电容器范文第1篇

(一)知识与技能

1、知道什么是电容器及常见的电容器;

2、知道电场能的概念，知道电容器充电和放电时的能量转换;

3、理解电容器电容的概念及定义式，并能用来进行有关的计算;

4、知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，有什么关系;掌握平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。

(二)过程与方法

结合实物观察与演示，在计算过程中理解掌握电容器的相关概念、性质。

(三)情感态度与价值观

体会电容器在实际生活中的广泛应用，培养学生探究新事物的兴趣。

重点：掌握电容器的概念、定义式及平行板电容器的电容。

难点：电容器的电容的计算与应用

教学过程：

(一)复习前面相关知识

要点：场强、电势能、电势、电势差等。

(二)新课教学：

第七节、电容器与电容

展示各种电容器.并做解释:这是一种能容纳电荷的容器,今天我们来学习它——电容器以及描述它容纳电荷本领的物理量——电容

1、电容器

(1)构造：任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。

(2)电容器的充电、放电

操作：把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板上就分别带上了等量的异种电荷。这个过程叫做充电。

现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。充电后,切断与电源的联系,两个极板间有电场存在,充电过程中由电源获得的电能贮存在电场中,称为电场能.

操作：把充电后的电容器的两个极板接通,两极板上的电荷互相中和,电容器就不带电了,这个过程叫放电.

现象：从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流.放电后,两极板间不存在电场,电场能转化为其他形式的能量.

提问：电容器在充、放电的过程中的能量转化关系是什么?待学生讨论后总结如下:

板书充电——带电量Q增加,板间电压U增加,板间场强E增加,电能转化为电场能

放电——带电量Q减少,板间电压U减少,板间场强E减少,电场能转化为电能

2、电容

与水容器类比后得出。说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C(类比于横截面积)不变。这是量度式，不是关系式。在C一定情况下，Q=CU，Q正比于U。

定义：电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电势差U的比值，叫做电容器的电容。

公式：

单位：法拉(F)还有微法(F)和皮法(pF)1F=10-6F=10-12pF

(4)电容的物理意义:电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，是由电容器本身的性质(由导体大小、形状、相对位置及电介质)决定的,与电容器是不是带电无关.

3、平行板电容器的电容

(1)[演示]感应起电机给静电计带电(详参阅P29图1。7-4)

说明:静电计是在验电器的基础上制成的,用来测量电势差.把它的金属球与一个导体相连,把它的金属外壳与另一个导体相连,从指针的偏转角度可以量出两个导体之间的电势差U.

现象:可以看到:

保持Q和d不变，S越小,静电计的偏转角度越大,U越大,电容C越小;

保持Q和S不变，d越大，偏转角度越小，C越小.

保持Q、d、S都不变,在两极板间插入电介质板,静电计的偏转角度并且减小,电势差U越小电容C增大.

(2)结论:平行板电容器的电容C与介电常数ε成正比,跟正对面积S成正比,跟极板间的距离d成反比.

平行板电容器的决定式：真空介质

4、常用电容器(结合课本介绍P30)

(三)小结：对本节内容要点进行概括

(四)巩固新课：1、引导学生完成问题与练习。

2、阅读教材内容。

3、作业纸

教后记：

电容器范文第2篇

关键词：电容；极板；电介质

中图分类号：TP212.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-01

在高度发达的现代社会中，科学技术的突飞猛进和生产过程的高度自动化已成为社会发展的必然趋势，而它们的共同要求是必须建立在强大的信息工业基础上。人们只有从外界获取大量准确、可靠的信息，再经过一系列的科学分析、处理、加工，才能认识和掌握自然界中的各种现象及其相关发展变化规律，进而促成科学技术的发展。现代信息技术的三大基础是信息采集，信息传输和信息处理，而信息采集用到的便是传感器技术。传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节。

传感器，Transducer or Sensor，是一种能感受被测量并按一定的规律转换成有用（与之有对应关系的且易于处理和控制）输出信号的器件或装置，它由三部分组成：敏感元件、转换元件和测量电路。传感器的分类方式有多种，其中按照工作原理分类，可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、热敏式传感器。而这里要论述的是电容式传感器。

