时间常数公式电阻 时间常数RC的计算方法_信息与通信_工程科技_专业资料

进入正题前,我们先来回顾下电容的充放电时间计算公式时间常数公式电阻,假设有电源 Vu 通过 电阻 R 给电容 C 充电,V0 为电容上的初始电压值,Vu 为电容充满电后的电压 值,Vt 为任意时刻 t 时电容上的电压值,那么便可以得到如下的计算公式: Vt = V0 + (Vu – V0) * [1 – exp( -t/RC)] 如果电容上的初始电压为 0,则公式可以简化为: Vt = Vu * [1 – exp( -t/RC)] 由上述公式可知,因为指数值只可能无限接近于 0,但永远不会等于 0,所以电 容电量要完全充满,需要无穷大的时间。 当 t = RC 时,Vt = 0.63Vu; 当 t = 2RC 时,Vt = 0.86Vu; 当 t = 3RC 时,Vt = 0.95Vu; 当 t = 4RC 时,Vt = 0.98Vu; 当 t = 5RC 时,Vt = 0.99Vu; 可见,经过 3~5 个 RC 后,充电过程基本结束。当电容充满电后,将电源 Vu 短路,电容 C 会通过 R 放电,则任意时刻 t,电 容上的电压为:Vt = Vu * exp( -t/RC) 对于简单的串联电路,时间常数就等于电阻 R 和电容 C 的乘积,但是,在实 际电路中,时间常数 RC 并不那么容易算,例如下图(a)。

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对于上图(a),如果从充电的角度去计算时间常数会比较难,我们不妨换个角 度来思考,我们知道,时间常数只与电阻和电容有关,而与电源无关,对于简单 的由一个电阻 R 和一个电容 C 串联的电路来说,其充电和放电的时间参数是一 样的,都是 RC,所以,我们可以把上图中的电源短路,使电容 C1 放电,如上 图(b)所示,很容易得到其时间常数: t = RC = (R1//R2)*C 使用同样的方法时间常数公式电阻,可以将下图(a)电路等效成(b)的放电电路形式,得到电路的 时间常数: t = RC = R1*(C1+C2)用同样的方法,可以将下图(a)电路等效成(b)的放电电路形式,得到电路的时 间常数: t = RC = ((R1//R3//R4)+R2)*C1对于电路时间常数 RC 的计算,可以归纳为以下几点:1).如果 RC 电路中的电源是电压源形式,先把电源“短路”而保留其串 联内阻; 2).把去掉电源后的电路简化成一个等效电阻 R 和等效电容 C 串联的 RC 放电回路,等效电阻 R 和等效电容 C 的乘积就是电路的时间常数; 3).如果电路使用的是电流源形式, 应把电流源开路而保留它的并联内阻, 再按简化电路的方法求出时间常数; 4).计算时间常数应注意各个参数的单位,当电阻的单位是“欧姆”,电 容的单位是“法拉”时,乘得的时间常数单位才是“秒”。

对于在高频工作下的 RC 电路,由于寄生参数的影响,很难根据电路中各元器 件的标称值来计算出时间常数 RC,这时,我们可以根据电容的充放电特性来通 过曲线方法计算,前面已经介绍过了,电容充电时,经过一个时间常数 RC 时, 电容上的电压等于充电电源电压的 0.63 倍,放电时,经过一个时间常数 RC 时, 电容上的电压下降到电源电压的 0.37 倍。如上图所示,如通过实验的方法绘出电容的充放电曲线,在起点处做一条充 放电切线,则切线与横轴的交点就是时间常数 RC。

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