《电工技术基础与技能》课件 单元六 电容器与电感器

单元六电容器和电感器目录页CONTENTPAGE电容器与电容1电容的串并联电路2电容器的充放电现象3实训3：检测大容量电容器4电感器与电感5单元六电容器和电感器学习目标1.了解电容器的种类、外形和参数，了解电容的概念，知道储能元件的概念和作用；2.理解电容器的串并联规律，能计算电容器的串并联电路的电压与电量；3.理解电容器充、放电过程的工作特点，会判断电容器的好坏；4.了解万用表检测电容器的原理，会用万用表检测电容器的好坏；5.了解自感现象及其原因，了解自感电动势及自感现象的应用；6.认识电感器，了解电感的概念及应用，会识别不同类型的电感器；7.知道电感器参数的含义，会用万用表判断电感器的好坏。1.激发学生对于“中国制造”的使命与担当，关注国家元器件产业的发展。2.实践过程中要细心耐心，有一定的专注力，培养观察与思考的习惯。育人目标单元六概述单元六电容器和电感器知识体系单元六概述6.1电容器与电容实践导入在农村有很多小型水库，雨季储水，旱季开闸放水，保障人们生活用水和农业灌溉。电容器和水库一样，它最基本的功能就是储存，先把电能储存起来，需要时再慢慢释放，作为电源使用。那么，电容器储存的电荷怎样释放的？【实验步骤】1.将小电容器两个电极直接接触短接放电；2.将大电容器接入负载（灯泡）放电，然后再短接放电。实验步骤6.1电容器与电容实验现象、实验结论【实验现象】

小电容器短接放电即有火花产生；

大电容器接入灯泡放电，等灯泡熄灭后再将两电极短接放电，直到没有火花产生才安全。【实验结论】

小电容器储存的电荷少，大电容器储存的电荷多，电容器就像是储存电荷的容器，一定要注意安全，切忌随意触碰电容器的正负极。6.1电容器与电容6.1.1识别常用电容器一、电容器的分类

电容器种类很多，按是否有极性可分为无极性电容器和有极性电容器两大类。有极性电容器在正极板一侧标有极性符号“+”。按结构分类有固定电容器、可变电容器和微调电容器，电容器的图形符号见图6-1-1所示。

图6-1-1电容器的图形符号6.1电容器与电容6.1.1识别常用电容器常见的无极性电容器有纸介电容器、油浸纸介电容器、金属化纸介电容器、云母电容器、有机薄膜电容器、玻璃釉电容器、陶瓷电容器等。常见电容器外形如图6-1-2所示。有极性电容器称为电解电容器，它的两个电极分正负极性，安装时千万不能接反，否则会造成元件的损坏或发生电解爆炸。

图6-1-2常见电容器的种类和外形6.1电容器与电容6.1.2电容器及其型号如图6-1-2中薄膜电容器上字母和数字的含义：电容器型号为CBB—22—224J250V①②③④⑤⑥①用字母“C”表示电容器；②用字母表示电容器的制成材料，“BB”说明是薄膜电容，见表6-1所示；③用数字表示电容器的生产序号，“22”表示的性能可查产品说明得知；④用数字表示电容器的电容值，“224”为22×104pF，即0.22μF；⑤用字母表示电容器的容量允许误差，“J”代表允许误差范围是±5%；⑥用数字、字母表示电容器的额定工作电压，即耐压250V。实践导入6.1电容器与电容6.1.2电容器及其型号一、电容器

电容器俗称电容，是最常见的电子元件之一。任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体，都可以看作电容器，它具有储存电荷的能力。

最简单的电容器是平行板电容器，在两个平行金属板中间夹上一层绝缘物质，这两个金属板是电容器的两个极，中间的绝缘物质叫做电介质。

电容器储存电荷的能力用电容量来衡量，简称电容，符号C，电容的基本单位是法拉（F），但实际上并不常用，因为电容器的容量往往比较小，常用毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，它们关系是：1F=103mF=106μF,1μF=103nF=106pF。6.1电容器与电容6.1.2电容器及其型号二、电容器标称值的表示方法电容值是电容器的基本参数，数值标在电容上，不同的电容器标记方法不同。1.直标法，适用于电解电容。

电容值、允许误差和耐压直接标在电容体上。有的直接标有数字和单位；有的只有数字，当数字小于1时，默认单位为uF，当数字大于等于1时，默认单位为pF。2.数码法，适用于瓷介、涤纶电容。

