進(jìn)入正題前,我們先來回顧下電容的充放電時間計算公式時間常數(shù)公式電阻,假設(shè)有電源 Vu 通過 電阻 R 給電容 C 充電,V0 為電容上的初始電壓值,Vu 為電容充滿電后的電壓 值,Vt 為任意時刻 t 時電容上的電壓值,那么便可以得到如下的計算公式: Vt = V0 + (Vu – V0) * [1 – exp( -t/RC)] 如果電容上的初始電壓為 0,則公式可以簡化為: Vt = Vu * [1 – exp( -t/RC)] 由上述公式可知,因為指數(shù)值只可能無限接近于 0,但永遠(yuǎn)不會等于 0,所以電 容電量要完全充滿,需要無窮大的時間。 當(dāng) t = RC 時,Vt = 0.63Vu; 當(dāng) t = 2RC 時,Vt = 0.86Vu; 當(dāng) t = 3RC 時,Vt = 0.95Vu; 當(dāng) t = 4RC 時,Vt = 0.98Vu; 當(dāng) t = 5RC 時,Vt = 0.99Vu; 可見,經(jīng)過 3~5 個 RC 后,充電過程基本結(jié)束。當(dāng)電容充滿電后,將電源 Vu 短路,電容 C 會通過 R 放電,則任意時刻 t,電 容上的電壓為:Vt = Vu * exp( -t/RC) 對于簡單的串聯(lián)電路,時間常數(shù)就等于電阻 R 和電容 C 的乘積,但是,在實 際電路中,時間常數(shù) RC 并不那么容易算,例如下圖(a)。
對于上圖(a),如果從充電的角度去計算時間常數(shù)會比較難,我們不妨換個角 度來思考,我們知道,時間常數(shù)只與電阻和電容有關(guān),而與電源無關(guān),對于簡單 的由一個電阻 R 和一個電容 C 串聯(lián)的電路來說,其充電和放電的時間參數(shù)是一 樣的,都是 RC,所以,我們可以把上圖中的電源短路,使電容 C1 放電,如上 圖(b)所示,很容易得到其時間常數(shù): t = RC = (R1//R2)*C 使用同樣的方法時間常數(shù)公式電阻,可以將下圖(a)電路等效成(b)的放電電路形式,得到電路的 時間常數(shù): t = RC = R1*(C1+C2)用同樣的方法,可以將下圖(a)電路等效成(b)的放電電路形式,得到電路的時 間常數(shù): t = RC = ((R1//R3//R4)+R2)*C1對于電路時間常數(shù) RC 的計算,可以歸納為以下幾點:1).如果 RC 電路中的電源是電壓源形式,先把電源“短路”而保留其串 聯(lián)內(nèi)阻; 2).把去掉電源后的電路簡化成一個等效電阻 R 和等效電容 C 串聯(lián)的 RC 放電回路,等效電阻 R 和等效電容 C 的乘積就是電路的時間常數(shù); 3).如果電路使用的是電流源形式, 應(yīng)把電流源開路而保留它的并聯(lián)內(nèi)阻, 再按簡化電路的方法求出時間常數(shù); 4).計算時間常數(shù)應(yīng)注意各個參數(shù)的單位,當(dāng)電阻的單位是“歐姆”,電 容的單位是“法拉”時,乘得的時間常數(shù)單位才是“秒”。
對于在高頻工作下的 RC 電路,由于寄生參數(shù)的影響,很難根據(jù)電路中各元器 件的標(biāo)稱值來計算出時間常數(shù) RC,這時,我們可以根據(jù)電容的充放電特性來通 過曲線方法計算,前面已經(jīng)介紹過了,電容充電時,經(jīng)過一個時間常數(shù) RC 時, 電容上的電壓等于充電電源電壓的 0.63 倍,放電時,經(jīng)過一個時間常數(shù) RC 時, 電容上的電壓下降到電源電壓的 0.37 倍。如上圖所示,如通過實驗的方法繪出電容的充放電曲線,在起點處做一條充 放電切線,則切線與橫軸的交點就是時間常數(shù) RC。
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