Quá trình nạp xả của tụ điện

Mạch hấp thụ xả RC

Mạch hấp thụ RC

Khi mắc điện áp nguồn áp vào đoạn mạch RC thì tụ điện, C tích điện qua điện trở, R

Tất cả các mạch hoặc hệ thống Điện hoặc Điện tử đều yêu cầu chịu một số dạng “trễ thời gian” giữa các đầu nối đầu vào và cổng đầu ra của nó lúc 1 tín hiệu hoặc điện áp, liên tục, (DC) hoặc xoay chiều (AC), được đặt cho nó.

Bạn đang xem: Quá trình nạp xả của tụ điện

Độ trễ này thường được điện thoại tư vấn là độ trễ thời hạn của mạch hoặc Hằng số thời gian đại diện cho đáp ứng thời gian của mạch khi năng lượng điện áp hoặc tín hiệu bước đầu vào được áp dụng. Hằng số thời gian là kết quả của ngẫu nhiên mạch năng lượng điện tử hoặc hệ thống nào chủ yếu sẽ phụ thuộc vào vào những thành phần điện trở hoặc điện dung hoặc cảm ứng được liên kết với nó. Hằng số thời gian có đơn vị chức năng là, Tau – τ

Khi điện áp một chiều tăng lên được để vào Tụ điện xả , tụ điện sẽ tạo ra là “dòng nạp” . Khi sút điện áp này, tụ điện bắt đầu xả theo hướng ngược lại. Chính vì tụ điện rất có thể lưu trữ năng lượng điện, chúng chuyển động theo nhiều cách hệt như pin, thiết bị tàng trữ hoặc giải phóng năng lượng trên các bản của bọn chúng theo yêu thương cầu.

Điện tích được bên trên các bạn dạng của tụ năng lượng điện là: Q = CV . Năng lượng sạc (tích trữ) và xả (giải phóng) của tụ điện không khi nào tức thì nhưng đề nghị một khoảng thời hạn nhất định để xẩy ra với thời gian cần thiết để tụ năng lượng điện sạc hoặc xả vào một tỷ lệ phần trăm nhất định của giá bán trị cung cấp tối đa của chính nó được gọi là Hằng số Thời gian ( τ ).

Nếu mắc tiếp liền một điện trở cùng với tụ điện chế tạo ra thành mạch RC thì tụ điện vẫn tích điện tăng dần qua điện trở cho tới khi hiệu điện thế trên nó bằng điện áp nguồn. Thời gian quan trọng để tụ điện được sạc pin đầy tương đương với khoảng chừng 5 hằng số thời gian hoặc 5T . Bởi vì đó, đáp ứng nhất thời hoặc một mạch RC nối liền tương đương với 5 hằng số thời gian.

Thời gian thỏa mãn nhu cầu nhất thời T , được đo bởi τ = R x C , tính bởi giây, trong các số đó R là giá trị của điện trở tính bởi ohms với C là quý giá của tụ điện tính bằng Farads. Điều này tạo thành các đại lý của một Mạch nạp RC là 5T cũng có thể được xem như là “5 x RC” .

Mạch hấp thụ RC

Hình bên dưới đây cho biết một tụ điện, ( C ) mắc nối tiếp với một năng lượng điện trở, ( R ) tạo nên thành một Mạch nạp RC được kết nối qua nguồn hỗ trợ pin DC ( Vs ) thông qua một công tắc cơ học. Tại thời gian không, khi lần đầu tiên đóng công tắc, tụ điện tích điện dần qua năng lượng điện trở cho tới khi năng lượng điện áp trên nó bởi điện áp cung ứng của pin. Phương thức mà tụ năng lượng điện điện được hiển thị bên dưới.

Mạch hấp thụ RC

*

Chúng ta hãy đưa sử nghỉ ngơi trên, rằng tụ điện, C được “xả” trọn vẹn và công tắc (S) mở trả toàn. Đây là các điều kiện ban sơ của mạch, lúc đó t = 0 , i = 0 và q = 0 . Khi đóng công tắc, thời gian bước đầu ở t = 0 và chiếc điện bước đầu chạy vào tụ năng lượng điện qua điện trở.

Kể trường đoản cú khi điện áp ban sơ trên tụ năng lượng điện là zero, ( Vc = 0 ) tại t = 0 tụ ngoài ra là một hiện tượng đoản mạch để mạch bên ngoài và tối đa dòng điện chạy qua mạch chỉ bị hạn chế bởi các điện trở R . Sau đó, bằng phương pháp sử dụng định qui định điện áp Kirchhoff (KVL), năng lượng điện áp rơi bao phủ mạch được mang đến là:

*

Dòng điện lúc này xung quanh mạch được gọi là Dòng sạc cùng được tìm thấy bằng phương pháp sử dụng mức sử dụng Ohms như: i = Vs / R .

