用示波器观测电容的充放电特性2
用示波器观测电容的充放电特性
● 实验目的
1．观察电容器的充与放电现象
2．通过放电的电压曲线，研究放电时间与哪些因素有关,测定电容器的电容量;
3．进一步熟悉示波器的使用.
● 仪器和用具
双踪示波器一台, 函数发生器一台,标准电阻箱一个,电容器一个
● 实验原理
电容器能储存电量，如图8-1所示，将电键S与a 接通，电容器充电；将电键S与b相连接，电容器放电。可以用示波器CH1通道并联在电容器两端观察电容器充放电时电压与时间的变化曲线，实际测量中使用信号发生器输出标准方波来代替电键。根据串联电阻电容充电公式：
电容放电公式：
当电容充电（或放电）时间t=τ（τ=RC）时电容
器两端的电压等于电源E的63.2%（或36.8%），可见电容器两端电压跟串联电阻R的大小和电容C的大小有关。当电容器两端电压：
τ=RC
C=τ/R
C=T/2R0.693
如果已知标准电阻R, 只要测得半衰期时间T/2就可以求得待测电容C的值.
● 实验步骤
1，按图连接线路，
2，调节信号发生器输出方波，
参考幅度：2Vpp---4Vpp。
参考频率：50HZ---200HZ
参考电阻: 10000Ω
参考电容: 0.100UF
3，用示波器CH1通道观测电容器的充放电特性；也可以用CH2通道观测信号发生器的输出波形，用
以作为对比；
4，改变R，C，和信号发生器的方波周期，观测充放电特性曲线；
5，调节最佳半衰期图形,用示波器标尺读出T1/2值, 设计表格记下各项参数;
6, 用坐标纸画出一个完整的充放电波形图.
● 实验数据处理
1,计算测量电容值
因为电容充放电为:
τ=RC
C=τ/R
C=T1/2R0.693
2,计算相对误差:
E=ΔC/C参考X100%
● 实验结论与误差分析1,
2,
3,
电容的充放电过程及其应用
电容的充放电过程及其应用 一、实验目的 1．观察RC 电路的矩形脉冲响应。 2．了解RC 微分电路、积分电路及耦合电路的作用及特点。 3．学习双踪示波器的使用方法。 二、实验原理 1． RC 串联电路的充放电过程 在由电阻R 及电容C 组成的直流串联电路中，暂态过程即是电容器的充放电过程（图1），当开关K 打向位置1时，电源对电容器C 充电，直到其两端电压等于电源E 。这个暂态变化的具体数学描述为q ＝CUc ，而I = dq / dt ，故 dt dUc C dt dq i == （1） E iR Uc =+ （2） 将式(1)代人式(2)，得 E RC Uc RC dt dUc 11=+ 考虑到初始条件t=0时，u C =0，得到方程的解： []()() ?? ?? ?? ?-=-=-==RC t E U E U RC t R E i RC t E U C R /exp /exp ）/-（exp -1C 上式表示电容器两端的充电电压是按指数增长的一条曲线，稳态时电容两端的电压等于电 源电压E ，如图2(a) 所示。式中RC=具有时间量纲，称为电路的时间常数，是表征暂态过程进 行得快慢的一个重要的物理量，由电压u 上升到，1/e ≈，所对应的时间即为。 当把开关k 1打向位置2时，电容C 通过电阻R 放电，放电过程的数学描述为 图2 RC 电路的充放电曲线 （a ）电容器充电过程 （b ）电容器放电过程 U R Uc K 1 2 V E R C 图1 RC 串联电路
将dt dUc C i =，代人上式得01 =+Uc RC dt dUc 由初始条件t ＝0时，Uc ＝E ，解方程得 ? ??? ?--=--=-=) /exp()/exp() /exp(RC t E U RC t R E i RC t E Uc R 表示电容器两端的放电电压按指数律衰减到零，也可由此曲线衰减到所对应的时间 来确定。充放电曲线如图2所示。 2. 半衰期T 1/2 与时间常数τ有关的另一个在实验中较容易测定的特征值，称为半衰期T 1/2，即当U C （t ）下降到初值（或上升至终值）一半时所需要的时间，它同样反映了暂态过程的快慢程度，与t 的关系为：T 1/2 =τln2 = τ（或τ= 2） 3. RC 电路的矩形脉冲响应。 若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零的RC 串联电路上，电路的瞬变过程就周期性地发生了。显然，RC 电路的脉冲响应就是连续的电容充放电过程。如图3所示。 图3 RC 电路及各元件上电压的变化规律 若矩形脉冲的幅度为U ，脉宽为t p 。电容上的电压可表示为： ?? ??? ≤≤?≤≤-=- -211 0)1()(t t t e U t t e U t u t t c τ τ ) (t u i )(t u R ) (t C R C ) (t u i (t u R (t u C u u u -t t t 1t 2 t 2t p t 1t 1 t 3 t 2t 3 t 3 t
超级电容的充放电实验曲线测试(含答案)
超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理，理解超级电容器等效电路模型，学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜（常用铝）上沉积而成，而活性炭则是常用的多孔材料。充电时，电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果，追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸，起绝缘作用，可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中，并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V 以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，
