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1、电感元件与电容元件1 电容元件容元件 2 电容的串、并容的串、并联3 电感感元件元件1 电容元件1.1 电容元件的基本概念容元件的基本概念任任何何两两个个彼彼此此靠靠近近而而且且又又相相互互绝缘的的导体体都都可可以以构构成成电容容器器。这两两个个导体体叫叫做做电容容器器的的极极板板, 它它们之之间的的绝缘物物质叫做介叫做介质。在在电容容器器的的两两个个极极板板间加加上上电源源后后, 极极板板上上分分别积聚聚起起等等量量的的异异性性电荷荷, 在在介介质中中建建立立起起电场, 并并且且储存存电场能能量量。电源源移移去去后后, 由由于于介介质绝缘, 电荷荷仍仍然然可可以以聚聚集集在在极极板板上上,
2、电场继续存存在在。所所以以, 电容容器器是是一一种种能能够储存存能能量量的的器器件件, 这就就是是电容容器器的的基基本本电磁性能。磁性能。 但但在在实际中中, 当当电容容器器两两端端电压变化化时, 介介质中中往往往往有有一一定定的的介介质损耗耗, 而而且且介介质也也不不可可能能完完全全绝缘, 因因而而也也存存在在一一定定的的漏漏电流流。如如果果忽忽略略电容容器器的的这些些次次要要性性能能, 就就可可以以用用一一个个代代表表其其基基本本电磁磁性性能能的的理理想想二二端端元元件件作作为模模型型。电容容元元件件就就是是实际电容器的理想化模型。容器的理想化模型。 电容容元元件件是是一一个个理理想想的的
3、二二端端元元件件, , 它它的的图形形符符号号如如图1 1所所示示。其其中中, , q q和和q q代代表表该元元件件正正、 负极极板板上上的的电荷荷量量。若若电容容元元件件上上的的电压参参考考方方向向规定定为由由正正极极板板指指向向负极极板板, , 则任任何何时刻刻都都有有以以下下关关系系: : 公式：3.1 其其中中C C是是用用以以衡衡量量电容容元元件件容容纳电荷荷本本领大大小小的的一一个个物物理理量量, , 叫叫做做电容容元元件件的的电容容量量, , 简称称电容容。它它是是一一个个与与电荷荷q q、电压u u无无关关的的正正实数数, , 但但在在数数值上上等等于于电容容元元件件的的电压
4、每每升高一个升高一个单位所容位所容纳的的电荷量。荷量。图 1 线性电容元件的图形符号 电容的单位为法拉, 符号为F(1 F=1 CV)。电容器的电容往往比F小得多, 因此常采用微法（F）和皮法（pF）作为其单位。其换算关系如下: 1F106 F 1 pF10F如果电容元件的电容为常量, 不随它所带电量的变化而变化, 这样的电容元件即为线性电容元件。本书只涉及线性电容元件, 除非特别说明, 否则都是指线性电容元件。电容元件和电容器也简称为电容。所以, 电容一词, 有时指电容元件（或电容器）, 有时则指电容元件（或电容器）的电容量。 1.2 电容元件的ui关系由公式可知, 当电容元件极板间的电压u
5、变化时, 极板上的电荷也随着变化, 电路中就有电荷的转移, 于是该电容电路中出现电流。对于上图所示的电容元件, 选择电流的参考方向指向正极板, 即与电压u的参考方向关联。假设在时间dt内, 极板上电荷量改变了dq, 则由电流的定义式有又根据又根据3.13.1公式可公式可得得q=Cu, , 代入上式得代入上式得这这就就是是关关联联参参考考方方向向下下电电容容元元件件的的电电压压与与电电流流的的约约束束关关系系, 或或电电容元件的容元件的ui关系。关系。式式(.2)表表明明: 任任何何时时刻刻, 线线性性电电容容元元件件的的电电流流与与该该时时刻刻电电压压的的变变化化率率成成正正比比, 只只有有当
6、当极极板板上上的的电电荷荷量量发发生生变变化化时时, 极极板板间间的的电电压压才才发发生生变变化化, 电电容容支支路路才才形形成成电电流流。因因此此, 电电容容元元件件也也叫叫动动态态元元件件。如如果果极极板板间间的的电电压压不不随随时时间间变变化化, 则则电电流流为为零零, 这时电这时电容元件相当于开路。容元件相当于开路。故故电电容元件有隔断直流（容元件有隔断直流（简简称隔直）的作用称隔直）的作用。 (2) 1.3 电容元件的储能如前所述, 电容器两极板间加上电源后, 极板间产生电压, 介质中建立起电场, 并储存电场能量, 因此, 电容元件是一种储能元件。在电压和电流关联的参考方向下, 电容
7、元件吸收的功率为从t0到t的时间内, 电容元件吸收的电能为 () 若选取t0为电压等于零的时刻, 即u(t0)=, 经过时间t电压升至u(t), 则电容元件吸收的电能以电场能量的形式储存在电场中, 此时它吸收的电能可写为从时间t1到t2, 电容元件吸收的能量为即电容元件吸收的能量等于电容元件在t2和t1时刻的电场能量之差。电 容 元 件 充 电 时 , |u(t2)|u(t1)|, wC(t2)wC(t1), wC, 元件吸收能量, 并全部转换成电场能量; 电容元件放电时, |u(t2)|u(t1)|,wC(t2)wC(t1), wCwL(t1), wL0, 元件吸收能量, 并全部转换成磁场能量; 当电流|i| 减小时, wL(t2)wL(t1), wL 0, 元件释放磁场能量。可见，电感元件并不是把吸收的能量消耗掉, 而是以磁场能量的形式储存在磁场中。所以, 电感元件是一种储能元件。同时, 它不会释放出多于它所吸收或储存的能量, 因此它也是一种无源元件。
