電容充放電指示電路原理詳解

本節(jié)電路參考自面包板電子制作130例中，例1電容充電、放電顯示器。借助此電路來展示電容最基本的功能：充電與放電。

電容是一種儲存電能的元件。當(dāng)電容的一個極板接電源正極，一個極板接電源負(fù)極，兩個極板就帶上了等量的異種電荷，兩極板之間就有了電場。這一過程為電容的充電。充電之后的電容與電源斷開，仍然是帶電的。用一根導(dǎo)線將電容的兩端接通，兩極電荷中和，電容就不帶電了，兩板極之間不再有電場，這一過程為電容器的放電。

我們知道，電阻對電流有阻礙作用，電阻值越大，阻礙作用就越大；電容是儲能元件，電容值越大，能儲存的電荷越多。我們設(shè)計了一個電容充放電指示電路，用LED的亮度來表示電路中電流的大小，指示充放電的過程：

首先斷開S2，閉合S1，可以觀察到電流經(jīng)過LED1與R1向電容充電的過程。S1閉合的瞬間電流最大，隨后電容內(nèi)的電荷逐漸增多，電壓變高，充電電流變?。蛔詈?，電容的電壓等于電源電壓，電流變?yōu)?。在S1閉合的瞬間，經(jīng)過LED1的電流最大，LED亮度最高；隨后亮度逐漸變低，最后熄滅。

在電容充滿電以后，斷開S1，閉合S2，可以觀察到電流從電容出發(fā)，經(jīng)過LED2與R2放電的過程。S2閉合的瞬間電流最大，隨后電容內(nèi)的電荷逐漸變少，電壓變低，放電電流變?。蛔詈?，電容的電壓接近0V，電流變?yōu)?。在S2閉合的瞬間，經(jīng)過LED2的電流最大，LED2亮度最高；隨后亮度逐漸變低，最后熄滅。

下圖是1K電阻與100uF電容充電電壓與時間的關(guān)系。

如果增大電阻值，可以看到電流變小，充電速度變慢；如果增大電容值，可以看到儲存的電荷量變大，需要更長的時間來充電。放電過程同理。所以電阻值與電容值都會影響到充電時間。我們定義R與C的乘積為時間常數(shù)τ（讀作tao）：

τ=RC

當(dāng)充放電時間為時間常數(shù)的整數(shù)倍時，可以得到下表，方便分析充放電過程：