为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路，将开关接到K端，使电源接入电路中，实现超级电容的充电过程，通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后，将开关接到另一端，将电源断开，实现超级电容的放电过程，通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
用示波器观测电容的充放电特性2
用示波器观测电容的充放电特性 ● 实验目的 1．观察电容器的充与放电现象 2．通过放电的电压曲线，研究放电时间与哪些因素有关,测定电容器的电容量; 3．进一步熟悉示波器的使用. ● 仪器和用具 双踪示波器一台, 函数发生器一台,标准电阻箱一个,电容器一个 ● 实验原理
电容器能储存电量，如图8-1所示，将电键S与a 接通，电容器充电；将电键S与b相连接，电容器放电。可以用示波器CH1通道并联在电容器两端观察电容器充放电时电压与时间的变化曲线，实际测量中使用信号发生器输出标准方波来代替电键。根据串联电阻电容充电公式： 电容放电公式： 当电容充电（或放电）时间t=τ（τ=RC）时电容
器两端的电压等于电源E的63.2%（或36.8%），可见电容器两端电压跟串联电阻R的大小和电容C的大小有关。当电容器两端电压： τ=RC C=τ/R C=T/2R0.693 如果已知标准电阻R, 只要测得半衰期时间T/2就可以求得待测电容C的值. ● 实验步骤 1，按图连接线路， 2，调节信号发生器输出方波， 参考幅度：2Vpp---4Vpp。
参考频率：50HZ---200HZ 参考电阻: 10000Ω 参考电容: 0.100UF 3，用示波器CH1通道观测电容器的充放电特性；也可以用CH2通道观测信号发生器的输出波形，用 以作为对比； 4，改变R，C，和信号发生器的方波周期，观测充放电特性曲线； 5，调节最佳半衰期图形,用示波器标尺读出T1/2值, 设计表格记下各项参数; 6, 用坐标纸画出一个完整的充放电波形图. ● 实验数据处理
1,计算测量电容值 因为电容充放电为: τ=RC C=τ/R C=T1/2R0.693 2,计算相对误差: E=ΔC/C参考X100% ● 实验结论与误差分析1, 2, 3,
电容充放电计算公式
标 签：电容充放电公式 电容充电放电时间计算公式设，V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为t时刻电容上的电压值。 则， Vt="V0"+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)] 或， t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 例如，电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电 V0=0，V1=E，故充到t时刻电容上的电压为： Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]
再如，初始电压为E的电容C通过R放电 V0=E，V1=0，故放到t时刻电容上的电压为： Vt="E"*exp(-t/RC) 又如，初值为1/3Vcc的电容C通过R充电，充电终值为 Vcc，问充到2/3Vcc需要的时间是多少？ V0=Vcc/3，V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3，故 t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2 = 注：以上exp()表示以e为底的指数函数；Ln()是e为底的对数函 解读电感和电容在交流电路中的作用 山东司友毓 一、电感 1．电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过电感线圈时，由于电流时刻都在变化，因此在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感线圈对交变电流会起阻碍作用，前面我们已经学习过，自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关，自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就越大，对交变电流的阻碍作用就越大，电感对交流的阻碍作用大小的物理量叫做感抗，用X L表示，且X L=2πfL。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定。 2．电感线圈在电路中的作用 （1）通直流、阻交流，这是对两种不同类型的电流而言的，因为恒定电流的电流不变化，不能引起自感现象，所以对恒定电流没有阻碍作用，交流电的电流时刻改变，必有自感
超级电容器原理及电特性
