儿童电子产品设计之电容器

电容器是最重要的电气元件之一，我们将在儿童基础电子课程的第二部分了解它的工作原理。它将在储能功能方面进行探索，所进行的测试和实验将集中在这一元素上。电解电容器将用于检查该组件的影响。建议从电子备件车间获取组件，因为例如具有高电容值的组件可能相当昂贵。

电容器

在第 1 部分中，我们了解了各种常见电子元件的功能。电阻器阻止电流流动，而LED二极管的功能就像一个灯泡，当电流（即使是非常小的电流）在其端子之间流动时打开。必须以正确的极性安装并且不能颠倒过来。在本文中，我们将了解电容器的功能。尽管其电气结构始终相同，但它是一种具有广泛应用的独特而迷人的组件。它具有多种功能，具体取决于使用它的上下文。在这里，我们将使用电解电容器作为容器和电能容器。电容器是一个有两个端子的圆柱形元件。其连接必须遵守正确的方向，即正确的极性。实际上，从长远来看，连接的反转可能会导致其破坏。在内部，两个电容器端子是电气断开的。换句话说，没有电连续性，因为它发生在电阻器或灯泡处。现在让我们做一个简单的实验，让我们，事实上，就是要让这个强大的容器充满能量。测试需要以下项目：

一块 4.5 V 扁平电池；

至少 10,000 uF（微法拉）的电解电容器；

一个测试员。

现在遵循图 1所示的各个阶段，始终考虑电流与水非常相似，而冷凝器与容器非常相似：

最初，电解电容器是空的（如塑料容器）。使用设置在 DC 上的测试仪测量其两端的电压，返回等于 0 V 的值。它还可以显示最小电压值（例如，0.2 V），因为在组件中仍然可能存在剩余能量，就像仍然留在容器内的水滴一样；

如图所示，给电容器充电，给它提供 4.5 V 的电压。就极性而言，电池的正极必须连接到电容器的正极，负极也必须连接。这个阶段相当于通过水龙头装满水桶。容器越大，填充所需的时间就越长。我们保持这种充电状态大约 5-10 秒（实际上，电容器几乎是立即充电，但为了安全，我们延长了时间）。幸运的是，有了电容器，就没有电子泄漏。当它已满时，它不再接受电流。您还可以使用不同的电压，例如 9 V 或 12 V，具体取决于您家中的电池和电池；

在这片刻之后，电容器充电到电池电压并充满，就像水容器一样。为了检查这一点，我们使用与以前相同的测试仪并测量组件两端的电压，始终遵守正确的极性。测试仪现在显示大约 4.5 V 的电压。电容器保持充电状态，该电压也可能保持数小时或数天，具体取决于组件的质量。

图 1：电容器充电的阶段

自然地，电容器将以自主和自然的方式开始非常缓慢且无情地放电。这个事实是由泄漏电流引起的，这在所有电子元件中都是绝对正常的。

打开没有电池的 LED 二极管。

正如我们所见，电解电容器可与电池相媲美，但它们的能量电荷要低得多，而且它们的效用有限。表示电容器中可以存储的能量数量的值由其“容量”决定。它越大，它可以容纳的能量就越多。让我们看看如何使用电解电容器代替电池来打开 LED 二极管。当然，必须使用上述步骤对电解电容器进行充电。图 2 显示了建议的接线和接线图。要进行实验，您需要以下材料：

1 节 4.5 V 电池；

1个47000微法以上的电容；

1 330 欧姆电阻；

1个红色LED二极管。

如前所述，用电池给电解电容充电，然后按照接线图连接 LED 二极管和电阻。请勿将已充电电容器的两个端子进行电气连接；可能会产生轻微的火花。提供电流直至完全耗尽的电解电容器使 LED 二极管瞬间亮起。不幸的是，由于聚光器没有足够的面积来储存更多的能量，光只持续了几秒钟。市场上有更大的电容器，但它们非常昂贵（超级电容器）。图表后面的图表描绘了随着时间流过电路的电流。由于 LED 二极管的亮度会随着时间的推移而降低，因此最好在黑暗中进行实验。

图 2：LED 二极管由电解电容器供电几秒钟。

结论

在电子学中，电容器用于许多不同的目的，而不仅仅是为了积累能量。这个组件也可以用来传递交流电，同时阻止直流电。当然，这个强大的电子组件最有趣的效果是在这个实验。为了延长电路的发光周期，可以有代价地提高电容器的电容值，或者可以增加电阻的值，但会降低亮度，或者可以用更大的电压给电容器充电。最好逐渐接近电子设备，可能在成年人的帮助下。所有实验都必须使用低压 (4.5 V) 电池。另请阅读：儿童电子产品：第 1 部分 - LED！

审核编辑：汤梓红