铁道通信专业基础知识与规章导读(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：北京交通大学 呼和浩特铁路局

出版社：中国铁道出版社

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铁道通信专业基础知识与规章导读试读：

前言

为实现应用型人才培养目标，高等继续学历教育必须打破重传承、轻创新，重专业、轻职业，重知识、轻技能的传统教育教学思想，树立先进的教育理念，构建以科学发展观为指导，以学生职业发展和市场需求为导向，以服务区域经济和社会发展为目标，以开发学生的可雇佣性技能为重点，以培养适应区域经济社会发展需要的应用型人才为直接诉求的新型人才培养体系。

北京交通大学长期致力于铁路行业专业人才培养，着力提高在职专业技术人员继续教育质量。北京交通大学与呼和浩特铁路局密切合作创新继续教育培养体系，对接企业和社会的需求，围绕铁路一线生产的实际需要设计知识结构、能力体系，产学合作设置贴近岗位需要和体现铁路发展最新技术要求的课程，重在提高学生的职业能力与岗位技术能力，培养过程更加强调与铁路一线生产实践的结合。

为适应铁路行业应用型人才培养目标的新要求，针对铁路高等学历继续教育专业课程体系进行了创新设计，打破传统的基础课、专业基础课、专业课程的递阶式模块设置，整合为公共基础课、基础知识与规章导读、专业知识、专业技能四个部分，结合继续教育人员已具备一定专业生产实践能力的特点使基础原理、专业知识和规章要求融汇贯通，突出专业知识与技能。北京交通大学携手呼和浩特铁路局共同组织编写铁路高等学历继续教育应用型系列教材，契合了应用型人才培养的教育改革发展需求，与上述知识体系设计相匹配。教材分为基础知识与规章导读、专业知识、专业技能三大系列，按专业分别编写。为体现应用型人才培养内涵要求，铁路局专业技术人员直接参加教材编写。本套教材将在铁路高等继续教育应用型人才培养中发挥重要的作用。

本书为铁路高等学历继续教育应用型系列教材之一。全书共八章，包括基础知识和规章导读两大部分。基础知识包括：理论基础知识、专业基础知识、相关专业基础知识。规章导读包括《铁路技术管理规程》、《铁路交通事故调查处理规则》、《铁路电务安全规则》、《铁路通信维护规则　综合管理》等内容。为便于教学和使用，每章均配有复习思考题。

由于编写水平有限，教材中不足之处在所难免，恳请广大读者提出宝贵意见。

编委会2016年7月基础知识第一章理论基础知识

本章主要介绍理论基础知识，包括电工基础知识、模拟电子电路基础、数字电路基础知识。第一节电工基础知识

一、电工基础（一）电路的组成

电是能量和信息的重要载体，为了实现电能和电信号的产生、传送及使用，人们会将各种不同的电气元件按照规定的要求连接起来，构成“电路”。电路是电流通过的通路，是为了不同需要由各种电气设备或元件按规定方式组合起来的。实际上电路的形式是多种多样的，是电流通过的途径，基本上都是由电源、负载、导线和开关四大部分组成。电路分为内电路和外电路，内电路由负载、导线、开关组成；外电路是指电源内部的一段电路，负载是指所有电器，电源是指能将其他形式的能量转换成电能的设备。

1.电源

电源是产生电能的设备。将各种非电能（如热能、化学能、机械能、光能和原子能等）转换成电能的设备称为电源；将某种电能转换成特殊需要的电能设备也称为电源。电源广泛应用于计算机网络、办公自动化、通信、航空航天等领域。