超级电容器原理及电特性 Principle & Electric characteristics of Ultra capacitor 辽宁工学院陈永真孟丽囡宁武 Chen Yongzhen Liao Ning Institute of Technology 摘要：叙述了超级电容器的基本结构和工作原理，比较全面地介绍了超级电容器的特点和在特定测试条件下的电特性，分析了如较大的ESR、发热等特殊电特性产生的原因，提出一些注意事项。 关键词：超级电容器 ESR 放电电流 Abstract:Basic structure & principle of ultra-capacitor are described in this paper. The characteristics about ultra-capacitor and electric characteristics in special measuring conditions are also introduced in detail. Some reasons of special electric characteristics are analyzed, such as big ESR and heat, at last some attentions are also put forward. Key words: ultra-capacitor ESR Discharging current 超级电容器是一种高能量密度的无源储能元件，随着它的问世，如何应用好超级电容器，提高电子线路的性能和研发新的电路、电子线路及应用领域是电力电子技术领域的科技工作者的一个热门课题。 1. 级电容器的原理及结构 1.1 超级电容器结构 图一为超级电容器的模型，超级电容器中，多孔化电极采用活性炭粉和活性炭和活性炭纤维，电解液采用有机电解质，如丙烯碳酸脂（propylene carbonate）或高氯酸四乙氨（tetraetry lanmmonium perchlorate）。工作时，在可极化电极和电解质溶液之间界面上形成的双电层中聚集的电容量c由下式确定： 其中ε是电解质的介电常数，δ是由电极界面到离子中心的距离，s是电极界 面的表面面积。 由图中可见，其多孔化电极是使用多孔性的活性碳有极大的表面积在电解液中吸 附着电荷，因而将具有极大的电容量并可以存储很大的静电能量，超级电容器的这一 特性是介于传统的电容器与电池之间。电池相较之间，尽管这能量密度是5%或是更 少，但是这能量的储存方式，也可以应用在传统电池不足之处与短时高峰值电流之中。 这种超级电容器有几点比电池好的特色。 图1超级电容器结构框图 1.2 工作原理 超级电容器是利用双电层原理的电容器，原理示意图如图2。当外加电压加到 超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷响应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。 2.3 主要特点 由于超级电容器的结构及工作原理使其具有如下特点：
超级电容测试方案
10.备用电源系统测试 10.1测试工具及仪器 （1）数字万用表FLUKE 289 1台； （2）数字示波器Tektronix DPO3034 1台（含电流卡钳A622，高压隔离探头P5210）；（3）数字兆欧表HIOKI 345 1台，VC60D 1台； （4）功率分析仪YOKOGAWA WT1600 1台； （5）耐压测试仪 TOS5101 1台； （6）输出可调超级电容充电机 BN-CDJ350V 1台； （7） 24V直流电源一台； （8）变桨距系统控制柜轴一柜； （9）变桨试验台SY_BJ_T_V3.1 1台； （10）调压器9KV A 1台； （11）PRODIGIT 3257电子负载； （12）滑动变阻器 BX8-27-2.5A 2台； 10.2.超级电容单体性能测试 10.2.1单体容量测试 ★测试方法： 采用恒流放电法测90V超级电容模块的总容量，由于90V超级电容模块含36个超级电容单体，将总容量乘以36即可得到超级电容单体的容量。 测试电路如图10.1所示。
图10.1. 容量测试电路图 放电电流I1及放电电压下降的电压U1和U2见下表。分级方法应根据分立标准。 ★测试步骤： （1）如图10.1进行接线，设定充电机充电电压为150V，闭合F1； （2）断开F3，闭合F2，对超级电容模块C充电。C达到额定电压后，保持充电机输出30min，以I2=1A电流充电，每15s记录一次150V超级电容模块端电压；以I2’=2A电流充电，每30s记录一次150V超级电容模块端电压； （3）将示波器电压探头接C的正负极端，将电子负载设置为恒流模式，电流值设置为I1=4A放电。断开F2并闭合F3对超级电容进行放电，每30s记录一次150V超级电容模块端电压。 （4）记录C的正负极之间电压U随时间的变化曲线（如图10.2示意）；
电容的充放电过程及其应用
电容的充放电过程及其应用 、实验目的 1.观察RC 电路的矩形脉冲响应。 2?了解RC 微分电路、积分电路及耦合电路的作用及特点。 3?学习双踪示波器的使用方法。 二、实验原理 考虑到初始条件t=0时，U c =O ，得到方程的解: U c = E 1 - exp ( - t / RC 】 =R exp(—t / RC) -U c = Eex p (—t / RC) 上式表示电容器两端的充电电压是按指数 增长的一条曲线，稳态时电容两端的电压等于电 源电压E ,如图2(a)所示。式中RC= T 具有时间 量纲，称为电路的时间常数， 是表征暂态过程进 行得快慢的一个重要的物理量，由电压 到 0.63E , 1/e ~0.37，所对应的时间即为 「杪 dUc dUc 1 将i =C ——，代人上式得——+——Uc=O dt dt RC 由初始条件t = 0时，Uc = E ,解方程得 Uc = Eex p(-t/RC) { -|exp(-t / RC) U R =-Eex p(-t/RC) 表示电容器两端的放电电压按指数律衰减到零， 时间来确定。