电容式传感器是一种把非电物理量转换成与之有确定对应关系的电容量，再通过测量电路转换成电压（或电流）信号的一种装置。它在非电量检测中应用十分广泛。

电容式传感器具有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可实现非接触测量等优点；但电容式传感器的泄漏电阻和非线性等缺点也给它的应用带来了一定的局限性。随着材料、工艺、电子集成技术的发展，使电容式传感器的优点得到了发扬，而缺点也在不断的克服中，电容式传感器逐渐成为高灵敏度、高精度的传感器。

一、电容式传感器的工作原理

电容式传感器实质是一种有可变参数的平行板电容器。平行板电容器是由两块相距很近的平行金属板，中间夹上一层绝缘物质构成。其中这两块金属板称为电容器的极板，绝缘物质称为电介质。电容器的电容量与两极板间介质的介电常数、两极板的相对覆盖面积，两极板间距离有关。这三个参数的改变均使电容C发生变化。因此可以固定其中两个参数不变，而使另外一个参数改变。如果变化的参数与被测量之间存在一定的函数关系，那被测量的变化就可以直接由电容的变化反映出来。由此，可以把电容式传感器分为三种类型：

1.变面积式电容传感器――两极板的相对覆盖面积变化，介电常数、极板间距离不变。

2.变极距式电容传感器――极板间距离变化，介电常数、极板的相对覆盖面积不变。

3.变介电常数式电容传感器――介电常数变化，极板的相对覆盖面积、极板间距离不变。

二、电容式传感器的测量电路

电容式传感器的测量电路主要是把电容转换为电压（或电流）输出，常用的测量电路有：普通交流电桥、紧耦合电感臂电桥、变压器电桥、双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调制电路、调频电路。

三、电容式传感器在应用中应注意的问题

（一）温度的影响

物质有热胀冷缩的特性，电容器也不例外，当环境温度改变时，电容式传感器的各部件的几何尺寸和相对位置将发生变化，由于电容器因为极板间距很小而对结构尺寸的变化特别敏感。此外电介质的介电常数也会因为温度的变化而发生改变。而要减小温度对测量结果的影响，可采取以下方式：

（1）在设计电容式传感器时，选择合理的极板间距。

（2）在制造电容式传感器时，选用温度膨胀系数小，几何尺寸稳定的材料及电介质。

（3）测量电路采用差动对称结构。

（二）电容电场的边缘效应

所谓电容电场的边缘效应指的是在极板的边缘附近，电场分布是不均匀的，这就相当于传感器并联了一个附加电容，导致传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了减小边缘效应对测量结果的影响，可采取以下措施：

（1）在制造电容器时，选择合理的初始电容量。

（2）加装等位环。具体做法为：在极板A的同一平面内，加一个同心环面G。A和G在电气上相互绝缘，二者之间的间隙越小越好。使用时必须保持A和G等电位，故而称G为等位环。这样可使极板边缘处的电场接近匀强电场了。

（三）寄生电容的影响

任何两个彼此绝缘的导体均可构成电容器。电容式传感器除了两个极板间的电容外，还可以与周围导体产生电容联系。这种电容称为寄生电容。有些电容式传感器本身电容很小，那么寄生电容就会使传感器电容量发生明显改变。而且寄生电容极不稳定，从而导致传感器特性的不稳定，对传感器产生严重干扰。

为了克服寄生电容的影响，必须对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放置在金属壳内，并将壳体良好接地。同时，电极引出线也必须用屏蔽线，且屏蔽线外套也要良好接地。

四、电容式传感器应用举例

（一）电容式接近开关

测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断，接近开关的检测物体，并不限于是金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。

（二）电容式键盘

常用的键盘有两种：机械按键和电容按键两种。电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的改变，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关是无触点非接触式的，磨损率小。

（三）电容式指纹传感器

电容式指纹传感器有单触型和划擦型两种，是目前最新型的固态指纹传感器，它们都是通过在触摸过程中电容的变化来进行信息采集的。当指纹中的凸起部分置于传感器电容像素电极上时，电容会有所增加，通过检测增加的电容来进行数据采集。

（四）电容式听诊器

医学上常用的电容式听诊器是一种单电容式压力传感器，一个极板在听诊器的内部，另一极板为听诊器的膜片。当绷紧的膜片受声压作用，极板间距发生变化，从而使电容器的电容发生变化，电容的变化与声压的大小在一定范围内呈线性关系。

