电容器充放电过程详情解析

描述

时代在进步电容器充放电，科技在发展，电信技术日新月异，消费类电子产品需求不断增长，使得电容器产业也快步前进，中国现已成为全球电容器生产大国。

电容器，英文名称为capacitor，简写为C，是一种以电场形式存储能量的无源器件，几乎存在于所有的电子电路中，可以起到隔直流通交流、耦合、旁路、滤波、调谐等多种作用。

电容器的特性

电容器是由中间隔有介质的两个金属板所构成。当电容器的极板上带有某一数量的电荷时，在电容器的两端就产生一定的电压UC，其值，由于电容器的电容量C是一个常数，所以当电量Q＝0时，则UC＝0；而Q愈大，也就是电荷量愈多，则UC就愈大。

电容和电阻是两个性质全然不同的电路元件。当电阻两端施加某一电压UR时，它会将电能转变成热能而消耗掉；电容则不是这种情况，当于其两端施加电压UC时，则在两极板间就随之形成了电场，电场是具有能量的，这就是说电容能将电能转换为电场能而贮存起来。因此常将电阻称为耗能元件，而电容称为贮能元件。另外，只要有电流流过，电阻两端的电压就立即产生；而电容器两端电压的建立是需要时间的，因此又常称电阻为即时性元件；电容为惰性元件。

电容器充电过程

充电过程即是电容器存储电荷的过程，当电容器与直流电源接通后，与电源正极相连的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下，向与电源负极相连的金属极板跑去，使得与电源正极相连的金属极板失去电荷带正电，与电源负极相连的金属极板得到电荷带负电（两金属极板所带电荷大小相等，符号相反），电容器开始充电。

在电路中，电荷的移动形成电流，由于同性电荷的排斥作用，使得电荷移动刚开始时，电流最大，之后逐渐减小;而电容器带电量在电荷移动开始最小，为零，在电荷移动过程中，带电量逐渐增加，两金属极板间电压逐渐增大，当其增大至与电源电压相等时，充电完毕，电流减小为零。

电容器放电过程

放电过程即是电容器释放存储电荷的过程，当充电完毕的电容器位于一个无电源的闭合通路中时，带负电的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下，向带正电的金属极板上跑去，使得正负电荷中和掉，电容器开始放电。

在电路中，电荷的移动形成电流，由于异性电荷的吸引作用，使得在放电过程刚开始时，电流最大，之后逐渐减小;电容器带电量在放电过程开始时最大，之后也逐渐减少，当带电量减小为零时，放电完毕，电流减小为零。

由于电容器充电完毕后，电路中没有电流流过，因此电容可起到隔直流的作用，在直流电路中，可将其看作开路。

电容器充放电的特点及规律

根据上面所得到的电容器的充放电时UC、IC的数据和曲线，可以归纳出几点很有实用价值的规律。

①电容器的充放电是需要时间的。这是由于电容器的充放电过程，实质是电容器上电荷的积累和消散的过程，由于电荷量的变化是需要时间的，所以充放电也是需要时间的。

②在充电的开始阶段，充电电流较大，u上升较快，随着的增长，充电电流逐渐减小，且u的上升速度变缓，而向着电源电压E趋近。从理论上来说，要使电容器完全充满，完成充电的全过程是需要无限长的时间的。但从中可以看到，在t＝15s时电容器充放电，u＝9.5V，已达到E的95％；在t＝25s时，u＝9.93V，实际上已经可以认为电容器基本上充满，充电过程已基本上结束。

同样，在放电的开始阶段，电压UC及电流IC的变化也是较快的，而后期变的缓慢。在t＝15s时，u＝0.5V，仅为E的5％；在t＝25s时，u＝0.07V，此时可以认为电容器的电荷基本放光，完成了放电过程。

总之，在分析实际问题时，可以认为电容器的充放电过程所需的时间是有限的。这就是说，对于上述实验电路，电容器自充、放电开始后15s～25s，从工程的观点看就完全可以认为充、放电已经结束。

③在电容器刚刚开始充电或刚刚开始放电的瞬间，电容器的端电压及贮存的电荷Q都将保持着充、放电开始之前的数值。例如，充电前电容器的电压u＝0V，则开始充电的瞬间UC仍保持为0V；而放电前如果电容器的u＝E，则放电开始瞬间仍保持为E。即电容器的端电压u在充、放电开始的瞬间是不能突变的，电容器的这一特点非常重要，必须牢记。

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