充放电曲线如图 2 所示。 2.半衰期T 1/2 1. RC 串联电路的充放电过程 在由电阻R 及电容 1),当开关K 打向位置 态变化的具体数学描述为 dt dt Uc + i R =E 将式⑴代人式⑵，得 dUc 丄 1 「 ----- + ——Uc dt RC C 组成的直流串联电路中，暂态过程即是电容器的充放电过程(图 1时，电源对电容器 C 充电，直到其两端电压等于电源 E 。这个暂 q = CUc , 而 I = dq / dt ，故 (1) 当把开关k 1打向位置2时，电容C 通过电阻 R 放电，放电过程的数学描述为 U c 上升 T 也可由此曲线衰减到 0.37E 所对应的 图2 RC 电路的充放电曲线
超级电容器实验报告
实验报告 题目C,MnO2的电化学电容特性实验姓名许树茂 学号20104016005 所在学院化学与环境学院 年级专业新能源材料与器件创新班 指导教师舒东老师 完成时间2012 年 4 月
1.【实验目的】 1. 了解超级电容器的原理； 2. 了解超级电容器的比电容的测试原理及方法； 3. 了解超级电容器双电层储能机理的特点； 4. 掌握超级电容器电极材料的制备方法； 5. 掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。 2. 【实验原理】 超级电容器的原理 超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。 图1 超级电容器的结构图 从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。大多数超级电容器的容量用法拉(F)标定,通常在1F到5,000F之间。 (1) 双电层超级电容器的工作原理 双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的
RC电路充放电时间计算
RC电路充放电时间计算 V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为t时刻电容上的电压值。 则， Vt="V0"+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)] 或， t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 求充电到90%VCC的时间。（V0=0，V1=VCC，Vt=0.9VCC） 代入上式： 0.9VCC=0+VCC*[[1-exp(-t/RC)] 既 [[1-exp(-t/RC)]=0.9； exp(-t/RC）=0.1 - t/RC=ln(0.1) t/RC=ln(10) ln10约等于2.3 也就是t=2.3RC。 带入R=10k C=10uf得。 t=2.3*10k*10uf=230ms RC回路充放电时间的推导过程需要用高等数学，简单的方法只要记住RC回路的时间常数τ=R×C，在充电时，每过一个τ的时间，电容器上电压就上升（1-1/e）约等于0.632倍的电源电压与电容器电压之差；放电时相反。 如C=10μF，R=10k，则τ=10e-6×10e3=0.1s 在初始状态Uc=0时，接通电源，则过0.1s（1τ）时，电容器上电压Uc为0+（1-0）×0.632=0.632倍电源电压U，到0.2s（2τ）时，Uc为0.632+（1-0.632）×0.632=0.865倍U……以此类推，直到t=∞时，Uc=U。放电时同样运用，只是初始状态不同，初始状态Uc=U。
单片机复位(上电复位和按键复位，复位脉宽10ms，R常取值10k~47k，c 取值10~100uf，电容大些为好)： 原理：如果复位是高电平复位，加电后电容充电电流逐渐减少，此时经电阻接地的单片机IO是没电压的，因为电容是隔直流的，直到充电完毕开始放电，放电的过程同样是电流逐渐减少的，开始放电时电流很大，加到电阻上后提供给IO高电平，一段时间（电容器的充放电参数：建立时间等）后，电流变弱到0，但是复位引脚已经有了超过3us的高电平，所以复位就完成了； 手动复位，如加按键，则是直接将电容短路，给复位引脚送高电平，此部分就只有电容在起作用；当然电源较大（一般3.3v-5v）的话，加电阻是为了分压，防止烧坏引脚。
太阳能电池对储能装置两种方式充电实验(实验报告)
光伏工程实验报告 实验名称：太阳能电池对储能装置两种方式充电实验学院：材料科学与工程学院 专业：应用物理 指导教师： 报告人：学号：1班级： 实验时间：2015/1/5 实验报告提交时间：2014/12/
一、实验目的 1. 了解超级电容放电的实验； 2. 了解太阳能组件直接对超级电容充电的实验； 3. 了解太阳能组件加DC-DC模块后对超级电容充电实验； 4. 熟悉恒压和恒定功率计算充电效率的方法； 5. 通过对两组实验结果进行比较，找出实现最佳充电效率的方法。 二、实验原理 1．DC-DC模块 DC-DC为直流电压变换电路，能将直流电压 转换为直流电压，相当于交流电路中的变压器，就 是相当于我们平常使用的电源充电器，最基本的 DC-DC变换电路如图1所示。 图1中，Ui为电源，T为晶体闸流管，uC为 晶闸管驱动脉冲，L为滤波电感，C为电容，D为 续流二极管，RL为负载，uo为负载电压。调节晶 闸管驱动脉冲的占空比，即驱动脉冲高电平持续时 间与脉冲周期的比值，即可调节负载端电压。 DC-DC的作用： 当电源电压与负载电压不匹配时，通过 DC-DC调节负载端电压，使负载能正常工作。本实 验的太阳能组件输出电压可以超过10V，而超级电 容器的额定电压为3V左右，因此需要用到DC-DC 模块进行电压的转换。 通过改变负载端电压，改变了折算到电源端的等效负载电阻，当等效负载电阻与电源内阻相等时，电源能最大限度输出能量。 在本实验中，DC-DC模块用于控制太阳能电池，使其始终以最大限度输出能量，保证以恒定功率输出。 2.超级电容 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形
