一、公式:
假設有電源vu通過電阻r給電容c充電,v0為電容上的初始電壓值,vu為電容充滿電後的電壓值,vt為任意時刻t時電容上的電壓值,那麼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,因為指數值只可能無限接近於0,但永遠不會等於0,所以電容電量要完全充滿,需要無窮大的時間。
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,經過3~5個rc後,充電過程基本結束。
當電容充滿電後,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)
電容上的電壓等於充電電源電壓的0.63倍,放電時,經過乙個時間常數rc時,電容上的電壓下降到電源電壓的0.37倍。
以上內容是引用:
二、驗證
1.放電公式驗證
τ=rc=0.1ms(放電迴路是電容和1k的電阻)這是按下s1的電平變化,從高電平到低電平的時間只有11.966us,按照放電來計算乙個時間常數會使電壓下降到電源電壓的0.37,即5*0.37=1.85v.不過從**圖中不到乙個時間常數就下降到0,這不符合電容的放電公式規律。
仔細看了之後發現當按鍵按下的時候,示波器的+、-短路了,根本不能觀察到電容的放電過程。所以我重新設計了一下電路(新的電路圖電阻變成2k)。
從這個電容的放電迴路中,先計算時間常數τ=rc=0.2ms=200us,從上面可以看到完全放完電需要786us.下面放一張圖看在200us的電壓是多少。
2.放電公式驗證
電路圖跟上面的一樣,先看充電到滿的時間。
充電迴路是電容和10k的電阻。時間常數τ=rc=1ms=1000us。從中可以看到充滿的時間是5.386ms.
實際vu=5v代入公式中我們可計算出下面的值。
當t = rc時,vt = 0.63vu=3.15(計算值);
當t = 2rc時,vt = 0.86vu=4.3(計算值);
當t = 3rc時,vt = 0.95vu=4.75(計算值);
當t = 4rc時,vt = 0.98vu=4.9(計算值);
當t = 5rc時,vt = 0.99vu=4.95(計算值);
當t = rc時,vt =3.488(**值);
當t = 2rc時,vt =4.439(**值);
當t = 3rc時,vt =4.795(**值);
當t = 4rc時,vt =4.924(**值);
當t = 5rc時,vt =4.972(**值);
從計算值和**值的對比中,我們可以看到差不多,可以用這種方式進行估算。
三、研究
有心的人會發現,我是用微控制器中的復位電路進行rc充放電路分析。這裡的電路是低電平復位電路。不過實際應用生產中用的是放電驗證的那種電路,甚至不會加1k的電阻,也就是說沒有放電電路,直接在電容上併聯 乙個開關就行。所以推測低電平復位電路不是利用電容的放電復位,而是利用電容的充電特性進行復位,加的1k電阻是限流作用。
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