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根據(jù)電容參數(shù)“C ”的定義，可知電容元件極板上電荷量 q 等于電容 C 乘以極板間電壓 u ，即q =Cu 。這說(shuō)明，在電壓相同的情況下，電容 C 越大，電容元件所能容納(存儲(chǔ))的電荷就越多，存儲(chǔ)的電場(chǎng)能量也就越大。那么，電容元件在電路中的電壓與電流又是怎樣的關(guān)系呢?我們往下看。

▎一、電容參數(shù)的交直流電路

由q =Cu ，顯然，若電容兩端的電壓發(fā)生改變，其極板上的電荷量也會(huì)發(fā)生變化(電容C為常數(shù)，固定不變)。電荷量的變化，由電荷的移動(dòng)形成，例如電壓變小，極板上的電荷量也要隨之減少，換言之，極板上的部分電荷沿導(dǎo)線(xiàn)跑掉了。而電荷的沿導(dǎo)線(xiàn)跑動(dòng)就是電流。即電容電壓的變化，會(huì)使得電容上有電流流過(guò)，如下圖1-2-2所示。

圖1-2-2

舉一反三，若電容兩端的電壓不變，極板上的電荷量也就保持不變，所以沒(méi)有電荷的定向移動(dòng)，即電容上沒(méi)有電流流過(guò)，這就是電容的隔直作用。

1、電容參數(shù)的直流電路

如下圖1-2-3所示的直流電路中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，假設(shè)電容極板上的初始電荷量為零，顯然，電容兩端的初始電壓也為零。

圖1-2-3

(1)閉合開(kāi)關(guān)S1，電容開(kāi)始充電，所謂充電，就是電荷逐漸向極板上堆集，電容兩端的電壓逐漸增大。此時(shí)的電容就像一個(gè)三天不吃飯的乞丐，開(kāi)關(guān)一閉合瞬間，電容大口吃飯(充電)，電流最大，隨著電容吃得越飽，電荷的聚集速度越慢，即電流越小，其曲線(xiàn)如圖1-2-4所示。

圖1-2-4

這個(gè)電容的充電過(guò)程很快，直到電容的電壓等于電源電壓，充電完畢，此時(shí)電流也變?yōu)榱悖@就是電容元件的零狀態(tài)響應(yīng)，充電過(guò)程對(duì)應(yīng)的電路就稱(chēng)為暫態(tài)過(guò)程。關(guān)于更多暫態(tài)電路的內(nèi)容，在這里我就不展開(kāi)講啦，因?yàn)槭钦娴暮茈y!

(2)電容充電完畢后，開(kāi)關(guān)S1打開(kāi)，顯然，電容極板上堆集的電荷無(wú)處可走，一直呆在極板上，這表示電容元件一直存儲(chǔ)這電場(chǎng)能量。

(3)閉合開(kāi)關(guān)S2，此時(shí)電容兩極板上的異性電荷就像做擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)一樣往電阻處跑，然后再電阻處相結(jié)合，釋放能量!這就是電容元件的放電過(guò)程，電壓與電流君呈衰減趨勢(shì)，如圖1-2-5所示。

圖1-2-5

直流電路中，電容元件的影響主要體現(xiàn)在開(kāi)關(guān)通斷期間，電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電容元件處就相當(dāng)于開(kāi)路了。

2、電容參數(shù)的交流電路

上文提到，電容兩端的電壓變化，會(huì)產(chǎn)生電流，而在(正弦)交流電路，電壓是按正弦規(guī)律一直變化的，在這個(gè)交變定壓的驅(qū)使下，電容的電流是一個(gè)怎樣的變化情況呢?

結(jié)合電容的定義與電流的定義，電流是指通過(guò)任一截面的電荷變化率，即電荷變化的快慢，在電容元件里，這個(gè)電荷其實(shí)就是電容極板的電荷量，即圖1-2-6所示的Δq /t ，即表示電容極板上的電荷變化的快慢.

圖1-2-6

然后極板上的電荷又等于電壓乘以電容，即Δq =Cu ，最后得出電容電流等于電容乘以電壓變化率，如圖1-2-6的公式所示。

經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，可以得出電容元件的電壓與電流變化波形如圖1-2-7所示。其計(jì)算過(guò)程我在此不再演示。

圖1-2-7

從圖1-2-7可以看到，電容電流與電壓均按正弦規(guī)律變化，且兩者周期(頻率)相同，電流在想位上超前電壓90° 。

既然電壓與電流是同頻的正弦量，那么它們就可以用有效值來(lái)表示，且兩者之間可以進(jìn)行四則運(yùn)算。而有效值，就不用我再多解釋了吧?

▎二、電容元件的容抗

在數(shù)值上，將電壓有效值除以電流有效值，就可以得到一個(gè)與電容C 、角頻率 ω (頻率f )有關(guān)的數(shù)，這個(gè)數(shù)就是傳說(shuō)中的容抗 1/ωC ，如圖1-2-8所示。這里 ω 是電源的角頻率，可能大部分人不知道這個(gè) ω 是什么，其實(shí)它與頻率差一個(gè)2π的關(guān)系，即 ω =2πf ，表示正弦量在每秒內(nèi)變化了多少個(gè)弧度。

圖1-2-8

容抗與電源的頻率成反比，其關(guān)系曲線(xiàn)如圖1-2-8所示。這表明，電源的頻率越高，電容元件的容抗就越小，若電源電壓的有效值不變，隨著頻率的增大，容抗變小，此時(shí)流過(guò)電容元件的電流也就越大，這就是所謂的通高頻阻低頻。

回顧歐姆定律 R=U/I ，電壓除以電流等于電阻，電壓的單位是伏特(V)，電流的單位是安培(A)，這兩個(gè)單位相除(V/A)，得到的比值的單位是歐姆(Ω)。同樣的，電容元件中，電壓有效值除以電流有效值，同樣是伏特除以安培，顯然得到的容抗的單位也是歐姆。所以容抗的作用其實(shí)類(lèi)似于電阻，即對(duì)電流的阻礙作用。

圖1-2-9

既然容抗和電阻都是對(duì)電流的阻礙作用，那么把它們串聯(lián)起來(lái)，如圖1-2-9所示，電容元件和電阻元件就會(huì)對(duì)電源電壓有個(gè)分壓的作用，誰(shuí)的歐姆值越大，得到的電壓就也多。

而容抗與電源的頻率有關(guān)，在這里，隨著頻率的增大，電容兩端得到的電壓就越小。對(duì)于這種現(xiàn)象，我們可以這樣理解：電源頻率變化越快，電容的充放電速度就越快，當(dāng)快到一定程度的時(shí)候，電容都來(lái)不及充電，就又要放電了，這就會(huì)造成電容所存儲(chǔ)的電荷很少，其兩端的電壓很小。

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