电容的选取与充放电时间的计算完整版
电容的选取与充放电时 间的计算 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
电容的选取与充放电时间的计算 电容的选取： 电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。 不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到，以便核实。 电容的原理： 在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。小容量的电容，通常在高频电路中使用，如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点，一般1μF以上的电容均为电解电容，而1μF以下的电容多为瓷片电容，当然也有其他的，比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳，里面充满了电解质，并引出两个电极，作为正（+）、负
（-）极，与其它电容器不同，它们在电路中的极性不能接错，而其他电容则没有极性。 把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上，过一会儿即使把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压（学了以后的教程，可以用万用表观察），我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。 举一个现实生活中的例子，我们看到市售的整流电源在拔下插头后，上面的发光二极管还会继续亮一会儿，然后逐渐熄灭，就是因为里面的电容事先存储了电能，然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波，不知你有没有用整流电源听随身听的经历，一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容，造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容（1000μF，注意正极接正极），一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响，都要用至少1万微法以上的电容器来滤波，滤波电容越大，输出的电压波形越接近直流，而且大电容的储能作用，使得突发的大信号到来时，电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时，大电容的作用有点像水库，使得原来汹涌的水流平滑地输出，并可以保证下游大量用水时的供应。
电容的充放电过程及其应用 (2)
电容的充放电过程及其应用 一、实验目的 1.观察RC电路的矩形脉冲响应。 2.了解RC微分电路、积分电路及耦合电路的作用及特点。 3.学习双踪示波器的使用方法。 二、实验原理 1．RC串联电路的充放电过程 在由电阻R及电容C组成的直流串联电路中,暂态过程即就是电容器的充放电过程(图1),当开关K打向位置1时,电源对电容器C充电,直到其两端电压等于电源E。这个暂态变化的具体数学描述为q＝CUc,而I = dq / dt ,故 dt dUc C dt dq i= =(1) E iR Uc= +(2) 将式(1)代人式(2),得 E RC Uc RC dt dUc1 1 = + 考虑到初始条件t=0时,u C=0,得到方程的解: [] () () ? ? ? ?? ? ? - = - = - = = RC t E U E U RC t R E i RC t E U C R / exp / exp ） / - （ exp - 1 C 上式表示电容器两端的充电电压就是按指 数增长的一条曲线,稳态时电容两端的电压等于 电源电压E,如图2(a) 所示。式中RC=τ具有时间 量纲,称为电路的时间常数,就是表征暂态过程进 行得快慢的一个重要的物理量,由电压u c上升到 0、63E,1/e≈0、37,所对应的时间即为τ。 当把开关k1打向位置2时,电容C通过电阻R放电,放电过程的数学描述为 将 dt dUc C i=,代人上式得0 1 = +Uc RC dt dUc 由初始条件t＝0时,Uc＝E,解方程得 ? ? ? ? ? - - = - - = - = ) / exp( ) / exp( ) / exp( RC t E U RC t R E i RC t E Uc R 表示电容器两端的放电电压按指数律衰减到零,τ也可由此曲线衰减到0、37E所对应的 时间来确定。充放电曲线如图2所示。 2、半衰期T1/2 图2 RC电路的充放电曲线 (a)电容器充电过程(b)电容器放电过程 U R Uc K 1 2 V E R C 图1 RC串联电路