2.负载

负载是消耗电能或接收电信号的设备。与电源相反，负载将电能转换成其他形式的能量。

如电动机能把电能转换成机械能，电阻能把电能转换成热能，电灯泡能把电能转换成热能和光能，扬声器能把电能转换成声能。电动机、电阻、电灯泡、扬声器等都称作负载。

3.传送媒介

传送媒介是把电能或信号从电源传输到负载的设备。它可以是两根导线，也可以是一个具有各种控制功能的网络。

4.开关

控制电路的通断设备，一般有刀闸、空气开关和各种控制装置。

由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。图1-1是手电筒的实际电路和原理图。

从上述图中可以清晰看出组成普通电路的四部分，实际当中的电路可能要比这个模型复杂的多，但都是由上述四部分组成的。（二）电路模型

为了方便分析电路，在一定的条件下，需要突出电气器件的主要电磁特性，忽略器件的次要电磁特性。所谓的理想元件是指能集中描述一个电磁特性，并可用精确的数学关系来表示元件，它是对实际器件的近似模拟。对一个实际的电路，用若干个理想元件互联来近似描述它的电磁特性，则后者为前者的电路模型。图1-2列出了一些常用理想元件的图形符号。

图1-1　手电筒的实际电路和原理图

图1-2　常用理想元件的图形符号

此外，同一器件在不同的条件下可得到不同的电路模型。所以在进行电路模型选择时要考虑到电路所处的具体条件，为器件选择适合的电路模型。（三）电路的基本物理量

1.电流

如果两种不同的物质由于相互摩擦或其他原因，使一个物体上的电子转移到了另一个物体上，由于电子带有负电荷，这样就使失去电子的物体多了正电荷而带了正电，而获得了电子的物体由于多了负电荷带了相同数量的负电。物体失去或获得的电子数量越多，那么这个物体所带的正电荷或负电荷量也就越多。根据实验测定，一个电子具有的负电荷量约等于1.6×10 -19 库。

带电的物体在其四周存在着电场，电场也是物质存在的一种形式。实践证明，带正负电荷的两物体之间有互相吸引的力，反之，带相同极性电荷的两物体之间有互相排斥的力，这种相互的吸力或斥力就是电场的作用力，又称电场力。

当流过电路截面的电流为1安培时，每秒钟所通过的电量就是1库仑，即：

1库仑（C）=1安培·秒（A·s）

库仑定律是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的作用力大小与这两个电荷所带电量的乘积成正比，与它们相互距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，相同极性电荷相互排斥，不同极性电荷相互吸引。即电荷之间的作用力与所带电荷量的大小成正比，与电荷间的距离成反比。

电流的形成：导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则地定向运动就形成电流。电流是看不见、摸不着的，但电流的强弱可以间接地通过其他手段知道。例如，“流过手电筒的不同挡位的电流，强弱是不一样的”，这就知道电流的存在并且知道电流的大小。

电流具备的条件：有电位差（即电压）；电路一定要闭合。

电流强度即常说的电流大小，定义为单位时间内通过导体横截面的电量。电流强度简称电流，用符号i表示，即

在国际单位制中，电流的单位是安培（A）。

电流按照变化规律分为直流电流（DC）和交流电流（AC）。如果电流的大小和方向不随时间变化，则称为直流电流，简称直流；如果电流的大小和方向都随时间变化，则称为交流电流，简称交流。

2.电压

在电源两端具有不同的电位。电源正极的电位总是高于负极的电位，也就是电源能维持两点间的电位差，在电源外部，电流从高电位的正极流向低电位的负极；而在电源内部，借助于电源本身的电源力，可使电流从低电位流向高电位。

电压又称电位差，用符号U表示。电压的形成：物体带电后具有一定的电位，在电路中任意两点之间的电位差，称为该两点的电压。电压的方向：一是高电位指向低电位；二是电位随参考点不同而改变。电路中a、b两点间的电压描述了电场中单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量，即

式中，Δq为由a点转移到b点的电荷，单位为库仑（C）；ΔW为转移过程中电荷Δq所获得或失去的能量。在国际单位制中，电压的单位为V（伏特），能量的单位为J（焦耳）。

电动势的定义：一个电源能够使电流持续不断沿电路流动，就是因为它能使电路两端维持一定的电位差，这种电路两端产生和维持电位差的能力就叫电源电动势。电势用E表示，单位与电压相同。电源电势的实际方向，规定为由电源负极指向正极，即由低电位指向高电位。

