進入正題前,我們先來回顧下電容的充放電時間計算公式,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電容充電時間,Vu為電容充滿電后的電壓值,Vt為任意時刻t時電容上的電壓值電容充電時間,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)](充電公式)
由上述公式可知,因為指數(shù)值只可能無限接近于0,但永遠不會等于0,所以電容電量要完全充滿,需要無窮大的時間。
備注:exp是高等數(shù)學里以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù),e是一個常數(shù)為2.71828,當t=RC時,Vt = Vu*(1-e^(-1)) = Vu * (1 - 1/e) = 0.63Vu
當t=RC時,Vt=0.63Vu;
當t=2RC時,Vt=0.86Vu;
當t=3RC時,Vt=0.95Vu;
當t=4RC時,Vt=0.98Vu;
當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)(放電公式)
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)應注意各個參數(shù)的單位,當電阻的單位是“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。
文章由啟和科技編輯
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