参考文献：

电容器范文第3篇

关键词：电容 传感器 电路 测量

中图分类号：TM53文献标识码： A

一、前言

电容传感器用来测量检测系统中的物理量，如压力、加速度、位移等物理量，并得到了大量而又广泛的应用。在一些情况下对电容测量电路的要求很高，比如当传感电容的变化量小至fF级时（如在电容层析成像系统中）。现阶段主要有以下几个困难存在于对飞法级电容的测量中：①一般情况下测量电路会出现一定量的对电子开关的使用，但无法避开电子开关的电荷注入效应对测量系统产生的影响；②被侧电容通常比杂散电容低，干扰信号常把被测量覆盖；③在测量对象的快速多变性对数据采集速度提出很高要求时，降低噪音和采集速度会产生矛盾。解决测量微弱电容有电荷转移法和交流法，都是通过激励信号对被测电容进行连续性充放电后，形成与被测电容成比例的电压或电流信号，从而测量出被测电容值。但是存在以下几个问题：①由于连续充放电测量信号中存在脉动噪声，必须先进行滤波以除去其中的脉动成分，但滤波器的引入一定程度上限制了提高数据采集速度；②电荷转移法是利用电子开关网络控制电路的充放电，但现阶段电子开关的电荷注入效应对测量结果产生的影响无法彻底消除；③交流法电路结构相对复杂，成本较高，同时还要考虑相位补偿等。

本文基于电荷放大原理设计了一种电容测量电路，不但提高分辨率，电子开关的电荷注入效应对测量系统精度的影响被减小；而且由于无需滤波器，所以该电路对电容的测量过程较为简便，显著提高了数据采集系统的数据采集速度。

二、新型电路的测量原理

图1：新型微弱电容测量电路的原理图如下。

图1 基于电荷放大原理的电容检测电路

图1中，被测电容Cx左右侧极板分别为激励电极和检测电极。Cas和Cbs都表示等效电容，其中Cas的存在不影响流过被测电容的电流且由激励源驱动。电容Cbs在检测过程中始终处于虚地状态，因为两端无电压差，所以也不影响电容测量。由此可见，该电路抗杂散电容性能较强的原因为该电路对杂散电容的存在不敏感。

图2 开关的电荷注入效应示意图

图2示出了CMOS开关电荷注入效应的原理图。寄生电容用虚线表示。由于测量的是飞法级的微弱电容，要求电路具有很高的分辨率。电荷注入效应的影响主要引起两个误差：首先是不期望的电荷在电子开关断开时注入电路引起的误差，其次输出电容C0在电子开关断开后引起的误差。

为了解决以上两种误差，本文基于电荷放大原理合理设计了图3的开关时序图。该电路将很好地解决流向运放反相端的部分电荷将引起运放输出的较大变化，对测量结果产生不良影响的问题。

图3 开关时序图

应注意开关S1与S2的电荷注入效应。在图3所示开关时序图中，电容C左极板上的电压之所以不受S2的电荷注入的影响的原因很明显：当它断开时本次数据采集已经结束，因为其它开关的电荷注入效应不对其造成影响，而只受S3的电荷注入效应影响，而后面电路的差动设计会将S3的影响消除。

由此得到电路的工作原理如下：Vin为充放电的激励电压源，开关S4和S5及运放U2和U3构成两个采样保持器(S／H)，U4为仪表放大器，电容Cf和开关S3构成电荷放大器。

应按照以下两个步骤进行（图4所示）：

⑴测量开关S3的电荷注入效应。在电路开始工作之前，开关S3处于闭合状态，Vin电压为高，两个采样保持器都处于采样模式。但由于S3的电荷注入效应，有电荷被注入电路，这将导致V3被拉低至VL。在t2时刻，U1的输出稳定并且U3的输出Vout1等于VL，S5断开使采样保持器进入保持模式。假设S3的电荷注入效应相当于输入电压引起，同时假设S3的输出电容对电路的影响为C0，则Vout1可表示如下：

⑵测量由激励引起的输出的变化。开关S2断开,开关S1关闭施加直流电压激励Vin，右侧极板感应出电荷与S3的电荷注入效应引入的电荷叠加，导致U1的输出上升，在t4时刻输出稳定Vout2等于V3，S4断开使采样保持器进入保持模式，则Vout2可表示为：

