《電路》(第五版)課件-第六章

第6章儲能元件首頁本章重點電容元件6.1電感元件6.2電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián)6.31.電容元件的特性3.電容、電感的串并聯(lián)等效

重點：2.電感元件的特性返回6.1

電容元件電容器

兩塊導(dǎo)體相互靠近即形成一個電容器件，簡稱電容器。在外電源作用下，正負(fù)電極上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，電極上的電荷仍可長久地聚集下去，是一種儲存電能的部件。且導(dǎo)體面積越大、相互靠的越近電容量就越大。現(xiàn)在超級電容的出現(xiàn)大有替代蓄電池的趨勢。下頁上頁_+qq

U電導(dǎo)體由絕緣材料分開就可以產(chǎn)生電容。注意返回1.定義電容元件儲存電能的兩端元件。任何時刻其儲存的電荷q

與其兩端的電壓

u能用q～u

平面上的一條曲線來描述。uq下頁上頁庫伏特性o返回

任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電壓u

成正比。q

u

特性曲線是過原點的直線。quo

下頁上頁2.線性時不變電容元件電容器的電容返回

電路符號C＋－u+q-qF(法拉),常用

F，pF等表示。

單位下頁上頁1F=106

F1

F

=106pF返回3.電容的電壓

電流關(guān)系電容元件VCR的微分形式下頁上頁u、i

取關(guān)聯(lián)參考方向C＋－ui返回當(dāng)u

為常數(shù)(直流)時，i=0。電容相當(dāng)于開路，電容有隔斷直流作用；應(yīng)用在電路中具有隔直、交流耦合、濾波、定時、抗干擾等不同作用。下頁上頁表明C＋－u+q-q某一時刻電容電流i的大小取決于電容電壓

u

的變化率,而與該時刻電壓

u

的大小無關(guān)。電容是動態(tài)元件；返回實際電路中通過電容的電流i為有限值，那么電容電壓u必定是時間的連續(xù)函數(shù)。下頁上頁tu0返回某一時刻的電容電壓值與-到該時刻的所有電流值有關(guān)，即電容元件有記憶電流的作用，故稱電容元件為記憶元件。表明下頁上頁研究某一初始時刻t0以后的電容電壓，需要知道t0時刻開始作用的電流i和t0時刻的電壓u〔t0〕。電容元件VCR的積分形式返回當(dāng)電容的u，i

為非關(guān)聯(lián)方向時，上述微分和積分表達式前要冠以負(fù)號

;下頁上頁注意上式中u(t0)稱為電容電壓的初始值，它反映電容初始時刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài)。

返回4.電容的功率和儲能當(dāng)電容充電，p>0,

電容吸收功率。當(dāng)電容放電，p<0,電容發(fā)出功率。

功率電容能在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為電場能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電容元件是儲能元件，它本身不消耗能量。u、i取關(guān)聯(lián)參考方向下頁上頁表明返回從t0到t

電容儲能的變化量：

電容的儲能下頁上頁返回

電容的儲能只與當(dāng)時的電壓值有關(guān)，電容電壓不能躍變，反映了儲能不能躍變；電容儲存的能量一定大于或等于零。下頁上頁表明返回例＋－C0.5Fi求電容電流i、功率P(t)和儲能W(t)21t/s20uS/V電源波形解uS(t)的函數(shù)表示式為:下頁上頁返回解得電流21t/s1i/A-1下頁上頁0返回21t/s20p/W-2吸收功率發(fā)出功率下頁上頁返回21t/s10WC/J下頁上頁返回21t/s1i/A-1假設(shè)電流求電容電壓，有下頁上頁0返回實際電容器的模型下頁上頁_q+q