把单位正电荷从电源负极移到电源正极的过程中“非静电力”所做的功称为电动势。一个由电动势和电阻元件构成的闭合回路中，必定存在电流的流动，电流是正电荷在电势作用下沿电路移动的表现，习惯上规定正电荷是由高电位点向低电位点移动。因此，在一个闭合电路中各点都有确定的电位关系。但是，电路中各点的电位高低都只能是相对的，所以必须在电路中选定某一点作为比较点（或称参考点），电路中其余各点的电位就能以该参考点的电位为准进行计算或测量。为简便计，通常设定参考点的电位为零。

在一个确定的闭合电路中，各点电位的高低虽然相对参考点电位的高低而改变，但任意两点间的电位差（电压）则是不变的，它不会因参考点设定电位的不同而改变。

3.电阻（1）电阻的概念

自由电子在物体中移动受到其他电子的阻碍，对于这种对导电所表现的阻力就叫电阻，电阻的单位是“欧姆”，用字母“R”表示。

金属导体的电阻与它的几何尺寸、材料有关，在一定的温度下，其电阻与长度成正比，与截面积成反比。这就是导体的电阻定律。即

式中，R为导体的电阻，单位是Ω；L为导体的长度，单位是m；S为导体的截面积，单位是mm 2 ；ρ为导体的电阻率，指在一定的温度下，长为1m，截面积为1mm 2 的导体所具有的电阻，单位是Ω·m。

电阻的电位还有MΩ（兆欧）、kΩ（千欧）、mΩ（毫欧）、μΩ（微欧）。（2）电阻元件的特性

①电阻元件的主要特性参数

电阻元件常用的特性参数有标称阻值、允许误差、额定功率、额定电压。

②电阻的作用

电阻是线性元件，主要用来稳定和调节电路中电流和电压的大小，在电路中主要起限流、分流、降压、隔离和分压等作用。

③电阻的分类及应用

按阻值特性可分为固定电阻和可调电阻。

按制造材料可分为碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻、水泥电阻、陶瓷电阻等。

按安装方式可分为插件电阻、贴片电阻。

按用途特种电阻（敏感电阻）可分为热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻、湿敏电阻等。

热敏电阻是一种对温度极为敏感的电阻器，分为正温度系数（阻值随温度升高而增大）和负温度系数（阻值随温度升高而降低）电阻器。

阻值随着光线的强弱而发生变化的电阻器称为光敏电阻器。根据对光谱中不同区域的敏感度不同，分为可见光光敏电阻、红外光光敏电阻、紫外光光敏电阻。选用时先确定电路的光谱特性。

压敏电阻是对电压变化很敏感的非线性电阻器，具有非线性伏安特性并有抑制瞬态过电压作用的固态电压敏感元件。当电阻器上的电压在标称值内时，电阻器上的阻值呈无穷大状态，当电压略高于标称电压时，其阻值很快下降，使电阻器处于导通状态。当电压减小到标称电压以下时，其阻值又开始增加（可以自恢复）。

湿敏电阻是对湿度变化非常敏感的电阻器，能在各种湿度环境中使用，是将湿度转换成电信号的换能器件。（4）电阻器的标注方法

电阻器的阻值一般都标注在电阻器的表面上，常用的电阻器的标注方法有文字符号法和色标法两种。

文字符号法是指将电阻器的主要参数用数字和文字符号直接在电阻器表面上标注出来的方法。

色标法是用色环或色点（大多用色环）来表示电阻器的标称阻值、允许误差。由于它具有颜色醒目、标志清晰等特点，在国际上被广泛应用。色环法一般有4环和5环之分。4环电阻误差比5环电阻要大，一般用于普通电子产品上。5环电阻一般都是金属氧化膜电阻，主要用于精密设备或仪器上。

