电容器的充电与放电

(沈长生)电容器在电路中的主要作用就是充电与放电。为了使初学者直观地了解电容器的充电过程和放电过程，加深对电容器特性的认识，可以自己动手做做下面的实验。

1.46线电路实验板（俗称面包板）一块，型号为SYB-46，外形见图1。

2.6V电池盒（含4节5号电池）一个。

3．发光二极管（φ5，红色高亮度）3只。

4．电阻器 1kΩ1／8W3只、10kΩ1／8 W1只。

5．电解电容器1000μF16V 2只、220μF16V 2只、2.2μF16V1只。

6．单股导线（导线内铜丝直径0.5mm）1m。

前几次电学知识小实验用的实验板都是采用绝缘板，用螺钉和导线连接电路，虽然这种方法简单、直观，却只适用于比较简单的电路。比较复杂的电路就要用图1所示的电路实验板进行实验。实验板上有很多插线的小孔，如同掰开的面包一样，所以称它为面包板。这种实验板上边各个坚列的A、B、C、D、E5个小孔是相通的，下边各个坚列的F、G、H、I、J5个小孔也是相通的（见图1）。本实验用的实验板上下一共有46列，所以叫46线实验板。在实验时一定要弄清实验板的结构，否则电路很容易装错。这种实验板自制很困难，可到电子市场购买。

第一步：观察电容器的充电与放电

1．在实验板上按图2（a）搭接电容器的充电、放电电路，图中的开关S可用单股硬塑料导线代替（铜丝直径0.5mm左右），连接电路时也用单股硬导线（铜丝直径0.5mm左右）。把塑料导线两端剥出1cm的铜丝，线头最好剪成45°角，这样容易插入实验板小孔。电路连接情况可参考图2（b），注意电容器和发光二极管的极性不要接反。

电路搭好后，先接通S1，同时立刻观察发光二极管VD1的亮度变化，将会看到VD1由亮逐渐变暗，一会儿就不亮了。VD1发光说明电容器在充电，有充电电流流过，当电容器上的电压充到等于电源电压时，电路里就没有充电电流，VD1也就不亮了。

2．断开S1再接通S2并立刻观察发光二极管VD2的亮度变化，将会看到VD2亮一下后就灭了，VD2发光表示电容器放电过程中有放电电流通过VD2；当电容器储存的电荷全部释放，VD2也就不亮了。

第二步：观察电容器充电与RC的关系

1．先按图3～图5的顺序搭好电路（电源公用），再分别接通S，观察每个电路中VD发光时间的长短，如果一次没看清可把电容器充上的电放掉（用一根导线把电容器两端接通一下），再重复上述实验。实验结果应如表1所示。

2.按图6、图7的顺序接好电路（可在图3～图5电路基础上改接），然后分别接通S，并观察每个电路中VD发光的时间长短。实验结果应与表2所列一样。

第三步：观察电容器放电与RC的关系

电容器的放电快慢也与R、C的数值有关，实验电路见图8，画虚线的元件表示顺序接入电路中，不是一起插在电路中。实验操作方法和图2充放电实验相同，比如先接图8虚线中的2.2μF电容器和1kΩ的电阻，然后接通S1给2.2μF电容器充电，断开S1再接通S2使2.2μF电容器通过1kΩ电阻和VD2放电，观察VD2发光时间的长短，然后拆下2.2μF换上220μF再做上述实验，观察VD2发光时间的长短，以下的顺序是拆下220μP换成1000μF；拆下100μF和1kΩ换上2.2μF和10kΩ；拆下2.2μF换上220μF（l0kΩ电阻不动）；拆下220μF换上1000μF，一共6次充放电的实验，这6次中主要观察VD2亮度的变化，总结出电容器放电过程与R、C数值的关系，读者可仿照表l、表2做出两张实验表。

第四步：用电容器获取高压的实验

为使实验效果明显，实验电源最好高一点但不应高于36V（安全电压），如使用一组12V的电源，先按图9给一个1000μF的电容器充电，然后再把1000μF电容器的两根引线端部直接碰一下，观察放电时的火花情况。再按图10把两个1000μF电容串联起来，然后分别给两个电容器充电（即按实线箭头给C1充一次电，然后再按虚线箭头给C2充一次电），两个电容都充好电后把两个串联电容的①、③端碰在一起，观察放电时的火花情况。实验结果应是第二次放电的火花比第一次放电火花强，因为第二次两个电客串联后充上的电压是两个电容充上的电压之和，高于单独一个电容充上的电压，所以放电现象明显。