得到仪表放大器的输出为：

由已知得可见输出电压与未知电容成线性关系。根据第一步和第二步情况计算得出，电荷注入效应不会对输出产生影响。

三、应用举例

根据实验设计出12电极电容层析成像传感器结构示意图（图5所示），由图可见，主要组件有传感电极、径向电极、屏蔽和绝缘管道。

图5 12电极ECT传感器结构示意图

图6示出了数据采集系统的简图。根据简图显示，每个电极上设计的一套置于屏蔽罩内部的径向电极上的电容／电压(C／V)转换电路模块可以带来以下两点好处：①减小了外部电场对测量电路的干扰②允许范围内缩短电极与测量电路之间的引线，寄生电容随之减小。通道选择、数󰃗模转换器(DAC)输出、增益可编程放大器(PGA)增益设置等均由单片机来完成。

下面推导测量通道的输出，PGA、ADC及DAC的参数分别如图6所示，DX表示未知电容相对空管的变化值,Dempty表示对应空管时的电容输出值，VXout是来自测量模块的输出值，VcK2表示ADC的基准电压，VcK2／K1表示DAC的基准电压，DAC、ADC的基准电压皆由Vc分压产生，从而可降低系统对Vc稳压精度的要求。

图6 测量通道示意图

当管中有介质时，对应电极对空管时的输出值为Dempty，由已知得：

由式(3)、(4)可得未知电容值为：

综上所述，得：

可以得出S3对电路的附加电容C0不会影响归一化后的电容值的结论。同时，不必求出真正电容值，其原因是当使用归一化的电容值进行图像重建时，可以直接使用电路的输出值与满管时的输出值进行比较。

四、测试结果

应采用以下配置：选用高精度Cf，其值选用5pF，其值不宜过大，因为电路灵敏度与其成反比。电子开关使用同一厂家同型号同批次的CMOS开关,以尽可能做到参数统一,本文选用ADG212A。运放选用TL081。

本文借鉴国际上设计实验如下：在一量筒的外壁外规则对称粘贴电极（目的是捕捉该对电极间的微小电容变化），逐次往量筒内注入一定量柴油（此处注意规范使用刻度吸管）。电容变化与柴油的增量的关系如图7所示。可以看出测量值非常接近直线（利用最小二乘法得到的测量值的最佳拟合直线），相关系数为0.9991。同时测得电路的分辨率为0.5fF，灵敏度为4.8mV／fF。

图7 线性度试验结果

与现有的基于电荷转移法或交流法的电容测量电路相比，该电路的优点为：①由于不需要滤波器，数据采集速度可以大幅度提高；②将电子开关的电荷注入效应对测量分辨率的影响问题较好解决；③分辨率较高；④结构简单，成本低廉等。

五、结语

由于一些情况对电容测量电路的要求越来越高，本文通过不断实验和大量计算，基于电荷放大原理提出并设计了一种微弱电容测量电路。该电路同时具有抗杂散电容性能强和消除电子开关的电荷注入效应对测量结果的影响两个优点；除此之外该电路还具有较好的测量线性度，分辨率可至0.5fF，灵敏度高达4.8mV／fF。这种新型电路优点明显，影响较小，可以广泛应用与各种场合，比如用于电容层析成像的数据采集系统等要求高分辨率高速等。

参考文献

电容器范文第4篇

在直流电路中，电容相当于开路，电阻很小；在交流当中，由于电容的冲放电作用，这时电容就在电路中表现为开路，电阻也小。

电容器，通常简称其容纳电荷的本领为电容，用字母C表示。

定义1：电容器，是一种容纳电荷的器件。电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路， 能量转换，控制等方面。

电容器范文第5篇

那又该如何引导学生学习这部分内容呢？笔者认为应该从学科特点出发，充分挖掘可以实验的教学素材，给学生提供更为直观、形象的、可获得直接经验的实验情境，引导学生从实验现象出发总结和归纳规律，习得知识体验探究的过程，感悟物理学科素养，发展创新意识与能力。在实际教学中，笔者正是出于以上考虑，设计了几个实验引导学生进行探究，学生的学习效果果然很好。