iC＋－uGC＋－uGC＋－ui返回云母電容電容電解電容聚炳烯薄膜電容瓷介質(zhì)〔瓷片〕電容、普通電容紙介質(zhì)電容鉭電解電容紙質(zhì)酸溶液電容電解電容有正負(fù)極獨石電容等1、電容的型號標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)的型號標(biāo)注一般由四局部組成第一局部字母C代表電容第二局部字母代表介質(zhì)材料第三局部字母〔大多用數(shù)字〕表示分類第四局部是數(shù)字，表示產(chǎn)品序號字母不一定是一個電容的外形或封裝形式等第三位數(shù)“1”對應(yīng)不同的電容有著不同的含義:假設(shè)是一個瓷介電容表示該電容是圓形的假設(shè)是一個云母電容那么表示該電容是非密封形的等。C電容1箔式１類2普通鋁電解D序號具體更多的內(nèi)容可參見相應(yīng)參考書如一標(biāo)有CD12型號的電容，局部電容的外形下頁上頁實際電容器返回下頁上頁電力電容返回下頁上頁沖擊電壓發(fā)生器返回2、電容容量的標(biāo)注方法識別電容的標(biāo)注方法直標(biāo)法＿主要用在體積較大的電容上，一般標(biāo)注有電容容量、額定電壓、允許偏差這三項參數(shù)。還有的另標(biāo)注有型號、商標(biāo)、工作溫度及制造日期等其他參數(shù)。直標(biāo)法、文字符號標(biāo)注法色環(huán)標(biāo)注法文字符號法：一般采用字母和數(shù)字相結(jié)合的方法來標(biāo)注電容的主要參數(shù)。如10P、4.7μ、3P3、8N2、203、102等，以上標(biāo)注分別表示電容的容量為：10PF、4.7μF、3.3PF、8200PF、20×103PF=20000PF=0.02μF、10×102PF=1000PF當(dāng)標(biāo)注的參數(shù)沒有單位時，那么電容的單位是微微法即ＰＦ如上所示的標(biāo)注中，Ｐ表示小數(shù)點，Ｎ表示千，當(dāng)三位數(shù)全是數(shù)字時第三位數(shù)字是零的個數(shù)電容的色環(huán)標(biāo)注法

和色環(huán)電阻的標(biāo)注法根本上是一樣的，僅注意圓片電容或矩形電容在容量數(shù)據(jù)讀取時非引線端部的一環(huán)為第一色環(huán)，以后依次為第二色環(huán)第三色環(huán)第四色環(huán)等。色環(huán)電容也有四環(huán)和五環(huán)之分，有些產(chǎn)品距第四環(huán)或第五環(huán)較遠(yuǎn)的地方標(biāo)有第五環(huán)或第六環(huán)，該色環(huán)一般表示電容特性或工作電壓。選用要點：

最先考慮的是容量和耐壓，電解電容會爆炸并聯(lián)時容量相加，耐壓值以最小的為參考值；串聯(lián)時容量以最小的容量為參考值，一般不作串聯(lián)連接。6.2電感元件i(t)+-u(t)電感線圈

把金屬導(dǎo)線繞在一骨架上構(gòu)成一實際電感線圈，當(dāng)電流通過線圈時，將產(chǎn)生磁通，是一種抵抗電流變化、儲存磁能的部件。

(t)＝N(t)下頁上頁返回

電感器件主要是由漆包線或紗包線繞制形成，少量的電感由于電感量很小或是有特殊要求，是由裸銅線或鍍銀線制作的。根據(jù)其制作工藝的不同，電感還可分為空芯電感、磁芯電感和鐵芯電感，由于現(xiàn)在電路集成化程度越來越高，大量的片狀電感也出現(xiàn)在電路板上。1.定義電感元件儲存磁能的兩端元件。任何時刻，其特性可用

～i

平面上的一條曲線來描述。i

下頁上頁韋安特性o返回

任何時刻，通過電感元件的電流i

與其磁鏈

成正比。

~i

特性為過原點的直線。2.線性時不變電感元件

io

下頁上頁返回

電路符號H(亨利)，常用

H，mH表示。+-u(t)iL

單位下頁上頁電感器的自感1H=103

mH1mH

=103

H返回3.線性電感的電壓、電流關(guān)系u、i取關(guān)聯(lián)參考方向電感元件VCR的微分關(guān)系+-u(t)iL根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律下頁上頁返回電感電壓u

