第3章 电容与电感

知识目标

1.了解电容及电感的概念

2.能识别常用电容器、电感器

3.了解电容器、电感器的主要参数及标注

4.了解电容器、电感器的主要应用

技能目标

1.能识读和检测电容器，并判断其好坏

2.能识读和检测电感器，并判断其好坏

3.1 电容与电容器

话题引入

在电路板上，有一类元件非常醒目，那就是“电容”，例如图3-1线框中的元件就是电容。电容几乎在任何电路板中都能见到，那么它们究竟是做什么用的呢？本节我们就来学习电容的相关知识。

3.1.1 电容器

【电容器的结构】 任何两个彼此绝缘而又相隔很近的导体，都可以看成是一个电容器，这两个导体就是电容器的两极，中间的绝缘物质称为电介质。最简单的电容器是平行板电容器，如图3-2所示，它由两块相互平行且靠得很近的绝缘金属板组成，两板之间的空气就是它的电介质。

图3-1 电脑主板上的电容

【电容器的充放电特性】 电容器是一种储能元件，基本作用就是充电与放电。如图3-3a所示，如果将电容器的两个极板分别接到直流电源的正、负极上，则A、B两个极板上将分别聚集等量异种电荷，其中与电源正极相连的A极板带正电荷，与电源负极相连的B极板带负电荷，这种使电容器储存电荷的过程叫做充电。

充电后的电容器用一根导线把两极短接，如图3-3b所示，两极板上所带的正、负电荷

就会互相中和，电容器不再带电，这种使电容器失去电荷的过程叫做放电，放电后，电容的两极板上将不再带电。

图3-2 平行板电容器的结构

图3-3 电容器的充电和放电

想一想

电容器在充电时应视为通路、短路还是断路，在充完电以后应视为通路、短路还是断路。

3.1.2 电容的概念

实验证明，对于同一个电容器，加在两极板之间的电压越高，极板上所带的电量越多，但电量与电压的比值却是一个常数，而且不同的电容器这个比值一般也是不一样的。所以，可以用电容器所带电量与它的两极板之间的电压比值表征电容器的特性，我们把这个比值就叫做电容器的电容，用符号C来表示。

如果用Q表示电容器所带电荷量，U表示两极板间的电压，那么

式中，Q的单位是C；U的单位是V；C的单位是法[拉]（F）。

在实际使用中，通常电容器的电容都较小，F单位太大，故常用较小的电容单位：微法（μF）和皮法（pF），它们之间的换算关系是：

1F=10⁶μF=10¹²pF

提示

电容的大小与外界条件和电容器是否带电无关，它是电容器的固有特性。习惯上，往往将电容器也称为电容，这样，电容一词既表示了一个物理量，又是一种电子元件的名称。

3.1.3 电容器的分类

电容器的种类很多，按结构可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器；按电介质材料的不同可分为电解电容器、涤纶电容器、瓷介电容器、云母电容器、纸介电容器等。常见电容器的外形如图3-4所示。在电路中各类电容器统一用文字符号C表示，相应的电容器图形符号如图3-5所示。

图3-4 常见电容器外形

图3-5 电容器的图形符号

3.1.4 电容器的主要参数

1.标称容量和允许偏差

【标称容量】 电容器上所标明的电容值称为标称容量。

【允许偏差】 电容器实际电容量与标称电容量在允许范围内的误差称为允许偏差，也就是电容器的准确度等级，分别用B（±0.1%）、C（±0.25%）、D（±0.5%）、F（±1%）、G（±2%）、J（±5%）、K（±10%）、M（±20%）和N（±30%）表示。

2.额定直流工作电压（耐压）

电容器在规定的工作温度范围内，长期连续可靠地工作而不被击穿，所能承受的最大直流电压，称为电容器的额定直流工作电压，也称电容的耐压。电容器常见的耐压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、500V、630V、1000V等。

3.2 电感与电感器

话题引入

找一些绝缘导线（例如漆包线、纱包线等），在铅笔或其他圆柱形物体上一圈靠一圈地绕制成线圈，再把铅笔抽出来，得到的就是最简单的电感器，如图3-6所示。

3.2.1 电感的概念

在图3-6所示电感器中通入电流，这一电流使每匝线圈所产生的磁通称为自感磁通。当同一电流通过结构不同的线圈时，所产生的自感磁通量各不相同。为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（简称电感）这一物理量，用符号L表示。它在数值上等于一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁通，即：

图3-6 电感线圈

式中，NΦ为N匝线圈的总磁通，Φ的单位是韦[伯]（Wb）；I的单位是A；L的单位是亨[利]（H）。

实际应用中H太大，常用毫亨（mH）和微亨（μH）表示：

1H=10³mH=10⁶μH

提示

电感是电感器的固有特性，它的大小与外界条件以及电感器是否通电无关。习惯上，往往也将电感器称为电感，这样，电感一词也在表示一个物理量的同时，又是一种电子元件的名称。

3.2.2 电感器的分类

电感器的种类繁多，按有无磁心总体上分为空心线圈（即线圈中间不另加介质材料）和铁心线圈（即电感器中有铁心或磁心）两大类，常见电感器的外形如图3-7所示。在电路中，电感器统一用文字符号L表示，图形符号如图3-8所示。

图3-7 常见电感器

3.2.3 电感器的主要参数

【电感量L】 电感量L是电感线圈的一个重要参数，它与线圈的匝数、截面积和磁心的材料有关。

【品质因素Q】 品质因素Q反映了电感器储能与耗能之比。Q值愈高，说明电感线圈的功率损耗愈小，效率愈高，即品质越好。

【额定电流】 电感器正常工作时允许通过的最大电流值。

图3-8 电感器的图形符号

小知识

“内有高压电非专业人士请勿开启”