4.电能

若导体两端的电压为U，通过导体横截面积的电荷量为Q，电场力所做的功就是电路所消耗的电能，用W来表示。其表达式为：

W=QU=UIt

电能的单位是焦耳（J）。常用的单位有：千瓦小时（俗称“度”）。

1kWh=1000W×3600s=3.6×10 6 J

5.电功和电功率

电路中存在着能量的流动，将电路中某一段所吸收或产生能量的速率称为功率，用符号P表示。

功率的计算公式为

P=UI

在国际单位制中，功率的单位为瓦特（W）。（四）电路的参考方向

电工理论规定正电荷运动的方向为电流的方向，把高电位指向低电位的方向规定为电压的方向，这里所说的是电流和电压的实际方向。在具体电路中，电流和电压的实际方向往往难以在图中标出。例如，当电路中的电流为交流时，就不可能用一个固定的箭头来表示实际方向。在一个复杂的电路中，无法通过简单的观察来判断电流和电压的实际方向。为此，提出参考方向的概念。

1.参考方向定义

参考方向的含义是：在电路中人为规定电压和电流的假想正方向，这个方向是可以任意规定的，在电路中用箭头来表示电流或电压的参考方向。图1-3为电流参考方向的表示，图1-4为电压参考方向的表示，它是用“+”“-”号表示电压的参考方向，或者用由“+”指向“-”的箭头表示电压的参考方向。同时规定：如果电流参考方向是从电压“+”极性端流入，由“-”极性端流出，则称电压和电流的方向为关联参考方向，如图1-5所示。

图1-3　电流参考方向

图1-4　电压参考方向

图1-5　关联参考方向

2.参考方向与实际方向的关系（1）电流参考方向与实际方向的关系

如果电流的参考方向与实际方向一致，则电流为正值；反之，电流为负值。因此，当电流的参考方向规定后，可以通过求得的电流符号知道电流的实际方向。例如，如果求得的电流为正值，则电流的实际方向与假定的参考方向一致；电流为负值，则电流的实际方向与假定的参考方向相反。（2）电压参考方向与实际方向的关系

如果电压的参考方向与实际方向一致，则电压为正值；反之，则电压为负值。因此，当电压的参考方向规定后，可以通过计算得到的电压的符号知道电压的实际方向。例如，如果通过计算得到电压为正值，则电压的实际方向与参考方向一致；电压为负值，则相反。

功率的正负与电压、电流的方向有关，当电压、电流同向时，功率为正值，表明元件吸收功率；反之，则功率为负值，表明元件释放功率。

二、欧姆定律（一）欧姆定律

电路的基本定律阐明了部分或整个电路中部分或总的电压、电流等物理量之间的关系，是分析与计算电路的重要理论基础和基本依据。欧姆定律作为电路基本定律之一，反映的是电路中元件上电流和电压的相互约束关系。

欧姆定律只适用于纯线性电阻电路。欧姆定律有两种，即部分电路欧姆定律（也称作外电路欧姆定律）和全电路（整个闭合电路）欧姆定律。

1.部分电路欧姆定律

部分电路欧姆定律的内容是：在不包含电源的电路中，流过电阻的电流与其两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。中，R为该段电路的电阻值，电阻的单位是欧姆，符号是Ω。当电路两端的电压为1V、通过的电流为1A时，则该段电路的电阻值为1Ω。计量高电阻时，则以千欧（kΩ）或兆欧（MΩ）为单位。

2.电流源与电压源

在一个电路中，能量不能凭空产生，也不会凭空消失。在电路中把能为电路提供能量的元件称为电源。（1）独立电压源

如果一个两端元件，其端电压既独立于流过其中的电流，又独立于其他支路的电压和电流，则称此元件为独立电压源。还有一类“受控电源”与独立电源不同。受控电源的电动势或电流随网络中其他支路的电流或电压而变化。独立电压源主要分为直流电压源和正弦交流电压源。

电压源电气符号如图1-6（a）所示。具有图1-6（b）所示伏安特性的电压源称为理想电压源，其特点是电压源端电压不随输出电流而变化。

图1-6　电压源及其伏安特性

图1-7　实际电压源模型

实际电压源容许通过的电流是有限的，即电压源只能在一个规定的电流范围内作为电压源工作。一个实际的电压源模型如图1-7所示，任何一个电压源总是存在内阻R ，当有电流输出时，在电压源内阻0上就会产生压降。高质量的电压源内阻R 设计得很小。电压相同的0电压源才能并联，且每个电源中流过的电流不确定。实际电压源的伏安特性方程式为：