一般用三位数字表示电容容量的大小，其单位为pF，前两位是有效数字，第三位是倍乘数，示数为0～8时分别表示100～108，而9则表示10-1。3.文字符号法，用数字和文字符号有规律的组合来表示容量，如p10表示0.1pF，6p8表示6.8pF，2u2表示2.2μF。6.1电容器与电容6.1.2电容器及其型号三、电容器的允许误差电容器实际电容量与标称值在允许范围内的误差称为允许误差，即电容器的精度。用字母表示误差如下：G(±2%)、J(±5%)、K(±10%)、M(±20%）等。四、电容器的额定电压额定电压是指电容器在规定的工作温度范围内，长期连续可靠的工作而不被击穿，所能承受的最大直流电压，也称电容的耐压。如果该电容器用在交流电路中，应使交流电压的最大值不能超过额定电压，否则电容器会被击穿。6.1电容器与电容实践应用识别常用电容器，写出以下各种电容器型号代表的含义。CC—103K/50VCL—4700M/1600VCY—100pFJ/DC100CT—0.47μFM/AC250V6.1电容器与电容6.1.3电容将平行板电容器与电源连接成一个闭合回路，连接电源正极的极板就带上正电荷，连接电源负极的极板就带上等量负电荷，每个导体所带电荷的绝对值称为电容器所带的电荷q，这时电容器的两个极板之间就形成了电场，如图6-1-3所示。图6-1-3平行板电容器与电源回路6.1电容器与电容6.1.3电容一、电容

电容是电容器所带电荷q与两极板间的电压U的比值，表征电容器的特性。电容反映了电容器储存电荷能力的大小，它只与电容本身的性质有关，与电容所带的电量及电容器两极板间的电压无关。

式中C、q、U的单位分别为F（法拉）、C（库仑）、V（伏特）。6.1电容器与电容6.1.3电容二、平行板电容器的电容图示的平行板电容器的电容，与电介质的介电常数成正比，与两极板正对面积成正比，与极板间的距离成反比，即

式中S表示两极板的正对面积，单位为平方米（m2）；d表示两极板间的距离，单位为米（m）；介电常数由电介质的性质决定，单位是法/米（F/m）；电容C单位为法(F)。6.1电容器与电容6.1.3电容表

6-4几种常用介质的相对介电常数介质名称相对介电常数介质名称相对介电常数石英4.2聚苯乙烯2.2空气1.0三氧化二铝8.5硬橡胶3.5无线电瓷6~6.5酒精35超高频瓷7~8.5纯水80五氧化二钽11.6云母7.0

某电路中需要用一只耐压为500V、电容为4μF的电容，但仅有耐压为250V、电容为4μF的电容若干，要满足上述电路的耐压需求该如何利用现有电容呢？问题导入6.2电容的串并联电路6.2.1电容的串联及其应用

当一个电容的耐压值不够时，可以采用两个相同规格电容串联的方式来获得较高的耐压值。

将几个电容器的电极首尾相连，形成一个无分支电路，这就是电容器的串联。串联时每个电容器带的电荷量都是q。6.2电容的串并联电路图6-2-1电容器串联6.2.1电容的串联及其应用6.2电容的串并联电路6.2.1电容的串联及其应用6.2电容的串并联电路

前面所提到的两只耐压为250V、电容为4μF的电容器串联，总电容为多少？耐压多少？

两只电容量相等的电容器串联总电容为原来的一半，最高工作电压提高了一倍。所以两个电容器串联后电容为2μF，耐压为500V。

但是电容都不是理想的，都会有漏电流，电容上电压有可能不一样，因此最好用相同规格的电容串联，这样就保证了一致性。应用实例6.2.1电容的串联及其应用6.2电容的串并联电路解：两个电容器串联的等效电容，

，C=120pF，各电容器的电荷是q=CU=120×10-12×1000=1.2×10-7库仑

，电容器C1上的电压大于额定电压500V，可能会被击穿，然后1000V的电压全部加到电容器C2上，因此可能电容器C2也被击穿。【例题6-1】两只电容分别为C1和C2的电容器，其额定值分别为200pF/500V、300pF/900V，串联后外加1000V的电压，则（）A.C1被击穿，C2未被击穿B.C1先被击穿，C2后被击穿C.C2先被击穿，C1后被击穿D.C1、C2均未被穿6.2.2电容的并联及其应用6.2电容的串并联电路

