電容元件是實(shí)際電路中儲(chǔ)存電場(chǎng)能量這一物理性質(zhì)的科學(xué)抽象，在僅是實(shí)際電容器，凡是帶電導(dǎo)體與電介質(zhì)存在的場(chǎng)合，都可以用電容元件來(lái)描述儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的物理現(xiàn)象。同電阻一樣，通常用符號(hào)C表示電容元件，C表示電容元件的參數(shù)(電容量)。電容量是常數(shù)的電容器稱為線性電容。
在電容元件兩端電壓u的參考方向給定時(shí)，若以q表示參考正電位極板上的電荷量，則電容元件的電荷量與電壓之間滿足
q=Cu
C表示電容元件的電容，當(dāng)電容元件是線性元件時(shí)，C不隨u和q改變，稱為線性電容。可見(jiàn)，線性電容元件的定義式為
C= q/u
當(dāng)q的單位為C，u的單位為V時(shí)，由上式得電容C的單位為法[拉](F)，實(shí)際電容的電容量往往比1F小得多，因此實(shí)際使用中還經(jīng)常使用微法(μF)、皮法(Pf)。
由以上討論可知，以u(píng)為橫坐標(biāo)，q為縱坐標(biāo)構(gòu)成的q-u平面，可以用來(lái)定義二端電容元件。線性電容元件在q-u平面上的特性曲線是一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線。
線性電容元件的電壓電流關(guān)系
設(shè)電壓、電流為時(shí)間函數(shù)，現(xiàn)在求其電壓、電流關(guān)系。當(dāng)極板間的電壓變化時(shí)，極板上的電荷也隨之變化，于是在電容元件中產(chǎn)生了電流。此電流可由下式求得
I=dq/dt =C(du/dt)
上式表明，電流的大小與方向取決于電壓對(duì)時(shí)間的變化率。電壓增高時(shí)，du/dt〉0，則dq/dt〉0，i〉0,極板上電荷增加，電容器充電;電壓降低時(shí)，du/dt〈0，則dq/dt〈0，i〈0,極板上電荷減少，電容器反向放電。當(dāng)電壓不隨時(shí)間變化時(shí)，du/dt=0，則I=0,這時(shí)電容元件的電流等于零，相當(dāng)于開路。故電容元件有隔斷直流的作用。
線性電容元件的儲(chǔ)能特性
電容元件不產(chǎn)生能量，也不消耗能量是一個(gè)儲(chǔ)能元件。
線性電容和非線性電容的區(qū)別
若電容元件的庫(kù)伏特性為一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖5-5-1(b)所示，則稱為線性電容元件。線性電容元件的電容C為一常量，與電壓u和電流i無(wú)關(guān)，其電路符號(hào)如圖5-5-1(a)所示。 若電容元件的庫(kù)伏特性為一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)某種形狀的曲線，如圖5-5-1(c)所示，則稱為非線性電容元件。非線性電容元件的電容C不為一常量，與電壓u和電流i有關(guān)，其電路符號(hào)如圖5-5-1(d)所示。 |
