커패시터 충전 및 방전

캐패시터 충방전 실험 부품 및 재료

이 실험을 하려면 다음이 필요합니다.

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6볼트 배터리

2개의 대형 전해 커패시터, 최소 1000µF(Radio Shack 카탈로그 번호 272-1019, 272-1032 또는 동급)

1kΩ 저항기 2개

하나의 토글 스위치, SPST("단극, 단투")

이 실험에서는 전압계와 스톱워치로 추적할 수 있을 만큼 느린 시간 상수를 생성하기 위해 큰 값의 커패시터가 필요합니다.

대부분의 대형 커패시터는 "전해" 유형이며 극성에 민감합니다. ! 각 커패시터의 한 단자는 명확한 극성 기호로 표시되어야 합니다.

일반적으로 음의(-) 표시 또는 음의 단자를 가리키는 일련의 음의 표시가 있도록 지정된 크기의 커패시터입니다.

매우 큰 커패시터는 종종 한 단자 옆에 양극(+) 표시로 극성 레이블이 지정됩니다.

적절한 극성에 주의하지 않으면 6볼트의 낮은 소스 전압에서도 거의 확실하게 커패시터 오류가 발생합니다.

전해 커패시터가 고장 나면 일반적으로 폭발합니다. , 부식성 화학 물질을 분출하고 악취를 방출합니다. 이것을 피하십시오!

부품 목록에 명시된 "SPST 토글 스위치"에 대한 가정용 전등 스위치를 권장합니다.

상호 참조

<울>

전기 회로의 교훈 , 1권, 13장:"커패시터"

전기 회로의 교훈 , 1권, 16장:"RC 및 L/R 시간 상수"

학습 목표

이 실험에서 우리는 다음 개념에 대해 배우는 것을 목표로 할 것입니다.

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커패시터 충전 작업

커패시터 방전 동작

시간 상수 계산

직렬 및 병렬 커패시턴스

충전 및 방전 회로 개략도

실험 그림

실험 지침

회로의 전압 측정

"충전" 회로를 구축하고 스위치가 닫힐 때 커패시터 양단의 전압을 측정합니다.

저항의 경우처럼 갑자기 증가하지 않고 시간이 지남에 따라 어떻게 천천히 증가하는지 주목하십시오.

전선 조각으로 단자를 단락시켜 커패시터를 다시 전압 0으로 "리셋"할 수 있습니다.

저항-커패시터 회로의 "시정수"(τ)는 회로 저항에 회로 커패시턴스를 곱하여 계산됩니다.

1kΩ 저항과 1000μF 커패시터의 경우 시간 상수는 1초여야 합니다. 이것은 커패시터 전압이 현재 값에서 최종 값인 배터리 전압까지 약 63.2% 증가하는 데 걸리는 시간입니다.

역 지수 곡선이 어떻게 전개되는지 보기 위해 그래프 용지에 시간 경과에 따른 충전 커패시터의 전압을 표시하는 것은 교육적입니다.

그러나 이 회로의 동작을 플로팅하려면 속도를 늦출 방법을 찾아야 합니다. 1초의 시간 상수는 전압계 판독에 많은 시간을 제공하지 않습니다!

회로의 시간 상수 변경

이 회로의 시간 상수를 두 가지 다른 방법으로 늘릴 수 있습니다.

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총 회로 저항 변경 및/또는

총 회로 커패시턴스 변경.

한 쌍의 동일한 저항과 한 쌍의 동일한 커패시터가 주어지면 가장 느린 충전 동작을 얻기 위해 다양한 직렬 및 병렬 조합을 실험합니다.

더 큰 총 저항을 형성하기 위해 여러 저항을 연결해야 하는 방법을 지금쯤 이미 알고 있을 것입니다. 하지만 커패시터는 어떻습니까?

이 회로는 직렬 및 병렬 커패시터 연결에 따라 커패시턴스가 어떻게 변하는지 보여줍니다.

커패시터를 올바른 방향으로 삽입해야 합니다. 음극(-)으로 표시된 끝이 배터리의 음극 단자에 전기적으로 "가장 가까운" 위치에 있어야 합니다!

방전 회로는 스위치가 닫힐 때 전압이 전체 배터리 전압으로 점프하고 스위치가 열릴 때 천천히 떨어지는 것을 제외하고는 동일한 종류의 커패시터 전압 변화를 제공합니다.

저항과 커패시터의 다른 조합으로 다시 한 번 실험하고 커패시터의 극성이 올바른지 항상 확인하십시오.

컴퓨터 시뮬레이션

SPICE 노드 번호가 있는 도식:

Netlist(다음 텍스트를 포함하는 텍스트 파일 만들기, 그대로):

커패시터 충전 회로 v1 1 0 dc 6 r1 1 2 1k c1 2 0 1000u ic=0 .tran 0.1 5 uic .plot tran v(2,0) .end 

관련 워크시트:

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시간 상수 계산 워크시트

커패시터 워크시트