电容充放电特性
R-C惰性电路是构成脉冲数字电路的基本组成部分之一，为此我们作详细的讨论。 一、电容充放电特性 1. 电容器的特性 电容器是由中间隔有介质的两个金属板所构成。当电容器的极板上带有某一数量的电荷时，在电容器的两端就产生一定的电压UC，其值，由于电容器的电容量C是一个常数，所以当电量Q＝0时，则UC＝0；而Q愈大，也就是电荷量愈多，则UC就愈大。 电容和电阻是两个性质全然不同的电路元件。当电阻两端施加某一电压UR时，它会将电能转变成热能而消耗掉；电容则不是这种情况，当于其两端施加电压UC时，则在两极板间就随之形成了电场，电场是具有能量的，这就是说电容能将电能转换为电场能而贮存起来。因此常将电阻称为耗能元件，而电容称为贮能元件。另外，只要有电流流过，电阻两端的电压就立即产生；而电容器两端电压的建立是需要时间的，因此又常称电阻为即时性元件；电容为惰性元件。 2. 电容器的充放电过程 为了实地了解电容器的充放电过程和研究它的特点及规律，我们来作下面的实验，其实验电路如图2-1所示。 图2-1 R-C实验电路 （1）充电过程 开关K原始位置为2，此时电容器C两端的电压。在t＝0时刻开关K由位置2扳向位置1，电容器C开始充电，根据测得电压、电流随时间变化的数据，画出及－t的变化曲线如图2-2所示。 图2-2 电容器充电特性曲线 （2）放电过程 开关K原始处于位置1，这时C已充满电荷，其电压值。在t＝0时刻K由位置1扳至位置2， C 开始放电，根据测得电压、电流随时间变化的数据可画出及的关系曲线如图2-3所示。
图2-3 电容器放电特性曲线 （3）充放电的特点及规律 根据上面所得到的电容器的充放电时UC、 IC的数据和曲线，可以归纳出几点很有实用价值的规律。 ①电容器的充放电是需要时间的。这是由于电容器的充放电过程，实质是电容器上电荷的积累和消散的过程，由于电荷量的变化是需要时间的，所以充放电也是需要时间的。 ②在充电的开始阶段，充电电流较大，上升较快，随着的增长，充电电流逐渐减 小，且的上升速度变缓，而向着电源电压E趋近。从理论上来说，要使电容器完全充满，完成充电的全过程是需要无限长的时间的。但从图2-2中可以看到，在t＝15s时，＝9.5V，已达到E的95％；在t＝25s时，＝9.93V，实际上已经可以认为电容器基本上充满，充 电过程已基本上结束。 同样，在放电的开始阶段，电压UC及电流IC的变化也是较快的，而后期变的缓慢。在t＝15s时，＝0.5V，仅为E的5％；在t＝25s时，＝0.07V，此时可以认为电容器的 电荷基本放光，完成了放电过程。 总之，在分析实际问题时，可以认为电容器的充放电过程所需的时间是有限的。这就是说，对于上述实验电路，电容器自充、放电开始后15s～25s，从工程的观点看就完全可以认为充、放电已经结束。 ③在电容器刚刚开始充电或刚刚开始放电的瞬间，电容器的端电压及贮存的电荷Q 都将保持着充、放电开始之前的数值。例如，充电前电容器的电压＝0V，则开始充电的瞬间UC仍保持为0V；而放电前如果电容器的＝E，则放电开始瞬间仍保持为E。即电容器的端电压在充、放电开始的瞬间是不能突变的，电容器的这一特点非常重要，必须牢记。 （4）决定电容器充放电快慢的因素及时间常数τ 图2-1电路无论是充电还是放电，都是一个串联形式的R-C电路。在充电时，起始电流 就是最大的充电电流，其值为。如果电容器的容量C较大，则产生一定的UC所需的电荷量就多，从而充满所需的时间也就长； C如果较小，则形成同样的所需的电荷就少，当然充满所需的时间也就短。现我们将C固定，则当R值大时，就会变小，于是形成某一值所需电荷积累的时间就变长；而当R值小时，则变大，形成同一UC值所需的时间变短。可见R 和C值变大时，则充电变慢，反之则快。为了全面的考虑R、 C对充、放电的影响，在实际中是用R、 C两者的乘积来描述R-C电路充放电的快慢的，其R·C值称为时间常数τ，即τ＝R·C。 式中R的单位为欧（Ω）， C的单位为法（F），τ的单位为秒（s）。其中τ的量纲变换如下： 〔τ〕＝〔R〕·〔C〕＝欧·法＝（伏/安）·（库/伏）＝（安·秒）/安＝秒 例如图2-1所示电路中R＝10kΩ、 C＝500μF，则τ＝10×103×500×10－6＝5s。这
超级电容器的三种测试方法详解
超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法，欢迎大家一起交流 ★★★★★★★★★★ 关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。 循环伏安cyclic voltammetry (CV) 由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 ? Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V 左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。 ?Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算） ?Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性） 测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。 