直流給電容充電時,怎麼產生的充電電流?

時間 2021-06-01 04:04:19

1樓:LANCER VIII

我明白你的疑問。首先會持續一段電流是的,回持續,但是很短。在接入乙個穩恆電壓U時,電容器幾乎沒有阻抗,絕大多數電壓被輸電和接觸電阻R分走了,電容器分得的電壓很少,此時I=U/R。

隨著電荷的湧入,電容器就會出現阻抗。這個阻抗就是電容器表面聚集的電荷與電性相同的斥力,我們把聚集的電荷對來流電荷的電場存在的與原電流方向相反的電勢叫反饋電壓U1,此時I=(U-U1)/R,U1會隨著充電越來越大,越來越接近U,這時就幾乎沒有什麼電流了,不過理論上要達到完全平衡的時間是無限長的,換句話說,這個電流會永遠都存在只是會越來越小以至於檢測不到。希望你能理解吧。

都是高中知識。

ps:所有導體裡的電荷都可以自由流動。所有物體都有容納電荷的能力,只要物體表面附著的電荷斥力比物體對表面電荷的引力小,就可以持續容納電荷,世界上大多數物體都不是完全電中性的。

2樓:Patrick Zhang

關鍵是:電容兩端的電壓不允許突變。所以當接通電源瞬間,電容兩端的電壓等於零,然後電壓按指數規律上公升,直到進入穩態。進入穩態後的電容相當於斷路,也就是題主所說的情況。

圖1:電容充電時的過渡過程

當Usr瞬間加到電容和電阻串聯電路上時,因為電容兩端的電壓不允許突變,此時電容相當於被短路。於是在時刻0,流過電容和電阻R的電流為: 。

接著電容開始了充電過程,電流也越來越小。等到了5倍RC的時間後,電容充電基本結束,電流也減小到零。此後,就進入了穩態。

這裡的RC叫做時間常數。

我們知道,電阻等於電壓與電流之比,即R=U/I。我們還知道,電容C等於電量Q與電壓U之比,而電量Q則等於電流I與時間t的乘積,即:

原來電阻與電容的乘積就是時間。電阻的單位為歐姆,電容的單位為法拉,則時間的單位就是秒。

圖1中,電容充電時,它兩端的電壓為:

,式1。

我們把t=0、1RC、2RC、3RC、4RC和5RC時的Uc求出來,如下:

可見,當時間t=0時,電容兩端的電壓等於零;當t=5RC時,電容兩端的電壓幾乎就等於輸入電壓。

我們再看流過電容的電流,它的表示式如下:

,式2題主一定要把電容的暫態過程和穩態過程分開來理解,立刻就能得到問題解答。

1)電容充電電路存在暫態過程和穩態過程;

2)在電容充電的起始時刻,必須考慮到電容兩端的電壓不允許突變,這是乙個重要原則;

3)暫態過程一般在5RC後就結束了;

4)對於圖1,在暫態起始時刻,電容電壓Uc等於零,電流Ic等於最大值,我們由歐姆定律可知,即電容的等效電阻等於零。我們說,此時電容等效於短路;在暫態結束的穩態時刻,電容電壓Uc等於輸入電壓Usr,而電容電流Ic=0,我們由歐姆定律可知,即電容的等效電阻等於無窮大。我們說,此時電容等效於開路。

5)如果輸入訊號電壓是短暫的脈衝,則電容可以把訊號傳輸到負載端;如果輸入訊號是不變的恆定電壓,則電容僅僅在短暫的過渡過程中有反應,之後便阻隔輸入訊號;如果輸入訊號是交流訊號,它正好處於上述兩種情況的中間。

交流訊號的頻率越高,就越容易通過電容。我們把這種特性叫做高通濾波器功能。雖然交流訊號能夠通過電容,但會有一定的削幅。

這說明:穩態下電容具有隔離直流的功能,並且電容具有高通特性。

推而廣之,凡是有電容和電感的電路中,一定要按暫態和穩態來分析電路,才能得到準確結論。

最後,我們來看下圖:

圖2:電路中的輸出電壓Usc=?

如果我們設Usr=10Vdc,電容等於10微法,電阻R1和R2均為1千歐,請問題主,如何分析Usc的值?

我來解答吧。

第一步,要確認電容的時間常數

我們看下圖:

圖3:圖2的時間常數

可見,時間常數為 ,也就是20毫秒,5倍時間常數的時間是0.1秒。

第二步,我們來計算Ucs的具體值。

當圖2中的Usr剛剛建立時,電容壓降等於零,於是有: 。

當過了5倍時間常數的時間後,電容充滿了電壓,其值為Uc=Usr。因此Usc=0。

因此有: 。

當剛剛送電時,t=0:

解答完畢。

現在,我們把R1與C併聯,看看情況又會如何:

我們看下圖:

圖4:R1與C併聯,Usc=?

我們看到,把圖4中的Usr短路,則R1和R2併聯,於是時間常數為: 。

當Usr送電伊始,C相當於短接,Usr直接載入在電阻R2的兩端,於是此時Usc=Use。

當電路進入穩態時,Usc相當於電阻R2和R1對Usr的分壓,即: 。

據此,我們就可以列寫方程了,如下:

。上式中,等號右邊第一項是電容電壓的改變量,體現了過渡過程。等號右邊第二項是最終穩態電壓。

我們把引數代入,看看結果如何:

先算時間常數:

也就是說,當時間在5倍時間常數即25微秒後,輸出電壓趨於穩定。最終值為:

依然是5V,只是過渡過程只有25微秒,比先前的0.1秒大大地提前了。

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