电容器组储存的总电荷量

等于各个电容器所带电荷量之和，即设并联电容器的总电容为

，因为，所以图6-2-2电容器的并联

6.2电容的串并联电路实践应用实际操作中，当一个电容器的容量不能满足电路需求时，可以采用两个电容器并联的方式来加大电容器的容量。例如：四只耐压为250V、电容为4μF的电容器两两串联后再并联，能否满足电路设计，得到一个等效电容为4μF，最高工作电压是500V的电路？图6-2-3电容器的混联如图6-2-3所示电路，四只耐压为250V、电容为4μF的电容器先两两串联，各支路等效电容C1、C2为2μF，耐压提高到500V；再并联得到总电容C3为4μF，耐压500V就能满足电路要求。经典例题【例题6-2】如图6-2-4所示，每个电容器的电容都是3μF，额定工作电压都是100V，那么整个电容器组的等效电容和额定工作电压分别是多少？6.2电容的串并联电路图6-2-4经典例题【例题6-2】如图6-2-4所示，每个电容器的电容都是3μF，额定工作电压都是100V，那么整个电容器组的等效电容和额定工作电压分别是多少？6.2电容的串并联电路图6-2-46.2.3电容器的电场能量6.2电容的串并联电路

电容器在充电过程中，两个极板积聚正负电荷，形成电场，所以带电的电容具有一定的能量。这个能量是在充电过程中由电源转移来储存在电容中的。

电容中储存的电场能量为：

说明：电容中储存的能量与电容器的电容成正比，与电容器两极板之间的电压平方成正比。

电容只与电源之间交换能量，本身并不消耗能量，因此电容器是一种储能元件。实际的电容由于介质漏电及其他原因，要消耗一些能量，使电容器发热，这种能量损耗叫做电容器的损耗。6.3电容器的充放电现象电容器本身与电源之间是怎样交换能量的呢？为什么电容在充电时，电流会由大变小，最后变为零呢？6-3-1电容器充放电电路一、电容的充电过程

在图6-3-1所示的电路，由电源、单刀双掷开关、灯泡和一个大电容C组成。当开关S闭合接1端时，电源向电容充电，指示灯开始较亮，然后逐渐变暗，观察到电流表上的充电电流逐渐减小，电压表上电容两端电压逐渐上升。

经过一段时间后，指示灯熄灭，电流表的指针回到零，此时电压表上的示数等于电源的电动势，即6.3电容器的充放电现象在图6-3-1所示的电路中，电容充电结束后，如果把开关S从1端拨到2端，电容便开始放电。为什么电容在放电时，电流会由大变小，电压也逐渐变小，最后为零呢？6-3-1电容器充放电电路二、电容的放电过程

观察灯泡由亮逐渐变暗，电流表读数在逐渐减小，电压表上电容两端的电压在逐渐下降，最后灯泡熄灭，电容器放电结束。

说明：在电容放电过程开始时电容两端电压较大，电流也较大。随着电容两极板正、负电荷不断中和，电容电压越来越小，电路中的电流也越来越小。放电结束，正、负电荷全部中和，两极板间就不存在电压了，因此，电路中的电流为零。【实训目的】1.识别电容器的型号、极性和标称值。2.检测大容量电容器质量的好坏。【实训器材】各种类型电容器若干（大电容要大于5100pF），指针式万用表1只，数字万用表1只。【实训步骤】首先回顾工作原理：

万用表电阻挡测量电阻时，是在直流电流表的表头上并联和串联适当的电阻，再串联一节电池，使电流通过被测电阻。然后根据电流的大小就可以测量出电阻值，改变分流电阻的阻值就能改变电阻的量程。指针式万用表的黑表笔接内部电源的正极，红表笔接内部电源的负极。实训3：检测大容量电容器一、容量判定

判断电容量的大小其实是利用电阻挡内部电池对电容进行充放电的操作过程，型号相同的电容器，在检测时表头指针向右摆动的角度越大，说明充电电流越大，电容器的容量越大，反之则说明容量越小。

选择大容量电容器进行实验是因为检测时指针摆动角度大，需要一定时间才能完成充电，现象清楚。实训3：检测大容量电容器实验步骤一二、识别电解电容器的正、负极1.根据电容器上的标志识别，电容外壳印有“-”的是负极；2.根据电容器引脚识别，引脚长为正极，引脚短为负极；3.用万用表识别。有极性电容正向连接时漏电小，反向连接时漏电大，利用这一特点来检测有极性电容的正负极。

