커패시터 과도 응답

축전기는 전기장의 형태로 에너지를 저장하기 때문에 전기 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 작은 2차 전지처럼 작동하는 경향이 있습니다. 완전히 방전된 커패시터는 단자에서 0볼트를 유지하고 충전된 커패시터는 배터리처럼 단자에서 일정한 양의 전압을 유지합니다.

커패시터가 다른 전압 소스가 있는 회로에 배치되면 발전기에 연결된 결과 2차 전지 배터리가 충전되는 것과 마찬가지로 해당 소스에서 에너지를 흡수합니다. 단자 전압이 0인 완전히 방전된 커패시터는 전압 소스에 연결될 때 초기에 단락으로 작용하여 충전을 시작하면서 최대 전류를 끌어옵니다.

시간이 지남에 따라 커패시터의 단자 전압은 소스에서 인가된 전압을 충족하도록 상승하고 커패시터를 통과하는 전류는 그에 따라 감소합니다. 커패시터가 소스의 최대 전압에 도달하면 커패시터에서 전류를 끌어오는 것을 중지하고 본질적으로 개방 회로처럼 작동합니다.

스위치가 처음 닫힐 때 커패시터 양단의 전압(완전히 방전되었다고 들었음)은 0볼트입니다. 따라서 먼저 단락인 것처럼 작동합니다. 시간이 지남에 따라 커패시터 전압은 동일한 배터리 전압으로 상승하여 커패시터가 개방 회로처럼 동작하는 상태로 끝납니다.

회로를 통과하는 전류는 배터리와 커패시터 사이의 전압 차이를 10kΩ의 저항으로 나눈 값으로 결정됩니다. 커패시터 전압이 배터리 전압에 접근함에 따라 전류는 0에 접근합니다. 커패시터 전압이 15V에 도달하면 전류는 정확히 0이 됩니다. 실제 값을 사용하여 이것이 어떻게 작동하는지 봅시다:

시간(초) 배터리 전압 커패시터 전압 현재 V015 V0 V1500 uA0.515 V5.902 V909.8 uA115 V9.482 V551.8 uA215 V12.970 V203.0 uA31519u4 V14.253 V74.68 uA415 V14. 963 V3.718 uA1015 V14.999 V0.068 uA

15볼트에 대한 커패시터 전압의 접근 방식과 시간이 지남에 따라 0에 대한 전류의 접근 방식은 수학자가 점근적이라고 설명하는 것입니다. : 즉, 둘 다 최종 값에 접근하고 시간이 지남에 따라 점점 더 가까워 지지만 목적지에 정확히 도달하지는 않습니다. 그러나 모든 실용적인 목적을 위해 커패시터 전압은 결국 15볼트에 도달하고 전류는 결국 0이 될 것이라고 말할 수 있습니다.

SPICE 회로 분석 프로그램을 사용하여 커패시터 전압의 점근적 축적과 커패시터 전류의 감쇠를 보다 그래픽적인 형태로 도표화할 수 있습니다(커패시터 전류는 저항을 통해 전류를 측정하기 위한 션트로 사용하여 저항 양단의 전압 강하 측면에서 플롯됩니다) :

보시다시피 .plot을 사용했습니다. 보다 친숙한 .printcommand 대신 netlist의 명령 . 이것은 텍스트 문자를 사용하여 컴퓨터 화면에 그림의 의사 그래픽 플롯을 생성합니다. SPICE는 시간이 수직 축(하향)에 표시되고 진폭(전압/전류)이 수평(오른쪽=더, 왼쪽=적음)에 표시되는 방식으로 그래프를 표시합니다.

전압이 처음에는 매우 빠르게(그림의 오른쪽으로) 증가하다가 시간이 지남에 따라 점차 감소하는 방식에 주목하십시오. 전류도 처음에는 매우 빠르게 변하고 시간이 지남에 따라 레벨이 감소하지만 전압이 최대에 접근하는 동안 최소(눈금 왼쪽)에 접근합니다.

검토:

<울>

커패시터는 인가된 전압의 급격한 변화에 직면했을 때 2차 전지 배터리와 같은 역할을 합니다. 처음에는 시간이 지남에 따라 점점 작아지는 고전류를 생성하여 반응합니다.

완전히 방전된 커패시터는 갑작스러운 전압 인가에 직면했을 때 초기에 단락 회로(전압 강하가 없는 전류)로 작용합니다. 해당 전압 수준까지 완전히 충전된 후에는 개방 회로(전류가 없는 전압 강하)로 작동합니다.

저항-커패시터 충전 회로에서 커패시터 전압은 무에서 최대 소스 전압으로 이동하는 반면 전류는 최대에서 0으로 이동합니다. 두 변수 모두 처음에는 가장 빠르게 변화하고 시간이 지남에 따라 최종 값에 점점 더 느리게 접근합니다.

관련 워크시트:

<울>

시간 상수 회로 워크시트

시간 상수 계산 워크시트