U=E-i·R 0（2）独立电流源

除独立电压源之外，还有独立电流源。如果一个两端元件，输出电流既独立于其本身端电压，又独立于其他支路的电压和电流，则称此元件为独立电流源。

电流源电气符号如图1-8（a）所示。具有图1-8（b）所示伏安特性的电流源称为理想电流源，其特点是电流源端电流不随输出电压而变化。

图1-8　电压源及其伏安特性

图1-9　实际电流源模型

一个实际的电流源模型如图1-9所示，任何一个电流源的内阻R 0一般总是存在的，只是有大小的区别。一个高质量的电流源其内阻设计得很大，这样当电源输出电流时，内阻分流就很小，因而输出电流基本保持不变。电流相同的理想电流源才能串联，并且每个电流源的端电压不能确定。

3.全电路欧姆定律

全电路是指电源以外的电路（外电路）和电源（内电路）组成的闭合电路的整体，如图1-10所示。虚线框内是电源的内部电路（内电路），内电路的电阻（内阻）用符号R 表示。0

全电路欧姆定律：流过电路的电流，与电源的电动势成正比，与外电路的电阻与内电路的电阻R 之和成反比。0

图1-10　全电路欧姆定律示意图

式中，E为电源的电动势，单位是V；R为外电路电阻，单位是Ω；R 为内电路电阻，单位是Ω；I为电路中的电流，单位是A。0（二）电路的三种状态

1.通路

当电路外加一定的负载时，电路处于通路状态。当电源电动势和内阻一定，负载减小时，外电路两端的电压随输出电流的增大而下降。这种电源端电压随输出（负载）电流的变化关系，称为电源的外特性。

2.开路

当电路的负载断开时，称电路处于开路状态，此时负载电阻R=∞，电路中的电流为0，电源的开路电压等于电源电动势。

3.短路

当电源的正负极不经过负载而由导线直接连接时，电源被短接，电路处于短路状态，通常由于电源内阻很小，所以短路电流相当大，这样不仅会损坏导线、电源和其他电器设备，甚至还会引起火灾。因此，短路是严重的故障状态，必须严格禁止，避免发生。在电路中通常串接保护装置，如空开、熔断器等，起到对电源的保护作用。

三、电阻的串联、并联和混联（一）电阻的串联

1.电阻串联的概念

电阻串联将电阻首尾依次相连，但电流只有一条通路的连接方法，这种电阻的连接称为串联，如图1-11所示。

图1-11　串联电路

2.串联电路的特点（1）流过各电阻的电流相同。（2）电路总电压等于各电阻上的电压降之和，U=U +U 。12（3）电路总电阻等于各电阻阻值之和，R=R +R 。12

推广到一般形式有：

R=R +R +R +…123

3.电阻串联电路的分压定律

在串联电路里，阻值越大的电阻分得的电压就越高，即电压的分配与电阻成正比。

4.电阻串联的应用（1）用几个电阻串联来获得较大的电阻。（2）采用几个电阻构成分压器，可以使同一电源提供几种不同的电压。（3）当负载的额定电压低于电源电压时，可用串联的方法来满足负载接入电源的需求。（4）利用串联电阻的方法可以限制和调节电路中电流的大小。（二）电阻的并联

1.电阻并联的概念

将几个电阻接在电路中相同两点之间的连接方式称为电阻的并联，如图1-12所示。

图1-12　并联电路

2.并联电路的特点

电路中各电阻上所承受的电压相同。

电路中的总电流等于各电阻中电流之和，即I=I +I 。12

电路中的总电阻（等效电阻）的倒数等于各电阻的倒数之和，即。

推广到一般形式有：

3.电阻并联电路的分流定律

在并联电路里，阻值越大的电阻分得的电流就越小，即电流的分配与电阻成反比。

4.电阻并联的应用（1）工作电压相同的负载几乎都是并联连接。因为负载在并联工作状态下，其两端电压完全相同，并联其他负载后原来的支路电压仍然保持不变。（2）电阻并联后可以得到一个较小的电阻。（3）在电工测量中，广泛应用并联电阻的方法来扩大电表测量电流的量程。