恒电流充放电 galvanostatic charge–discharge (GCD) 由GCD测试曲线，一般可以得到以下几方面的信息： ?the change of specific capacitance（比电容的变化可以从有限多次的恒电流充放电中体现，直观的就是每次充放电曲线的放电时间的变化） ?degree of reversibility(由充放电曲线的对称也可以中看出电极材料充放电的可逆性) ?Cycle life（循环寿命，换句话也就是随着充放电次数的增多，电极材料比电容的保持率）恒电流充放电测试过程中比较重要的测试参数有电流密度，还有充放电反转的电位值。电流密度可以设置为电流/电极面积，也可以设置为电流/活性物质质量。我在测试的过程中一般依据活性物质的质量设置为XXmA/mg。充放电反转的电位值可以依据循环伏安的电位窗口，可以设置为该区间或者小于该区间。 交流阻抗 electrochemical impedance spectroscopy (EIS) 由交流阻抗曲线可以看出体系随着频率改变的变化趋势，得出测试体系某个状态下的包括溶液电阻、扩散阻抗的情况，可以通过测试交流阻抗对测试的未知体系进行电化学元件模拟。
电容放电和充电时间计算
设：O V 为电容器两端的初始电压值 m a x V 为电容器两端充满时电压值 t V 为电容器两端任意时刻t 时的电压值 那么： ()??? ? ??-?-+=-RC t o o t e V V V V 1max 若，电压为E 的电池通过电阻R 向初值为0的电容C 充电，此时0=o V ，充电极限E V =max 故，任意时刻t ，电容上的电压为： ??? ? ??-?=????? ??-=-t RC t t V E E RC t e E V ln 1 若，已知某时刻电容上的电压t V ，根据常数可以计算出时间t 。 公式涵义： 完全充满时，t V 接近E ,时间t 无穷大； 当RC t =时，电容电压E 63.0=； 当RC t 2=时，电容电压E 86.0=； 当RC t 3=时，电容电压E 96.0=； 当RC t 4=时，电容电压E 98.0=； 当RC t 5=时，电容电压E 99.0=； 可见，经过RC 个5~3后，充电过程基本结束。 例：F C V V V t μ1.01M R 375V 325V V 0max O =Ω====，，，，，求t S t 20.0325 375375ln 101.010166=-????=
已知，初始电压为E 的电容C 通过电阻R 放电，0max O ==V E V ，； 那么，电容器放电时任意时刻t ，电容两端电压t V 为： t RC t t V E RC t e E V ln ?=??=- 例：F C V V t μ1.01M R 22V V 375O =Ω===，，，，求t S t 28.022375 ln 101.010166=????=
超级电容器电极制备实验前言
1超级电容器 1.1电池技术的缺陷 Li电池等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。 1.2超级电容器的简介 超级电容器(又称电化学电容器、电双层电容器)是一种能量存储装置，属新一代绿色能源。它主要依靠在电极与电解液界面形成电双层贮存电能，性能介于普通电容器和可充电电池之问，在较宽的温度范围内(—40～60。C)工作，可以在大电流(10～1000A)下充放电。与可充电电池(包括镍氢电池和锂电池)相比，超级电容器具有更高的功率密度和更长的循环寿命。与普通电容器相比，超级电容器的能量密度要高出100倍以上。可见，超级电容器集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，具有工作温度宽、可靠性高、可快速循环充放电或快速充电长时间放电等特点。超级电容器可用于大电流瞬时供给、中电流短时问后备电源、小电流长时间后备电源和低频微波吸收等。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。由此可以看出：超级电容器的充放电过程始终是物理过程，没有化学反应。因此性能是稳定的，与利用化学反应的蓄电池是不同的。超级电容器有如下特点： （1）电容量大。超级电容器采用活性炭粉与活性炭纤维作为可极化电极与电解液接触的面积大大增加，根据电容量的计算公式，那么两极板的表面积越大，则电容量越大。因此，一般双电层电容器容量很容易超过1F，它的出现使普通电容器的容量范围骤然跃升了3-4个数量级，目前单体超级电容器的最大电容量可达5000F。
电容充放电计算公式
签：电容充放电公式 电容充电放电时间计算公式 设，V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为t时刻电容上的电压值。 则， Vt="V0"+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)] 或， t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 例如，电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电 V0=0，V1=E，故充到t时刻电容上的电压为： Vt="E"*[1-exp(-t/RC)] 再如，初始电压为E的电容C通过R放电 V0=E，V1=0，故放到t时刻电容上的电压为： Vt="E"*exp(-t/RC) 又如，初值为1/3Vcc的电容C通过R充电，充电终值为 Vcc，问充到2/3Vcc需要的时间是多少？ V0=Vcc/3，V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3，故 t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2 = 注：以上exp()表示以e为底的指数函数；Ln()是e为底的对数函
