RC 并聯(lián)電路既可通過直流又可通過交流信號(hào)。它和 RC 串聯(lián)電路有著同樣的轉(zhuǎn)折頻率:f0=1/2πR1C1。當(dāng)輸入信號(hào)頻率小于f0時(shí),信號(hào)相對電路為直流,電路的總阻抗等于 R1;當(dāng)輸入信號(hào)頻率大于f0 時(shí)C1 的容抗相對很小,總阻抗為電阻阻值并上電容容抗。當(dāng)頻率高到一定程度后總阻抗為0。
電容充放電
當(dāng)電容器接通電源以后,在電場力的作用下,與電源正極相接電容器極板的自由電子將經(jīng)過電源移到與電源負(fù)極相接的極板下, 正極由于失去負(fù)電荷而帶正電, 負(fù)極由于獲得負(fù)電荷而帶負(fù)電,正,負(fù)極板所帶電荷大小相等,符號(hào)相反。電荷定向移動(dòng)形成電流,由于同性電荷的排斥作用,所以開始電流最大,以后逐漸減小,在電荷移動(dòng)過程中,電容器極板儲(chǔ)存的電荷不斷增加,電容器兩極板間電壓 Uc 等于電源電 壓U時(shí)電荷停止移動(dòng),電流 I=0,開關(guān)閉合,通過導(dǎo)線的連接作用,電容器正負(fù)極板電荷中和掉。 當(dāng)K閉合時(shí),電容器C正極正電荷可以移動(dòng) 負(fù)極上中和掉,負(fù)極負(fù)電荷也可以移到正極中和掉,電荷逐漸減少,表現(xiàn)電流減小,電壓也逐漸減小為零。
①、充電
圖1 電容充電
見圖1,電路中有電流流通。兩塊板會(huì)分別獲得數(shù)量相等的相反電荷,此時(shí)電容正在充電,其兩端的電位差vc逐漸增大。一旦電容兩端電壓vc增大至與電源電壓V相等時(shí),vc = V,電容充電完畢,電路中再?zèng)]有電流流動(dòng),而電容的充電過程完成。
由于電容充電過程完成后,就沒有電流流過電容器,所以在直流電路中,電容可等效為開路或R = ∞,電容上的電壓vc不能突變。
②、放電
當(dāng)切斷電容和電源的連接后,電容通過電阻RD進(jìn)行放電,兩塊板之間的電壓將會(huì)逐漸下降為零,vc = 0,見圖2。
圖2 電容放電
③、時(shí)間常數(shù)
兩圖中,RC和RD的電阻值分別影響電容的充電和放電速度。 電阻值R和電容值C的乘積被稱為時(shí)間常數(shù)τ,這個(gè)常數(shù)描述電容的充電和放電速度,見圖3。
圖3 電容充放電時(shí)間常數(shù)圖
電容值或電阻值愈小,時(shí)間常數(shù)也愈小,電容的充電和放電速度就愈快,反之亦然。 電容幾乎存在于所有電子電路中,它可以作為“快速電池”使用。如在照相機(jī)的閃光燈中,電容作為儲(chǔ)能元件,在閃光的瞬間快速釋放能量。
其中,充放電過程中的電壓和電流計(jì)算公式如圖4。
圖4 電容充放電中的電壓VC和電流iC
rc并聯(lián)電路充放電時(shí)間計(jì)算
V0 為電容上的初始電壓值;
V1 為電容最終可充到或放到的電壓值; Vt 為t時(shí)刻電容上的電壓值。 則,
Vt=“V0”+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)] 或,
t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]
求充電到90%VCC的時(shí)間。(V0=0,V1=VCC,Vt=0.9VCC) 代入上式: 0.9VCC=0+VCC*[[1-exp(-t/RC)] 既 [[1-exp(-t/RC)]=0.9; exp(-t/RC)=0.1 - t/RC=ln(0.1)
t/RC=ln(10) ln10約等于2.3 也就是t=2.3RC。 帶入R=10k C=10uf得。 t=2.3*10k*10uf=230ms
RC回路充放電時(shí)間的推導(dǎo)過程需要用高等數(shù)學(xué),簡單的方法只要記住RC回路的時(shí)間常數(shù)τ=R×C,在充電時(shí),每過一個(gè)τ的時(shí)間,電容器上電壓就上升(1-1/e)約等于0.632倍的電源電壓與電容器電壓之差;放電時(shí)相反。
如C=10μF,R=10k,則τ=10e-6×10e3=0.1s 在初始狀態(tài)Uc=0時(shí),接通電源,則過0.1s(1τ)時(shí),電容器上電壓Uc為0+(1-0)×0.632=0.632倍電源電壓U,到0.2s(2τ)時(shí),Uc為0.632+(1-0.632)×0.632=0.865倍U……以此類推,直到t=∞時(shí),Uc=U。放電時(shí)同樣運(yùn)用,只是初始狀態(tài)不同,初始狀態(tài)Uc=U。
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