五、电容器及其充放电过程

在许多行业中，都普遍采用电容器来进行滤波、传交(通过交流)、隔直(隔断直流)和提高功率因数等。

两个平行且相互靠近但又彼此绝缘的导体组合，即构成了一只最简单的电容器，如图1-4所示。

在图1-4中，两块金属板之间由绝缘介质(气体、固体或液体)隔开，若在两极板间接上直流电源，会在两极板上同时出现数量相等、符号相反的电荷。这种情况叫作电容器的充电。充电后的电容器，其两极板上储存了一定的电荷，电容器所能储存电荷的能力，我们称之为电容器的容量或电容，用符号“C”表示，电容器储存电荷的数量以“Q”表示，其值为电容量与电源电压的乘积，即：

Q＝CU

或　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C＝

从式中看出，电容器的电容量C，表示在电源电压U一定的情况下，所能容纳电荷数量的多少。

例如，电源电压为1伏特，电容器储存了1库仑的电荷，此时电容器的电容值即为1法拉，用F表示。也就是说，1法拉＝1库仑/伏特。

在实际应用中，常采用微法(μF)和皮法(pF)表示。

1微法＝10－6法拉

1皮法＝10－6微法＝10－12法拉

对于平板电容器来说，其容量的大小同时还与两极板面积(重叠面积)的大小成正比，与极板之间的距离成反比，并和极板间的绝缘介质的性质有关。

和电阻器一样，电容器也有固定式和可调式两种类型。

在电路中，电容器能起到“隔直”和“传交”的作用，下面我们就来讨论这方面的情况。

当我们用万能表的电阻挡对电容器进行测量时，常常会发现，开始表针有一定的偏转角度，不一会儿即重新恢复到原来位置。为什么会出现这种情况呢？原来万能表在对电容器进行测量的过程中，相当于电容器和万能表内部的电池、电流表串联在一个回路上，如图1-5(a)所示。在图示的情况下，电池负极上的电子立即会流动到电容器的下部极板上，使下部极板带负电。与此同时，电池的正极却把电容器上部极板上的电子吸引过去，使上部极板失去电子而带上正电。正是由于线路中电子的这种运动，因而在导线和电流表中有电流(电子)流通。此时的电流称为电容器的充电电流，这种过程被称为充电过程。当充电到电容器两极板上的电荷所形成的电压与电源电压值相同时，线路中的电流(电子)也就停止流通。表针因此而恢复到原来位置。

如果将充好电的电容器按图1-5(b)所示的情况组成另一个回路，此时，电容器下部极板(带负电)上的电子会经导线、电阻、电流表迅速地流动到带正电的上部极板上，在线路中形成了电流。此时的电流叫作电容器的放电电流，这种过程被称为放电过程。

在图1-5(b)中，带负极性的电子按图示的箭头方向运动，当电子运动到带正电的极板上时，此时的电子即被中和。当两极板上的正、负电荷全部被中和时(两极板间已不存在电位差)，线路中的电流也就停止流动，放电过程结束。不管是充电还是放电，对于一般的电容器来说，进行的时间十分短暂。也就是说，过程的速度是相当快的。

值得大家注意的是，在充、放电的过程中，其电流(电子)只是在电容器的外部线路中流通，电容器内部有绝缘介质隔离，故其内部并无电流通过。

对于直流线路来说，若线路中串有电容器时，那么只有在电容器充电和放电的短暂时刻内，线路中才有电流(电子)流动，其余时间均无电流流过(相当于线路处于开路状态)。因此，电容器具有隔断直流的作用。

对于交流电，只要是串在线路中的电容器容量选得足够大，它可以很方便地“通过”电容器。现按照图1-6所示的情况做两个实验：

(1)按图1-6(a)的办法进行，这时只要在线路(回路)的两端接入相应的交变电源，其灯泡(负载)即会正常发光；

(2)按图1-6(b)的办法进行，此时的线路中串入了一个容量适当的电容器，在这种情况下，将回路的两端接入相应的交变电源时，灯泡和前一种情况一样，照样能正常发光。

通过以上的实验证实交流电确能通过电容器。对于交流电，电容器为什么能放它“通行”，这要从交流电的特性加以解释。

交流电的一个明显特点是其大小和方向都在有规律地、不停止地交替变化着。当电容器与交流电源组成一个回路时，开始电容器被充电，此时与电源负极相通的电容器极板上将带负电(电源负极上的电子往该极板上流动)。电容器的另一极板因此而带上正电(该极板上的电子被电源的正极而吸引过去——失去电子)。当电源的方向改变时，即原来的正极变成了现在的负极，负极同时变成了现在的正极。刚充了电的电容器立即通过电源向负载(灯泡等)放电。与此同时，电源还向电容器进行反向充电。当电源的极性再次发生改变时，电容器又再次进行放电和充电。

由于这种充电和放电过程始终是有规律地、交替不停地变化着，因而在灯泡(负载)内始终有电流来回流动着，故灯泡能正常发光。

从以上的分析中可以看出，接在交流电路中的电容器，其内部实际上并没有电流通过，因电容器中绝缘介质的阻隔，电流是流不过去的。但从表面上看来，似乎交流电确实通过了电容器一样，这就是电容器“传交”作用的本质。