，則對(duì)電源十分不利，這也是在充電回路中另外增加限流電阻的原因。

至此，可能還有一個(gè)疑問：如果對(duì)電容器充電的能量利用率僅有50％，給使用電容器作為電源的電動(dòng)汽車充電不是會(huì)浪費(fèi)很多電能嗎？有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容，這時(shí)大電容通低頻，小電容通高頻。要知道上面討論的是用有固定電動(dòng)勢(shì)的電源給電容器充電的情況，如果給大容量電容器充電，應(yīng)該使用可變電動(dòng)勢(shì)的電源，這樣可以使充電的能量利用率大大提高。

高頻領(lǐng)域中的電容器

一般情況下，我們接觸的多是中、低頻的電容器設(shè)計(jì)應(yīng)用，正如我們從初中開始學(xué)習(xí)電容器時(shí)也是赫茲數(shù)不是很高一樣。但是，往往當(dāng)進(jìn)入到了高頻率的領(lǐng)域時(shí)，我們面對(duì)的就不僅僅是肉眼所能看到的電容器了，更多的是那些我們根本無法直接察覺到的電容效應(yīng)。在這里我把從圖書館看到的和自己想到的關(guān)于高頻領(lǐng)域中的電容器應(yīng)用知識(shí)一一寫下來，以求對(duì)此有個(gè)比較系統(tǒng)一點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。如果故障是由于外部故障造成的電網(wǎng)電壓波動(dòng)而使斷路器跳閘的，應(yīng)經(jīng)15分鐘后方允許進(jìn)行試合閘。

實(shí)際上，電容不僅僅只存在于電容器內(nèi)部，只要兩個(gè)不同電位的表面相互靠近時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，即存在電容效應(yīng)，其作用就相當(dāng)于一個(gè)電容器。這種無意間所形成的電容器給它一個(gè)名字就是寄生電容，它會(huì)造成電路中電流的中斷。由于這種電容往往與電路并聯(lián)，則頻率較高時(shí)，它將起到旁路信號(hào)的作用，即降低了信號(hào)的功率，從這個(gè)意義上來講，可以說是無形中構(gòu)成了一個(gè)LPF。電路中，電容器常被用作耦合、旁路、濾波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。