解读电感和电容在交流电路中的作用 山东司友毓 一、电感 1．电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过电感线圈时，由于电流时刻都在变化，因此在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感线圈对交变电流会起阻碍作用，前面我们已经学习过，自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关，自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就越大，对交变电流的阻碍作用就越大，电感对交流的阻碍作用大小的物理量叫做感抗，用X L表示，且X L=2πfL。感抗的大小由线圈的自感系数L 和交变电流的频率f共同决定。 2．电感线圈在电路中的作用 （1）通直流、阻交流，这是对两种不同类型的电流而言的，因为恒定电流的电流不变化，不能引起自感现象，所以对恒定电流没有阻碍作用，交流电的电流时刻改变，必有自感电动势产生以阻碍电流的变化，所以对交流有阻碍作用。 （2）通低频、阻高频，这是对不同频率的交变电流而言的，因为交变电流的频率越高，电流变化越快，感抗也就越大，对电流的阻碍越大。 （3）扼流圈：利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈。 低频扼流圈：线圈绕在铁芯上，匝数多，自感系数大，电阻较小，具有“通直流、阻交流”的作用。 高频扼流圈：匝数少，自感系数小；具有“通低频、阻高频”的作用。 二、电容 1．电容器为何能“通交流” 把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，原来极板上聚集的电荷又放出，在电路中形成放电电流，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。 2. 电容器对交变电流的阻碍作用是怎样形成的 我们知道，恒定电流不能通过电容器，原因是电容器的两个极板被绝缘介质隔开了。当
电容器的充放电与能量
高一电工DG-16-01-003 《电容器的充放电与电场能量》导学案 编写人：张军审核人：编写时间： 班级：组别：姓名：等级： 【教学目标】 1．理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。 2．掌握电容器中电场能量的计算。 【教学重点】 1．电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。 2．电容器质量的判别和电容器中电场能量的计算。 【教学难点】 电容器质量的判别和电容器中电场能量计算式的推导。 【学法指导】 1、认真阅读书本60面充放电实验，了解充放电过程。 2、通过电容器质量判别实验掌握万用表测量电阻的一般步骤，自主学会判别电容器好 坏。 【知识链接】 复习电容的串联与并联电路特点。 【学习过程】 一、电容器的充电 开关S合向1，电容器充电。 1．现象： （1）白炽灯开始较，逐步变。 （2）○A1的读数由变。 （3）○V的读数变。 （4）最后○A1指向，○V的大小等于。 2.解释 2．解释： 电源正极向极板供给电荷，负极向极板供给电荷。电荷在电路中形成定向移动形成，两极板间有电压。 S刚合上时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着电荷的增加，电压，电流。当电容器两端电压等于电源电压时，电荷定向移动，电流为，灯不亮。
二、电容器的放电 S 合向2，电容放电。 1．现象： （1）开始灯较 ，逐渐变 ，直至熄灭。 （2）○A2开始较 ，逐渐变 ，电流方向与刚才充电方向 ，直至指示为 。 （3）开始○V 指示为 ，逐渐 ，直至为0。 2．解释： 放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有 产生。开始这个电压较大，因此电流较大，随着电容极板上的正、负电荷的 ，极板间的电压逐渐 ，电流也 ，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为 。 3．结论： 当电容器极板上所储存的 发生变化时，电路中就有 流过；若电容器极板上所储存的电荷量恒定 时，则电路中就没有电流流过。电路中的电流为 i = t q ?? = C t u C ?? 三、电容器的质量判别 1．用R ? 或R ? 挡。 2．将万用表分别与电容器两端接触，指针发生偏转并回到接近起始的地方，说明电容器的质量 。 3．若指针偏转后回不到起始位置的地方，而停在标度盘的某处说明电容器的漏电很大，这时指针所指出的电阻数值即表示该电容器的漏电阻值。 4．若指针偏转到零位置之后不再回去，则说明电容器内部已经 ；如果指针根本不偏转，则说明电容器内部可能 ，或电容量很小。 四、 电容器中的电场能量 1．充电时，q ↑→U c ↑电压与电荷量成 ：q = C u C 2．电源输入电荷量为 q 时所做的总功，也就是存储于电容器中的总 。 Wc = 21q U C = 2 1C U C 2 式中：C ——电容器的电容 单位：F （法拉） U C ——电容器两端的电压 单位：V （伏特） Q ——电容器所带的电荷量 单位：C （库仑）