电子设计教程1：电容充放电指示电路

逃离我推掉我的手 2023-07-03 04:55 31阅读 0赞

本节电路参考自面包板电子制作130例中，例1电容充电、放电显示器。借助此电路来展示电容最基本的功能：充电与放电。  
  电容是一种储存电能的元件。当电容的一个极板接电源正极，一个极板接电源负极，两个极板就带上了等量的异种电荷，两极板之间就有了电场。这一过程为电容的充电。充电之后的电容与电源断开，仍然是带电的。用一根导线将电容的两端接通，两极电荷中和，电容就不带电了，两板极之间不再有电场，这一过程为电容器的放电。  
  我们知道，电阻对电流有阻碍作用，电阻值越大，阻碍作用就越大；电容是储能元件，电容值越大，能储存的电荷越多。我们设计了一个电容充放电指示电路，用LED的亮度来表示电路中电流的大小，指示充放电的过程：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
  首先断开S2，闭合S1，可以观察到电流经过LED1与R1向电容充电的过程。S1闭合的瞬间电流最大，随后电容内的电荷逐渐增多，电压变高，充电电流变小；最后，电容的电压等于电源电压，电流变为0。在S1闭合的瞬间，经过LED1的电流最大，LED亮度最高；随后亮度逐渐变低，最后熄灭。  
  在电容充满电以后，断开S1，闭合S2，可以观察到电流从电容出发，经过LED2与R2放电的过程。S2闭合的瞬间电流最大，随后电容内的电荷逐渐变少，电压变低，放电电流变小；最后，电容的电压接近0V，电流变为0。在S2闭合的瞬间，经过LED2的电流最大，LED2亮度最高；随后亮度逐渐变低，最后熄灭。  
  下图是1K电阻与100uF电容充电电压与时间的关系。

如果增大电阻值，可以看到电流变小，充电速度变慢；如果增大电容值，可以看到储存的电荷量变大，需要更长的时间来充电。放电过程同理。所以电阻值与电容值都会影响到充电时间。我们定义R与C的乘积为时间常数τ（读作tao）：  
τ=RC

当充放电时间为时间常数的整数倍时，可以得到下表，方便分析充放电过程：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>时间</th> 
   <th>RC</th> 
   <th>2RC</th> 
   <th>3RC</th> 
   <th>4RC</th> 
   <th>5RC</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>充电时电容与电源比值</td> 
   <td>63%</td> 
   <td>86%</td> 
   <td>95%</td> 
   <td>98%</td> 
   <td>99%</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>充电时电容与电源比值</td> 
   <td>37%</td> 
   <td>14%</td> 
   <td>5%</td> 
   <td>2%</td> 
   <td>1%</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![在这里插入图片描述][20200202170705668.png]

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