将万用表拨到R×1k挡或者R×10k挡，测量电容器两引脚之间的阻值，正反各测一次，如果两次测量值中阻值一大一小，则阻值大的一次为准，黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。实训3：检测大容量电容器实验步骤二三、用指针式万用表检测大电容器1.拨到万用表的电阻挡（R×100或R×1k）。先将电容两个电极轻触放电；2.如果是电解电容，将万用表的红表笔接电容器的负极，黑表笔接电容器的正极。如果无极性电容，则表笔不用区分；3.观察发现万用表在瞬间向右偏转后，又逐渐回到左侧∞（无穷大）。说明电容器的质量很好，漏电很小。电容越大，回摆时间越长。如果再次测试，要先对电容放电；4.如果电容器的漏电量很大，则指针回不到左侧起始位置，而停在刻度盘的某处，这时指针所指出的电阻数值即表示该电容器的漏电阻值，读数值越大，电容器的绝缘性能越好，漏电越少；实训3：检测大容量电容器实验步骤三三、用指针式万用表检测大电容器5.如果指针偏转到零欧位置之后不再回去，则说明电容器内部已经短路；6.如果指针根本不偏转，则说明电容器内部可能断路，或电容量很小，不足以使指针偏转。如下图所示。实训3：检测大容量电容器实验步骤三四、用数字式万用表测电容1.测试电容前，先将电容器两个电极触碰放电；2.调整功能开关，指向“F”挡，并选择恰当的量程；3.万用表的红表笔插入“Cx”插孔，黑表笔插入“com”插孔；4.用万用表的两个表笔测试电容的两极，读数在标称值误差范围内就是正常的电容，否则不能使用。实训3：检测大容量电容器实验步骤四实训3：检测大容量电容器实训考核10分钟测量8只电容的电容值及漏电性能，记录检测结果。

表6-5电容器测量技能考核表编号漏电性能判断电容值极性和质量好坏判断挡位阻值1阻值21

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6.4电感器与电感实践导入

自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它广泛存在有导线、线圈的设备中，在各种电器设备和无线电技术中有广泛的应用。只要电路中有电流变化都存在自感现象，因此要充分考虑自感和利用自感。1.如右图接通电路，考虑电感线圈有一定的内阻，灯泡A正常发光；断开电路，观察到什么现象？2.把线圈L换成灯泡B，断开该电路，观察到什么现象？实验步骤6-4-1自感现象6.4电感器与电感实验现象1.S断开时，由于电路中有电感作用，灯泡A突然闪亮一下才渐渐熄灭。2.S断开时，A、B两灯一起熄灭。

电路断开时，电流由最大开始减小，穿过线圈L的磁通量逐渐减少，L中产生感应电动势，阻碍L中电流减少，所以推迟了电流减小到零的时间，出现延迟熄灭现象。

通过比较得知：电感线圈在电源断开后充当新回路的电源，为什么线圈有神奇的功能呢？实验结论6-4-1自感现象6.4.1自感现象一、自感现象

由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，称为自感现象。自感现象中产生的电动势，称为自感电动势。二、自感现象的分类

（一）通电自感

如右图所示，合上开关S，灯泡A逐渐变亮，灯泡B立刻变亮，因为线圈所在支路电流缓慢变大，所产生的自感电动势方向与原电流方向相反，阻碍原电流的增大。6.4电感器与电感6-4-2自感现象实验电路6.4.1自感现象二、自感现象的分类

（二）断电自感

如右图所示，断开开关S，线圈和灯泡A、B形成一个回路，电流将逐渐减小，所产生的自感电动势方向与原电流方向相同，阻碍原电流的减小，回路中形成逆时针方向的电流。

断电自感时可能出现“闪亮”现象，即当线圈支路中的电流较大时，就会引起灯泡B在断电瞬间出现“闪亮”现象。6.4电感器与电感6-4-2自感现象实验电路6.4.1自感现象三、自感电动势的方向当原电流增加时，感应电流与原电流方向相反，自感电动势方向也与原电流方向相反，阻碍原电流的增大。当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，自感电动势方向也与原电流方向相同，阻碍原电流的减小。自感电动势是阻碍电流变化产生的量，阻碍不是阻挡，它能减慢电流变化，但是不能阻止这种变化。请注意：判断自感电动势的方向时，要把线圈看成向外输出电流的电源，感应电流流出的一端就是自感电动势的正极，另一端是负极。6.4电感器与电感6-4-3自感电动势的方向6.4.1自感现象四、自感系数

