電容充放電特性

1、R-C惰性電路是構成脈沖數(shù)字電路的基本組成部分之一，為此我們作詳細的討論。一、電容充放電特性1. 電容器的特性電容器是由中間隔有介質的兩個金屬板所構成。當電容器的極板上帶有某一數(shù)量的電荷時，在電容器的兩端就產(chǎn)生一定的電壓UC，其值 ，由于電容器的電容量C是一個常數(shù)，所以當電量Q0時，則UC0；而Q愈大，也就是電荷量愈多，則UC就愈大。電容和電阻是兩個性質全然不同的電路元件。當電阻兩端施加某一電壓UR時，它會將電能轉變成熱能而消耗掉；電容則不是這種情況，當于其兩端施加電壓UC時，則在兩極板間就隨之形成了電場，電場是具有能量的，這就是說電容能將電能轉換為電場能而貯存起來。因此常將電阻稱為耗能元件，

2、而電容稱為貯能元件。另外，只要有電流流過，電阻兩端的電壓就立即產(chǎn)生；而電容器兩端電壓的建立是需要時間的，因此又常稱電阻為即時性元件；電容為惰性元件。2. 電容器的充放電過程為了實地了解電容器的充放電過程和研究它的特點及規(guī)律，我們來作下面的實驗，其實驗電路如圖2-1所示。圖2-1 R-C實驗電路 （1） 充電過程 開關K原始位置為2，此時電容器C兩端的電壓。在t0時刻開關K由位置2扳向位置1，電容器C開始充電，根據(jù)測得電壓、電流隨時間變化的數(shù)據(jù)，畫出及t的變化曲線如圖2-2所示。圖2-2 電容器充電特性曲線（2） 放電過程開關K原始處于位置1，這時C已充滿電荷，其電壓值。在t0時刻K由位置1扳至

3、位置2， C開始放電，根據(jù)測得電壓、電流隨時間變化的數(shù)據(jù)可畫出及的關系曲線如圖2-3所示。圖2-3 電容器放電特性曲線（3） 充放電的特點及規(guī)律根據(jù)上面所得到的電容器的充放電時UC、 IC的數(shù)據(jù)和曲線，可以歸納出幾點很有實用價值的規(guī)律。 電容器的充放電是需要時間的。這是由于電容器的充放電過程，實質是電容器上電荷的積累和消散的過程，由于電荷量的變化是需要時間的，所以充放電也是需要時間的。 在充電的開始階段，充電電流較大， 上升較快，隨著的增長，充電電流逐漸減小，且的上升速度變緩，而向著電源電壓E趨近。從理論上來說，要使電容器完全充滿，完成充電的全過程是需要無限長的時間的。但從圖2-2中可以看到，

4、在t15s時， 9.5V，已達到E的95；在t25s時， 9.93V，實際上已經(jīng)可以認為電容器基本上充滿，充電過程已基本上結束。同樣，在放電的開始階段，電壓UC及電流IC的變化也是較快的，而后期變的緩慢。在t15s時， 0.5V，僅為E的5；在t25s時， 0.07V，此時可以認為電容器的電荷基本放光，完成了放電過程。總之，在分析實際問題時，可以認為電容器的充放電過程所需的時間是有限的。這就是說，對于上述實驗電路，電容器自充、放電開始后15s25s，從工程的觀點看就完全可以認為充、放電已經(jīng)結束。 在電容器剛剛開始充電或剛剛開始放電的瞬間，電容器的端電壓及貯存的電荷Q都將保持著充、放電開始之前的

5、數(shù)值。例如，充電前電容器的電壓0V，則開始充電的瞬間UC仍保持為0V；而放電前如果電容器的E，則放電開始瞬間仍保持為E。即電容器的端電壓在充、放電開始的瞬間是不能突變的，電容器的這一特點非常重要，必須牢記。（4） 決定電容器充放電快慢的因素及時間常數(shù)圖2-1電路無論是充電還是放電，都是一個串聯(lián)形式的R-C電路。在充電時，起始電流就是最大的充電電流，其值為。如果電容器的容量C較大，則產(chǎn)生一定的UC所需的電荷量就多，從而充滿所需的時間也就長； C如果較小，則形成同樣的所需的電荷就少，當然充滿所需的時間也就短?，F(xiàn)我們將C固定，則當R值大時， 就會變小，于是形成某一值所需電荷積累的時間就變長；而當R值

6、小時，則 變大，形成同一UC值所需的時間變短?？梢奟和C值變大時，則充電變慢，反之則快。為了全面的考慮R、 C對充、放電的影響，在實際中是用R、 C兩者的乘積來描述R-C電路充放電的快慢的，其R·C值稱為時間常數(shù)，即R·C。式中R的單位為歐（）， C的單位為法（F）， 的單位為秒（s）。其中的量綱變換如下：R·C歐·法（伏/安）·（庫/伏）（安·秒）/安秒例如圖2-1所示電路中R10k、 C500F，則10×103×500×1065s。這樣，前面所提到的15s25s，其實就是35的時間。于是可以得到這樣一個結論： 在R-C充放電電路中，經(jīng)過35的時間即可認為充放電過程已經(jīng)結束。 計算方法：容抗X12fC ，（為3.14,f是頻率，普通交流