1自制电容器，引导学生认清其构造

有关电容器的定义和结构，教材只是做了简单的介绍。因此教师必须开发资源，自制简易电容器，提供学生直接而感性的认知。

如图1中甲图所示，将一只盛有大半瓶盐水的玻璃瓶放在盛有一定量盐水的水槽中，并将充当电极引线的铜丝a和b分别插在玻璃瓶和水槽中。另准备带有绝缘包皮的铜丝两根，如图乙所示将其一端绕成圆环的形状，并包裹上一些透明胶布备用。实验开始之初，让学生观察上述装置，并让他们结合教材中有关电容器的说明，猜想它能否构成电容器。教师做出适当解释后，开始准备实验，将电容器一极6与起电机的一端以及验电器的外壳进行连接，并将起电机的另外一端与准备好的导线d连接，将d另一端的小环套在玻璃瓶电极a上。摇动起电机对该电容器充电，在这一过程中，以粘在导线d上的胶布为把手将导线从玻璃瓶上取走，停止对起电机的摇动。教师通过胶布提起导线c，将其圆环一端套在a上，并将其另一端与验电器小球接触，发现验电器指针发生较大偏转；再将这一端接近电极b，在逐渐靠近的过程中，发现两者之间出现放电火花，这两个现象都说明该装置成功地带电并储备了电能。

上述装置取材容易，操作简单，效果也非常明显，能够让学生直观地认识到瓶中和水槽中的两部分盐水就是电容器概念中两个彼此绝缘的导体，而电容器最基本的性质在上述实验情形中也体现得很明显――储存电荷和能量。当然该实验操作中有两个要点：①对绝缘条件要求苛刻。实验之前，必须对玻璃瓶口周边、验电器等装置进行干燥处理；②演示之初，不要直接将验电器直接连在电极a上，否则学生会将验电器指针偏开的原因归咎于起电机直接让验电器带电。

实际教学中，教师还可以介绍一下莱顿瓶的基本结构（如图2所示），把原先玻璃瓶内外的盐水置换为锡箔即可。让学生将两个模型对比认识，有助于他们了解电容器的结构，也有助于他们后期规律的学习。

2引导学生在实验中认识电容器充放电过程

电容器的充放电过程在第一个实验中也有所呈现，但是过程还不够直观。因此，笔者又借助灵敏电流计设计了第二个实验，将充放电电流直观地表现出来。

实验器材包括1000 μF的电容器一只，10 kΩ的电阻一个，电源选用6 V，满偏刻度为500 μA的灵敏电流计一只。

将上述器材如图3所示进行电路连接。有关实验演示步骤如下：①将开关S接到1位置，则开始充电，引导学生观察灵敏电流计在这一过程中的指针偏转方向以及读数变化特点，当电流表读数减小为零时，则表明充电结束，这一现象向学生说明了稳定状态下的电容器无法导电，相当于断路；②将开关S接到2位置，引导学生观察灵敏电流计上指针偏转情况，并让学生讨论此刻电流的方向以及产生根源，思考充电阶段和放电阶段的能量转换关系。

上述实验电路将充电过程和放电过程整合在一起，让学生对相关过程中电流特点有了直观的认识。此外放电过程中，指针的偏转也可以设计出问题：什么能量驱动了电流计指针的旋转，进一步挑明其中的能量关系。当然本实验还有改进的空间，将放光二极管接入放电电路能更好地向学生传递相关信息。

3构建实验帮助学生理解电容概念

电容的概念是本节课最为抽象的知识点，教材上以类比的方式对此进行处理，但是如果只是停留于空洞的类比说明，学生还是只能一知半解，究其原因，还是因为电容器上电量无形无质，学生无法获取感性认知，因此与容器储水量之间很难构建类比的桥梁。很多教师以如图4所示的电路，对不同时刻的电流大小进行测量，并通过计算软件对有关数据进行处理，最终得出了电容器的带电量，此后还进一步改变电容器两端电压，重复上述操作。相关过程相当繁琐。实际教学中的可行性很差。

笔者对上述实验进行了改进，用恒流源来替代其中的电压源，结合时间的测量，直接用Q=It来计算电容器的电量。

如图5所示为实验装置图，虚线框即为恒流源电路，实验过程如下：①先引导学生回顾有关电流和电量的关系：电流与通电时间的乘积即为通过导体的电量。结合本实验中的情境，所有电量最终都集中于电容器上，因此要测定电容器上的电量值只需测量电流和通电时间即可；②组织学生进行分组实验，提醒学生分工协作：安排专人分别利用秒表记录时间和实时监测电压表读数，当电压表读数增大到0.5 V时，断开开关，停止计时，并将时间进行记录；③接通开关，继续对电容器充电，当电压增大到1V时，再次记录下时间；④类似测量电压为1.5 V、2 V、2.5 V等值时，对应的充电时间；⑤运用公式Q=h，计算出对应不同电压的电容器带电量，比较电压与电量的关系，并用Q-U图象进行描述；⑥更换其他规格的电容器进行实验，按照上述步骤进行操作。