Đường cong Mạch hấp thụ RC

*

Tụ năng lượng điện (C), tích điện với tốc độ được biểu diễn bằng thứ thị. Sự tăng thêm của đường cong nạp RC thuở đầu dốc hơn nhiều vì vận tốc sạc nhanh nhất có thể khi bước đầu sạc tuy vậy sẽ sớm sút dần theo cung cấp số nhân khi tụ điện chào đón điện tích bổ sung với tốc độ chậm hơn.

Khi tụ điện tích điện, hiệu điện nỗ lực trên các bản của nó bước đầu tăng lên theo thời gian thực tế nhằm điện tích trên tụ điện đạt tới mức 63% năng lượng điện áp tối đa rất có thể sạc đầy, trong mặt đường cong là 0,63Vs , được gọi là hằng số thời hạn ( T ).

Tại điểm 0.63Vs nó sẽ có được 1T .

Tụ điện liên tục sạc lên với hiệu điện vắt giữa Vs và Vc giảm xuống, bởi vì đó, cái điện của mạch cũng vậy. Sau đó, sinh sống điều kiện sau cùng của nó lớn hơn năm hằng số thời gian ( 5T ) lúc tụ điện biết tới đã được pin sạc đầy, t = ∞ , i = 0 , q = Q = CV . Ở vô cực dòng sạc ở đầu cuối giảm tới zero cùng tụ điện vận động như một mạch hở với giá trị năng lượng điện áp cung ứng hoàn toàn trên tụ điện là Vc = Vs .

Vì vậy, về mặt toán học, bạn có thể nói rằng thời gian cần thiết để một tụ năng lượng điện điện cho 1T được mang lại là:

Hằng số thời hạn RC, Tau

*

Hằng số thời gian RC này chỉ xác định tốc độ sạc trong các số đó R tính bởi Ω với C tính bằng Farads.

Vì điện áp V liên quan đến điện tích trên tụ năng lượng điện được cho vì phương trình, Vc = Q / C , điện áp bên trên tụ năng lượng điện ( Vc ) tại ngẫu nhiên thời điểm như thế nào trong thời gian sạc được mang đến là:

*
Ở đây:Vc là hiệu điện chũm trên tụ điệnVs là năng lượng điện áp cung cấpe là một vài vô tỉ là: 2,7182t là thời hạn trôi qua kể từ lúc đặt năng lượng điện áp nguồnRC là hằng số thời gian của Mạch hấp thụ RC

Sau một khoảng thời hạn tương đương cùng với 4 hằng số thời gian, ( 4T ) tụ năng lượng điện trong Mạch hấp thụ RC này được đến là gần như được pin đầy vì điện áp cải tiến và phát triển trên các phiên bản tụ năng lượng điện hiện đã đoạt 98% giá chỉ trị buổi tối đa, 0,98Vs . Khoảng thời gian để tụ năng lượng điện đạt tới điểm 4T này được điện thoại tư vấn là Khoảng thời gian quá độ .

Sau một thời gian 5T, từ bây giờ tụ điện được hiểu đã được pin đầy cùng với hiệu điện núm trên tụ điện, ( Vc ) gần bằng với điện áp nguồn, ( Vs ). Cho nên tụ điện đã có được sạc đầy, loại điện hấp thụ chạy vào mạch không còn nữa buộc phải IC = 0. Khoảng không bao lâu sau khoảng thời gian 5T này thường được điện thoại tư vấn là Khoảng thời hạn trạng thái ổn định .

Chúng ta hoàn toàn có thể chỉ ra trong bảng sau giá bán trị xác suất điện áp và cái điện của tụ điện trong Mạch hấp thụ RC trong một thời gian không đổi.

Bảng sạc RC

thời giancố địnhGiá trị RCPhần trăm tối đa
Điện ápDòng điện
0,5 thời hạn không đổi0,5T = 0,5RC39,3%60,7%
0,7 thời hạn hằng số0,7T = 0,7RC50,3%49,7%
1,0 thời gian không đổi1T = 1RC63,2%36,8%
2.0 hằng số thời gian2T = 2RC86,5%13,5%
3.0 hằng số thời gian3T = 3RC95,0%5,0%
4.0 hằng số thời gian4T = 4RC98,2%1,8%
5.0 hằng số thời gian5T = 5RC99,3%0,7%

Lưu ý rằng con đường cong sạc của Mạch nạp RC là hàm mũ và không phải tuyến tính. Điều này tức là trong thực tế, tụ điện không lúc nào được sạc pin đầy 100%. Vì chưng vậy, với cả các mục đích thực tế, sau năm hằng số thời hạn (5T), nó đạt tới sạc 99,3%, vì vậy tại thời gian này, tụ năng lượng điện được xem như là đã được sạc đầy.