5.电源的并联

把所有电源的正极连接起来作为电源的正极，把所有电源的负极连接起来作为电源的负极，然后接到电路中，称为电源并联。（1）并联电源的条件：一是电源的电势相等；二是每个电源的内电阻相同。（2）并联电源的特点：能获得较大的电流，即外电路的电流等于流过各电源的电流之和。（四）混联电路

1.混联电路的概念（1）混联电路定义：电路中既有元件的串联又有元件的并联称为混联电路。（2）混联电路的计算：先求出各元件串联和并联的电阻值，再计算电路的点电阻值；由电路总电阻值和电路的端电压，根据欧姆定律计算出电路的总电流；根据元件串联的分压关系和元件并联的分流关系，逐步推算出各部分的电流和电压。

2.混联电路的分析

分析混联电路时，应先合并串联或并联部分，逐步对电路进行等值简化，求出总的等效电阻，然后根据欧姆定律，由总电阻、总电压（或总电流），求出电路中的总电流（或总电压），最后再逐步推算各部分的电压和电流。

3.典型的混连电路（1）电阻的Y/△连接

如图1-13（a）所示的电路为电阻三角形连接，如图1-13（b）所示的电路为电阻星形连接。

当星形连接的3个电阻大小相等时，等效变换成三角形连接后3个电阻也相等，即R△=3R ；当三角形连接的3个电阻大小相等时，Y等效变换成星形连接后，3个电阻也相等，即。

图1-13　电阻的三端网路（2）直流单臂电桥

图1-14所示电路为单臂电桥。当U 为直流电时，电桥为直流单s臂电桥。检流计中无电流，即I=0，电桥处于平衡状态。这时有电桥平衡条件：

R R =R R 1423

图1-14　单臂电桥

电桥法是一种传统的测试方法。利用上面公式可测量未知电阻。利用电桥原理，可以测定电缆的各种障碍点与测量端之间的距离等数据，并且可以进行电缆的电气性能测试。在电缆测试中，由于脉冲反射法对障碍点阻抗变化量依赖明显，而电桥法能够测量电阻高达数兆欧姆的障碍点，所以将脉冲反射法及电桥法相结合的综合测试仪器基本可以解决现场遇到的各种通信电缆障碍问题。（五）电功和电功率

1.电功

电流所做的功称为电功，用符号“A”表示。电功的大小与电路中的电流、电压及通电时间成正比，计算公式为A=UIT=I 2 RT。

电功及电能量的单位名称是焦耳，用符号“J”表示；也称千瓦时，用符号“kWh”表示。1kWh=3.6MJ。

2.电功率

电流在单位时间内所做的功称为电功率，用符号“P”表示。

电功率单位名称为“瓦”或“千瓦”，用符号“W”或“kW”表示，也可称“马力”。

1马力=736W　　1kW=1.36马力（六）电流的热效应、短路

1.电流的热效应

电流通过导体时，由于自由电子的碰撞，电能不断地转变为热能。这种电流通过导体时会发生热的现象，称为电流的热效应。

2.短路

电源通向负载的两根导线，不经过负载而相互直接接通，该现象称为短路。

短路的危害：温度升高，烧毁设备，发生火灾；产生很大的动力，烧毁电源，电网破裂。

保护措施：安装自动开关；安装熔断器。

四、电容、电感（一）电容

1.电容的概念

电容器是一种储存电荷的容器，存储电荷但不消耗能量。电容器通常简称为电容，用字母C表示。常用电容器如图1-15所示。其基本结构是由两片靠得较近的金属片，中间隔以绝缘物质而组成，两金属片称为电容的极板，中间的绝缘物质称为绝缘介质，如空气、纸、云母等。

图1-15　常用电容器

当电容器两极间加上电压后，极板上聚集着等量不同极性的电荷，于是在介质中建立电场，并且可以储存电场能量。通常把衡量电容器储存电荷能力大小的物理量称为电容量，用字母C表示。实验证明：加在电容器两极板上的电压越高，极板上储存的电荷就越多，极板上的带电量q与极板间的电压U成正比。据此得：