的大小取決于i

的變化率,與i

的大小無關(guān)，電感是動態(tài)元件；當(dāng)i為常數(shù)(直流)時，u=0。電感相當(dāng)于短路；實際電路中電感的電壓u為有限值，那么電感電流i不能躍變，必定是時間的連續(xù)函數(shù).+-u(t)iL下頁上頁表明返回電感元件VCR的積分關(guān)系下頁上頁表明某一時刻的電感電流值與-到該時刻的所有電流值有關(guān)，即電感元件有記憶電壓的作用，電感元件也是記憶元件。研究某一初始時刻t0以后的電感電流，不需要了解t0以前的電流，只需知道t0時刻開始作用的電壓u和t0時刻的電流i〔t0〕。返回下頁上頁注意當(dāng)電感的u，i

為非關(guān)聯(lián)方向時，上述微分和積分表達式前要冠以負(fù)號;上式中i(t0)稱為電感電壓的初始值，它反映電感初始時刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài)。返回下頁上頁4.電感的功率和儲能

功率u、i取關(guān)聯(lián)參考方向當(dāng)電流增大，p>0,

電感吸收功率。當(dāng)電流減小，p<0,電感發(fā)出功率。電感能在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。表明返回從t0到t

電感儲能的變化量：

電感的儲能下頁上頁返回電感的儲能只與當(dāng)時的電流值有關(guān)，電感電流不能躍變，反映了儲能不能躍變。電感儲存的能量一定大于或等于零。下頁上頁表明返回

實際電感線圈的模型下頁上頁L＋－uG+－u(t)iL＋L－uGC返回1空心電感

空心電感是由導(dǎo)線在空心的尼龍和其他塑料或絕緣體〔非磁導(dǎo)體〕骨架上繞制多匝后而形成的，這種電感的電感量一般較小，無記憶，但很難到達磁飽和〔所謂磁飽和就是周圍磁場到達一定飽和度，而磁力不再增加，不再工作在線性區(qū)間了〕。一般工作在要求電感量較小的高頻電路中。2磁芯〔鐵氧體〕電感：磁芯電感，實際上是一種鐵氧體電感，這種電感是在空心電感的空心處，放置一塊體積和空心體積一樣的鐵氧體而形成。鐵氧體是一種磁導(dǎo)體，但并不是純鐵，而是鐵的氧化物，主要是以Fe3O4〔四氧化三鐵〕和Fe2O3〔三氧化二鐵〕和其他一些材料構(gòu)成。加有鐵芯的電感其電感量要比沒有加鐵芯的電感量大很多，且有頻率高，體積小，效率高等優(yōu)點。缺點是有磁飽和現(xiàn)象。我們用的收音機、電視機中就有多個電感器件。3鐵、銅芯電感鐵芯電感，是將磁芯電感中的磁芯換成具有導(dǎo)磁率很高的軟鐵而形成的；銅芯電感是將磁芯電感中的磁芯換成銅芯而形成的。鐵芯電感的特性和磁芯電感根本上一樣，使加有鐵芯的電感器件電感量大很多；而銅芯電感的特性和鐵芯電感正好相反，加有銅芯后的電感器件電感量會減少很多，一般用銅芯電感作成可調(diào)電感，根據(jù)不同電感量的要求調(diào)整插入電感器銅芯的長短來調(diào)節(jié)電感量。實際電路中，鐵、銅芯電感用的均較少，空心電感和磁芯電感用的較多。局部電感的外形如下圖：圖1-3-10電感外形和標(biāo)注符號下頁上頁貼片型功率電感貼片電感返回下頁上頁貼片型空心線圈可調(diào)式電感環(huán)形線圈立式功率型電感返回下頁上頁電抗器返回選用要點：

最先考慮的是電感量和最大允許電流一般不作串并聯(lián)使用在應(yīng)用時除非作為變壓器，大多和電容配合使用。下頁上頁6.3電容、電感元件的串聯(lián)與并聯(lián)1.電容的串聯(lián)u1uC2C1u2+++--i

等效電容返回下頁上頁iu+-C等效u1uC2C1u2+++--i返回下頁上頁iu+-Cu1uC2C1u2+++--i

串聯(lián)電容的分壓返回下頁上頁i2i1u+-C1C2iiu+-C等效2.電容的并聯(lián)

等效電容返回下頁上頁i2i1u+-C1C2iiu+-C

并聯(lián)電容的分流返回3.電感的串聯(lián)下頁上頁u1uL2L1u2+++--iiu+-L等效

等效電感