Khi điện áp trên tụ điện Vc biến đổi theo thời hạn và do đó là 1 trong giá trị khác nhau tại mỗi thời điểm không đổi lên đến 5T , bạn cũng có thể tính quý giá của điện áp tụ điện, Vc tại ngẫu nhiên điểm nào đến trước.

Xem thêm: Đàn Ông Ma Kết Và 7 Dấu Hiệu Khi Đang Yêu, Biểu Hiện Của Nam Ma Kết Khi Yêu

Ví dụ về Mạch hấp thụ RC Số 1

Tính hằng số thời gian RC, τ của đoạn mạch sau.

*

Hằng số thời gian, τ được tra cứu thấy bằng công thức T = R x C tính bằng giây.

Do đó hằng số thời hạn τ được đến là: T = R x C = 47k x 1000uF = 47 giây

a) Hiệu điện cầm qua các phiên bản tụ điện tại những hằng số thời gian 0,7 sẽ sở hữu được giá trị như thế nào sau đây?

Tại 0,7 hằng số thời gian ( 0,7T ) Vc = 0,5Vs. Vày đó, Vc = 0,5 x 5V = 2,5V

b) Điện áp trên tụ trên 1T sẽ sở hữu được giá trị nào?

Tại 1 thời điểm không thay đổi ( 1T ) Vc = 0,63Vs. Bởi đó, Vc = 0,63 x 5V = 3,15V

c) Mất bao lâu để “sạc đầy” tụ năng lượng điện từ nguồn cung cấp cấp?

Chúng ta đã biết rằng tụ điện sẽ tiến hành sạc đầy sau 5 hằng số thời gian, (5T).

( 1T ) = 47 giây. Vày đó, 5T = 5 x 47 = 235 giây

d) Hiệu điện cố trên Tụ sau 100 giây?

Công thức điện áp biết đến Vc = V (1 – e^(-t / RC) ) vị vậy điều này trở thành: Vc = 5 (1 – e^(-100/47) )

Trong đó: V = 5 vôn, t = 100 giây với RC = 47 giây.

Do đó, Vc = 5(1 – e^(-100/47)) = 5(1 – e^-2.1277) = 5(1 – 0.1191) = 4.4 volts

Ở đây bọn họ đã thấy rằng năng lượng điện trên tụ điện được cho vì biểu thức: Q = C.V , trong số ấy C là cực hiếm điện dung cố định và thắt chặt của nó cùng V là điện áp để vào. Họ cũng vẫn học được rằng lúc lần thứ nhất đặt một năng lượng điện áp lên các bản của tụ điện, nó sẽ tích năng lượng điện với vận tốc được xác định bởi hằng số thời hạn RC τ và sẽ được coi là đã sạc đầy sau năm lần tích lũy, hoặc 5T.

Mạch xả RC

Khi đem nguồn điện áp thoát khỏi đoạn mạch RC vẫn nạp đầy thì tụ điện, C sẽ xả trở về qua năng lượng điện trở R

Trong khuyên bảo trên về Mạch nạp RC, bọn họ đã thấy giải pháp một Tụ điện, C sạc qua điện trở cho tới khi nó đạt mang lại một khoảng thời gian bằng 5 hằng số thời gian được call là 5T, và sau đó vẫn được pin đầy miễn sao nguồn cung ứng không thay đổi được áp dụng cho nó.

Nếu tụ điện đang sạc đầy này hiện giờ bị ngắt kết nối khỏi điện áp hỗ trợ DC của nó, thì năng lượng tích trữ được tích lũy trong quá trình sạc đang ở lại vô thời hạn bên trên các bạn dạng của nó, (giả sử là một trong những tụ năng lượng điện lý tưởng và bỏ qua mất mọi tổn thất bên trong), giữ đến điện áp được tàng trữ trên các bản ở một quý hiếm không đổi.

Nếu pin sạc được thay thế sửa chữa bằng một đoạn ngắn mạch, khi công tắc nguồn đóng, tụ điện sẽ tự xả quay trở về qua năng lượng điện trở, R như hiện thời chúng ta có một mạch xả RC . Khi tụ năng lượng điện xả qua năng lượng điện trở nối tiếp, năng lượng tích trữ bên trong tụ năng lượng điện được đúc rút với năng lượng điện áp Vc trên tụ điện bớt dần về 0 như hình bên dưới đây.