为什么我们经常在一些家用电器产品上看到“内有高压电非专业人士请勿开启”的字样呢？这是因为在一些电器产品中存在大容量电容作为储能元件，即使是关掉电源，在其内部高电压也不会立即消失，所以没有维修经验的人不能擅自开启，以免被电击。图3-9所示为高压危险标记。

图3-9 高压危险标记

技能训练

技能训练指导3-1 电容器的容量标注方法

【直标法】 将电容器的标称容量和允许偏差直接标注在电容体上，如：0.22（1±10%）μF。有些电容器也常采用“R”表示小数点，如R47μF就表示0.47μF。

【数字表示法】 只标数字而不标单位的表示方法，此种方法只适用于pF和μF两种单位。如3、47、6800、0.01，分别表示3pF、47pF、6800pF和0.01μF。对于电解电容，1、47、220分别表示1μF、47μF、220μF。

【数码法】 一般用三位数字来表示容量的大小，单位为pF。其中前两位为有效数字，后一位表示倍率，即表示有效数字后面零的个数。如224表示22×10⁴pF=220000pF=0.22μF，473表示47×10³pF=0.047μF。

【色标法】 用色环或色点表示电容器的电容量，标法与电阻相同，单位为pF。

技能训练指导3-2 电容器、电感器的检测方法

1.非电解电容器的检测

【10pF以下的小电容】 因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表只能定性地检查其是否有漏电、内部短路或击穿现象。检测时，可选用万用表R×10K档，红、黑表笔分别接电容的两个引脚，阻值应为无穷大。若测出阻值为零，则说明电容漏电损坏或内部击穿。

【10pF～0.01μF之间的电容器】 选用万用表R×10K档，用红、黑表笔反复调换接触被测电容两个引脚，观察有无充放电现象（即万用表指针有无摆动），从而判断电容器的好坏。

【0.01μF以上的固定电容】 用万用表的R×10K档直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。

2.电解电容器的检测

因为电解电容的容量一般较大，所以，测量时应针对不同容量选用合适的量程。根据经验，一般情况下，1～47μF的电容，可用R×1K档测量，大于47μF的电容可用R×100档测量。

检测时将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极，万用表指针向右迅速摆动后很快回落，将电容器两引脚短接放电，调换表笔再测。在测试中，若正向、反向均无充电的现象，即表针不动，则说明容量消失或内部断路；如果所测阻值很小或为零，说明电容漏电大或已击穿损坏。以上两种情况电容都不能再使用。

3.电感器的检测

电感器的直流电阻值一般很小，只有几欧姆，甚至更小，对于匝数较多、线径较细的线圈，其直流电阻会达到几十欧姆。在用万用表对电感器进行检测时，将万用表置于表R×1档，红、黑表笔分别接线圈的两根引脚，此时根据测出的阻值大小可分三种情况进行鉴别：

【阻值为零】 说明其内部有短路性故障。

【阻值为无穷大】 则说明线圈内部开路。

【有阻值】 只要测出电感线圈的电阻值与上述阻值差不多，而外形、外表颜色又无变化，则可基本上认为被测电感线圈是正常的。

技能训练项目3-1 电容器、电感器的识别与检测

【实训目标】

1）能识读常见电容器，并会用万用表判别其容量大小与好坏。

2）能识读常见电感器，并会用万用表判别其好坏。

【实训器材】

各类电容器、电感器若干；万用表一只。

【实训内容及步骤】

1）电容器的识别与检测：识别给定电容器的类型、容量及耐压值，并用万用表测量其容量大小、判断好坏，测量步骤见表3-1，将结果记入表3-2。

表3-1 用指针式万用表检测电容器

（续）

表3-2 电容器的识别与检测

2）电感器的识别与检测：识别给定电感器的类型和电感量，并用万用表测量其好坏，将结果记入表3-3中。

表3-3 电感器的识别与检测

【注意事项】

1）对于大容量电容器，在测量前应先进行放电，以免损坏仪表。

2）测量时，边测量边观察万用表的表盘。

【自评互评】

1）用数字万用表如何检测电容呢？

2）用万用表检测电感的方法与检测电容的方法相同吗？

思考与练习

3-1 电容的单位有____、____、____，它们之间的换算关系是____。

3-2 图3-10为电容器C与6V电源连接成的电路。当开关S与1接通，电容器A板带____电，B板带____电，这一过程称为电容器的____。电路稳定后，两板间的电位差为____。当S与2接通，这就是电容器的____过程。

3-3 电感线圈根据线圈类型可分为____和____。

图3-10 题3-2图

3-4 电容的标注方法有____法、____法和____法。

3-5 关于电容器，下列说法正确的是（ ）。

A.由可知，一只电容器带电量越大，它的电容就越大。

B.对一固定的电容器，它的带电量跟它两极板间所加电压的比值保持不变。

C.电容器的带电量Q为两极板所带电荷量的总和。

D.两个相互靠近又彼此绝缘的导体就构成一个电容器。

3-6 图3-11所示电路中，已知U=10V，R₁=40Ω，R₂=60Ω，C=10μF，求电容器极板上所带的电荷量。

3-7 你会检测电容器的好坏吗？请在网上搜索相关视频。

3-8 你会检测电感器的好坏吗？请在网上搜索相关视频。

图3-11 题3-6图