我主编的电子技术实验手册（16）—

本专栏是笔者主编教材（图0所示）的电子版，依托简易的元器件和仪表安排了30多个实验，主要面向经费不太充足的中高职院校。每个实验都安排了必不可少的【预习知识】，精心设计的【实验步骤】，全面丰富的【思考习题】。因此，对于开展电子技术教学犯愁的师生，本专栏应该能够帮到你们。

实验16 认识电容

【实验目的】

比较串联和并联电容器的总电容、电荷和压降。
学会使用万用表检查电容的好坏。

【预习知识】

两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。如果这两个导体是尺寸较大的平坦极板，则称为平板电容器，如图1（a）所示。当两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。这是电容器的最基本特性，也是其直流和交流特性的基础。电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。为了简化，下文就用“电容”一词指代电容器和电容量。电容用大写字母C所示，电气符号如图1（b）所示。

当电容两端有压降时，电荷会在外部电路中流动，直到电容上的电压等于外加的电压为止，如图2所示。流动的电荷与电容的大小和施加的电压成正比。这是电容概念形成的由来，由以下公式给出：

$Q=CU$

Q代表电荷量，单位库仑（C）；C代表电容，单位法拉（F）；U代表电压。类似的情况是把空气压缩进瓶子里，空气的量与瓶子的容量和施加的压力成正比。

回忆一下电流的概念指的是单位时间的电荷量，因此电荷量 $Q$ 也可以用下面这个公式计算：

$Q=It$

如果把两个电容与电源串联，那么每个电容充电电流是相等的，如图3所示。由于电流流动的时间相同，总电荷 $Q_{T}$ 必须与每个电容上的电荷相同，即：

$Q_{T}=Q_{1}=Q_{2}$

给串联电容充电使每个电容上的电荷相同，然而，总电容减小了。多个电容串联，总电容 $C_{T}$ 由以下公式给出：

$\frac{1}{C_{T}}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+...+\frac{1}{C_{i}}$

现在考虑并联电容。在并联电路中，根据基尔霍夫电流定律，总电流等于各支路电流之和。如图4所示，如果这个电流流动相同的时间，离开电源的总电荷等于每条支路中流动的电荷之和，用公式表达为：

$Q_{T}=Q_{1}+Q_{2}+...+Q_{i}$

并联电容将提高总电容，因为在相同的电压下储存更多的电荷。并联总电容计算公式为：

$C_{T}=C_{1}+C_{2}+...+C_{i}$

为了检查某个电容的好坏，有两个快速测试的方法。第一种是使用欧姆表，这对于0.01μF以上的电容比较有效。这种测试最好使用指针表，而不是数字表。测试方法如下：

被测电容一定要脱离电路，并在测试前放电（万用表笔尖短路电容两个引脚即可）。
将万用表调至合适的量程（300μF以上的电容，可选R×1或R×10档；10~300μF的电容，可选R×100档；0.47~10μF的电容，可选R×1k档；0.01~0.47μF的电容，可选R×10k档）。
如果是有极性电容（如电解电容），将红表笔接电容的负极，黑表笔接电容的正极，如图5（a）所示。观察表针的偏转情况，正常情况下，表针应向0Ω方向（顺时针）摆动，摆到一定幅度后，又反向（逆时针）回摆，直到某一位置停下。此时指针所指的阻值便是电解电容的正向漏电阻，该阻值越大，说明电容性能越好。再将红、黑表笔对调，如图5（b）所示，此时指针所指的阻值为反向漏电阻，此值应该比正向漏电阻小些。如测得这两个漏电阻都较小（几百kΩ以下），则表明电解电容的性能不良，不能使用。
如果是无极性电容（如陶瓷电容），把两支表笔分别接触电容的两根引脚，如图6（a）所示，此时表针很快向0Ω（顺时针）方向摆动，然后逐渐回到 ∞ 位置；随后对调红、黑表笔，重复测量电容，如图6（b）所示，如表针仍按上述方式摆动，说明电容的漏电阻很小，性能良好。当测量中发现表针不能回到 ∞ 位置时，此时表针所指的阻值就是该电容的漏电阻。表针距∞位置越远，说明电容漏电越严重，不能使用。

这种测试并不是特别准确，因为有时会把有故障的电容表明是好的。然而，可以肯定的是，如果一个电容用这种方法测试失效，那么它一定是坏的。我们可以在此基础上使用电压表来进行二次检测。如图7所示，电压表与电容串联，电源电压不能超过电容的耐压值。当一接通电源时，电容会立刻充电，这个瞬间好像电容被短路了。正常情况下，当它充电完成时，其两端会有压降，电压表应该呈现一个非常小的电压。如果电压表读数接近电源电压，说明电容内部已经被击穿了，不能使用。