*

Như họ đã thấy vào Mạch xả RC , hằng số thời gian ( τ ) vẫn bởi giá trị 63% . Đối cùng với mạch xả RC lúc đầu được sạc pin đầy, năng lượng điện áp bên trên tụ sau một thời gian không đổi 1T đã giảm 63% quý giá ban đầu, tương ứng là một – 0,63 = 0,37 hay 37% giá trị ở đầu cuối của nó.

Do đó hằng số thời gian của mạch được cho là thời gian quan trọng để tụ năng lượng điện xả xuống trong tầm 63% quý hiếm được sạc đầy của nó. Bởi vậy, một hằng số thời gian đối với mạch xả RC được đưa ra khi năng lượng điện áp bên trên các bạn dạng đại diện mang lại 37% giá bán trị ở đầu cuối của nó, với mức giá trị sau cuối của nó là 0 vôn (xả trả toàn) và trong mặt đường cong của chúng tôi, cực hiếm này được hiểu 0,37Vs .

Khi tụ năng lượng điện xả, nó ko mất điện tích với vận tốc không đổi. Vào lúc bước đầu của quy trình xả, những điều kiện ban đầu của mạch là: t = 0 , i = 0 và q = Q . Điện áp trên những tấm tụ bằng với năng lượng điện áp hỗ trợ và VC = VS . Khi năng lượng điện áp trên t = 0 trên các bạn dạng tụ điện có giá trị cao nhất, vì thế dòng năng lượng điện xả cực lớn chạy quanh mạch RC.

Đường cong mạch xả RC

*

Khi lần trước tiên đóng công tắc, tụ điện bắt đầu xả như hình vẽ. Vận tốc phân tung của con đường cong xả RC dốc hơn ban đầu vì vận tốc xả sớm nhất lúc bắt đầu, nhưng kế tiếp giảm dần dần theo cấp cho số nhân khi tụ năng lượng điện mất điện tích với vận tốc chậm hơn. Khi quy trình xả tiếp tục, VC sút dẫn đến chiếc điện xả không nhiều hơn.

Chúng ta sẽ thấy trong mạch nạp RC sống trên rằng điện áp trên tụ, C bằng 0,5Vc sinh sống 0,7T với cái giá trị xả hoàn toàn ở trạng thái định hình đến 5T .

Đối cùng với mạch xả RC, điện áp bên trên tụ điện ( VC ) như một hàm của thời gian trong thời gian xả được xác định là:

*
Ở đây:VC là hiệu điện ráng trên tụVS là điện áp cung cấpt là thời hạn trôi qua kể từ khi loại trừ điện áp cung cấpRC là hằng số thời gian của mạch phóng RC

Cũng giống hệt như mạch hấp thụ RC trước đó, chúng ta có thể nói rằng trong Mạch xả RC , thời gian quan trọng để tụ năng lượng điện tự xả xuống một thời hạn không thay đổi được đến là:

*

Trong đó, R tính bằng Ω với C tính bởi Farads.

Do đó, chúng ta có thể chỉ ra vào bảng sau giá chỉ trị tỷ lệ điện áp và loại điện so với tụ điện trong mạch xả RC vào một thời gian không đổi.

Bảng xả RC

thời giancố địnhGiá trị RCPhần trăm tối đa
Điện ápDòng điện
0,5 thời gian không đổi0,5T = 0,5RC60,7%39,3%
0,7 thời hạn hằng số0,7T = 0,7RC49,7%50,3%
1,0 thời gian không đổi1T = 1RC36,8%63,2%
2.0 hằng số thời gian2T = 2RC13,5%86,5%
3.0 hằng số thời gian3T = 3RC5,0%95,0%
4.0 hằng số thời gian4T = 4RC1,8%98,2%
5.0 hằng số thời gian5T = 5RC0,7%99,3%

Lưu ý rằng bởi vì đường cong bớt dần so với mạch xả RC là hàm mũ, với cả các mục đích thực tế, sau năm hằng số thời gian, điện áp trên các bản của tụ điện nhỏ hơn những so với mức giá trị thuở đầu ban đầu của nó, bởi vì vậy tụ điện được coi là đã xả hoàn toàn. .

Vì vậy hằng số thời gian của một mạch RC là thước đo vận tốc nó tích điện hoặc xả.

Ví dụ về mạch xả RC No1

Một tụ năng lượng điện được pin đầy cho 10 vôn. Tính hằng số thời gian RC, τ của mạch xả RC sau thời điểm đóng công tắc nguồn lần đầu.