马俊杰

(江苏省丹阳市教师发展中心，江苏 镇江 212300)

新一轮的高考改革全面对标“一核四层四翼”的高考评价体系，这一评价模式的转变必须要通过情景来实现。电容器的常规教学都是以理论及计算为主，学生学起来感觉很枯燥。如果我们在教学中引入电容器特性的生活应用情景，就能培养学生发现问题、解决问题的能力，加深学生对概念的理解。

1 电容器充、放电特性的实际应用

在现实生活中，当我们关掉电视机的电源开关后，前面的指示灯会亮一会儿才熄灭。一些带电源指示的电器也是如此，这是因为电器中的电容器存储了电能，在关掉电源后释放形成的。当然这个电容器原本是用作滤波的，如果厂家为了节约成本，使用了较小的电容来滤波，便会造成一些交流干扰，如在耳机或喇叭中听到嗡嗡声。如我们加大了滤波电容器的电容，这种情况一般可以得到改善。滤波电容器的电容越大，输出的电压波性越接近于直流，而且大电容器的储能作用，能在较强的电信号到来时，电路中有足够的能量转换为音频信号输出。此时大电容器的作用有点像水库，使原来汹涌的水流能平滑地流出，并可以保证下游有大量用水需求时的供应。此时电容器起的是滤波作用，称之为电源滤波电容器，这里是利用了电容器的充、放电特性(图1)。

(a)

电容器滤波过程如下：

在0～t1期间，电压U2为正(A端为正、B端为负)，且逐渐增大，波形如图1(b)所示，D1、D3导通，输出的电流一方面流过负载RL，另一方面对电容C充电，电容C上的电压为正，在t1时刻充得的电压UL2最高。

在t1～t2期间，U2电压为正，但逐渐下降，电容C上的电压高于U2电压，D1、D3截止，电容C开始对RL放电，RL仍有电流流过。

在t2～t3期间，U2电压变为负值，且逐渐增大，但电容C上的电压仍高于电压U2，D2、D4截止，电容器C继续对RL放电。

在t3～t4期间，电压U2为负，且继续增大，U2大于电容C上的电压时，D2、D4导通，通过D2、D4输出的电流流过负载RL，并对电容C充电，电容C上的电压升高。

在t4～t5期间，电压U2的仍为负值，但逐渐减小，当电容C上的电压高于U2时，D2、D4截止，电容C又对RL放电。

在t5～t6期间，电压U2变为正值，且逐渐增大，但电容C上的电压仍高于U2，D1、D3截止，电容C继续对RL放电。

此后，电路会重复上述过程，从而在负载RL两端(也是电容器C两端)得到如图1(b)所示的UL2电压。如在电路中去掉电容C，负载上得到的电压为UL1。比较图1(b)中的UL1和UL2电压波形不难发现，增加了滤波电容后在负载上的电压波动较无滤波电容器时要小得多。

电容使整流电路输出电压波动变小的功能称为滤波。电容滤波器的功能是在输入电压较高时通过对电容器充电将电能存储起来，而在输入电压较低时通过电容放电将电能释放出来，从而保证负载得到波动较小的直流电压。

电容器能使整流输出电压波动变小，电容器的电容越大，其两端的电压波动越小，滤波效果越好。

有人以为电容器的滤波作用是滤除了交流成份，保留了直流成份。其实交流电已通过二极管的整流转化为脉动直流电。电容滤波器的作用是利用它的充、放电特性，使脉动直流电的电压波动变小。当然交流电能中的一些高频干扰信号会通过整流二极管的极间电容器串入滤波电路中，此时的高频干扰信号能通过电容器滤除掉。

2 电容器隔直、通交特性的实际应用

平常我们在喇叭中能听到悦耳的声音，这与使用的放大电路有关。其中有一种称之为OTL功放的电路，它在放大电路与喇叭之间串有一只容量较大的电容器C4，一般在2200 μF左右。此电容能通过喇叭播放声音的交流信号，而隔离了放大电路中晶体管工作时所需的直流电。在这里就是利用了电容器的隔直、通交特性(图2)。

图2

电器上的触摸开关，手机触摸屏等也是利用电容器的通交特性来工作的，人的手指与屏幕下层导体形成小电容，能使高频信号通过。

3 电容器移相特性的实际应用

单相交流电动机的主副绕组间会串联一只电容器，直接串联的称之为运行电容器，还有通过离心开关串接的称为启动电容器，两者之间电容值差别较大，运行电容器的电容小，启动电容器的电容大。一般功率较小的单相交流电动机只有运行电容器，如电风扇、单相小水泵、洗衣机中的电动机等。而木工电锯、电刨上用的单相交流电动机则通过离心开关串接一只启动电容器，有时根据需要，在同一电动机上会同时存在两种电容器。这里利用的是电容器的移相特性，单相交流电经过电容器流过副绕组，通过副绕组上的电压就会滞后主绕组上的电压，这样二相交流电就能在电动机的定子中产生旋转磁场，使单相交流电动机转子中的每个鼠笼条中产生感生电流，此电流又在旋转磁场中受到磁场力的作用使转子旋转起来(图3)。

图3

4 电容器的其他应用

在电力系统中，电容器可作补偿用，并联在感性负荷的两端，达到提高功率因素、减少线路损耗、提高变压器效率的目的。

作储能元件使用也是电容器的一个重要功能，与电池等储能器件相比，电容器可以瞬时充放电，并且充放电电流基本上不受限制，可以为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。

在日光灯启辉器中并联了一只电容较小的电容器，它的作用是防止日光灯启动时产生的高次谐波干扰其他用电设备。在电源开关触头的两端有时也会并联一只电容器，其作用是减小开关在断开时的电火花对触头的烧蚀，延长开关的使用寿命。开关电源中有削尖峰的电容器，定时电路中有定时电容器等。

上面谈了电容器的许多实际应用，通过这些实际情景的应用，学生了解了电路不同的情景，可更好地理解电容器的不同特性，培养了学生在实际情景中解决问题的能力。