当电流流过回路时，在回路内就要产生磁通，叫自感磁通，用ΦL表示。当线圈匝数为N时，如果穿过线圈每一匝数的磁通都一样，那么线圈的自感磁链为ΨL=NΦL

为表示各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的比值称为线圈的自感系数，简称自感或电感，用符号L表示：自感系数L是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链，这是线圈的固有特性。6.4电感器与电感6.4.1自感现象自感系数的单位为亨利（亨），用符号H表示。常用单位毫亨（mH）、微亨（μH）。它们之间的关系为

实验表明，线圈面积越大，线圈越长，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。6.4电感器与电感6.4.1自感现象五、自感电动势由法拉第电磁感应定律知，

，

因此自感电动势

当线圈的自感系数一定时，线圈中的电流变化越快，自感电动势越大；线圈中的电流变化越慢，自感电动势越小；线圈中的电流不变时，没有自感电动势。

当线圈中的电流变化率一定时，线圈的自感系数越大，自感电动势越大；线圈的自感系数越小，自感电动势越小。6.4电感器与电感6.4.2电感器的识别和选用实践导入

智能手机内部有很多精密元器件，其中就有各种电感器，如用作滤波的高频电感，它将手机天线开关电路接收来的信号进行处理，滤出低频信号，提供稳定的高频信号，提升通话质量，提高上网速度，让人们获得更好的使用体验。观察电感器的形状、大小和标称参数值。色环电感线圈贴片电感线圈环型电感线圈工字型电感线圈可变电感线圈空心电感线圈6.4.2电感器的识别和选用

一、电感器的分类1.电感器按导磁体性质分为：空心线圈、铁芯线圈、磁芯线圈；2.按封装形式分：普通电感、色环电感、环氧树脂电感和贴片电感；3.按电感量分：固定电感和可调电感；4.按结构分：单层线圈、多层线圈和蜂房式线圈；5.按工作性质分：天线线圈、震荡线圈扼流线圈、陷波线圈和偏转线圈。

电感器是一种能将电能转化为磁能储存起来的电子元件，通常为导线卷绕的形状。它在电子设备中有过滤噪声、处理信号、稳定电流和抑制电磁波干扰等功能，对电子产品的性能有重要的影响。电感器又可以分成自感器和互感器。电感器用符号L表示，图形符号如图所示。6.4.2电感器的识别和选用

二、电感器的主要参数1.电感量L：它是电感线圈的一个重要参数，它与线圈的匝数、截面积和磁芯的材料有关。电感是电感器的固有特征，它的大小与外界条件以及电感是否通电无关。习惯上往往也将电感器称为电感。2.品质因素Q：它反映了电感器储能与耗能之比，Q值越高（在一定范围之内不能过高），说明电感线圈的功率损耗越小，效率越高，品质越好。3.额定电流：电感器正常工作时允许通过的最大电流值。6.4.2电感器的识别和选用

三、电感器的表示方法1.直标法，将电感的标称电感量（即标称值）用数字和文字符号直接标在电感体上，电感量单位后面的字母表示偏差。例如“330µH”，“3mH”。2.文字符号法，将电感的标称值和偏差值用数字和文字符号法按一定的规律组合标示在电感体上。

通常是一些小功率电感，以微亨（µH）为单位的电感，“R”表示小数点；以纳亨（nH）为单位的电感，“N”表示小数点。例如，R47表示电感量为0.47µH，4R7则表示电感量为4.7µH；10N表示电感量为10nH。6.4.2电感器的识别和选用

三、电感器的表示方法3.色标法，在电感表面涂上三或四道色环来代表电感量（与电阻类似）。

识别色环时，紧靠电感体一端的色环为第一环，露出电感体本色较多的另一端为末环。色环电感量默认单位为微亨（

µH）。4.数码表示法，是以三位数字来表示电感量的方法，常用于标识贴片式电感。三位数字中，从左至右的第一、二位为有效数字，第三位数字表示有效数字后面所加“0”的个数。例如，标示为“682”的电感为68×100=6800µH。实践应用首先断开电路电源，观察待测电感器是否发生虚焊、烧焦等现象，如果有直接判断其已损坏；如果没有，清理电感引线及线圈待测。一、用