式中，q为一个极板上的电荷量，单位是C；U为两个极板间的电压，单位是V。

电容的基本单位为F（法拉），还有μF（微法）、nF（纳法）、pF（皮法）。因法拉单位较大，实际不常用，实际常用的是μF、pF。其换算关系：

1F（法拉）=10 6 VF（微法）；

1μF（微法）=10 3 nF（纳法）=10 6 pF（皮法）。

电容器的电容等于电容器所带的电荷量。

电容器的电容量大小与两极板的相对位置、极板的形状和尺寸以及绝缘介质的种类有关。对于平板电容器，其电容与极板的相对面积S成正比，与极板间的距离成反比，且与介质材料的介电常数ε有关，可用下面公式计算：

式中，ε为介电常数，是反映介质绝缘性能的物理量，单位是F/m（法拉/米），真空中的介电常数用ε 表示，实验证明ε ≈8.85×10 00-12 F/m；S为极板的相对面积，单位是m 2 ；D为极板间的距离，单位是m。

2.电容器的特性（1）电容元件的参数

电容元件的参数主要有标称容量、额定电压、绝缘电阻（漏电阻）、温度范围等。（2）电容器的作用

根据电流的定义，知道电荷发生变化就会产生电流。设在时间Δt内，极板上电荷的变化量为Δq，则有

由上面公式可知，电容电流与电压的变化率成正比，在直流稳态电路中，电容电压保持不变，因此电容电流也为零。

电容器的基本性质简单地说就是“隔直流”、“通交流”，即对直流呈现电阻无穷大，相当于开路；对交流呈现的电阻受交流电频率影响，即同一电容器对不同频率的交流电呈现不同的阻抗。

电容器在电路中的主要作用有整流电路平滑滤波、电源电路的退耦滤波、交流信号旁路、交流信号耦合（隔直）、与电阻电感构成振荡、谐振回路、延时电路等。小容量的电容，通常在高频电路中使用；大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。电解电容为有极性电容，分正、负极，一般电源电路的低频滤波均采用电解电容，其正向漏电流较小，而反向漏电流较大，所以在电路中要注意极性不能接反，否则会因漏电流大引起爆炸损坏。（3）电容器的充放电过程

电容器的充放电是指把电容器的两个引脚分别接在电源的正、负极上，过一会儿把电源断开，两个引脚间仍然会有残留电压。这是因为电容器储存了电荷，电容器极板间建立起电压，积蓄起电能，这个过程称为电容器的充电。而电容器储存的电荷向电路释放的过程，称为电容器的放电。电容器的充电和放电就形成电容电流，电容电流与电容和端电压的变化率成正比。

只有加在电容两端的电压发生变化时，电容才有电流通过。电容器储藏的电场能量与端电压的平方成正比。由于电容的介质是一种绝缘体，电容在外电源的作用下，两块极板上能分别存储等量的异性电荷。当外电源撤走后，这些电荷依靠电场力的作用互相吸引，又为介质所绝缘不能中和，因而极板上的电荷能长久地存储下去，这就是电容的储能原理。

引起电路工作状态变化的各种因素，如电路接通、断开或结构和参数发生变化等，称为电路的换路。电路中含有储能元件（电感或电容），在换路瞬间储能元件的能量不能跃变，否则将使功率达到无穷大。i =i ；U =U 。L（0+）L（0-）C（0+）C（0-）

充电过程分析：开关合闸瞬间如图1-16所示。U 的变化规律如C图1-17所示。在过渡过程，电容两端电压U 从零开始按指数规律增C长至U 。S

图1-16　含有电容元件的电路充电瞬间

图1-17　充电过程电容端电压的变化过程

放电过程分析：开关合闸瞬间如图1-18所示。U 的变化规律如C图1-19所示。在过渡过程，电容两端电压U 从初始值按指数规律衰C减。

图1-18　含有电容元件的电路放电瞬间

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