假设我有一个充电至 5V 的 1F 电容器。然后说我将电容连接到一个在 3 到 5 V 之间工作时消耗 10 mA 电流的电路。我将使用什么方程来计算电容器两端的电压,相对于时间,因为它正在放电和为电路供电?
如何计算电容器的放电速度?
电容上的电荷是电容和电压的线性乘积,Q=CV。如果您计划从 5V 降至 3V,则您移除的电荷为 5V*1F - 3V*1F = 2V*1F = 2 库仑电荷。一安培是每秒一库仑,因此 2C 可以为 2C / (0.01 C/sec) 或 200 秒提供 0.01A。如果您实际上以恒定电流从电容中取出电荷,则电容上的电压会随时间从 5V 线性下降到 3V,由 Vcap(t) = 5 - 2*(t/200) 给出。
当然,这假设您有一个负载,即使提供给它的电压发生变化,它也会消耗恒定的 10mA。常见的简单负载往往具有相对恒定的阻抗,这意味着它们汲取的电流将随着电容电压的降低而减少,从而导致电容上通常的非线性衰减指数电压。该方程的形式为 V(t) = V0 * exp(-t/RC)。
电容器两端电压的一般方程为
\$ V = V_0+\dfrac{1}{C} \int {i dt}\$
在 \$I\$ 是常量的特殊情况下,这转换为
\$ V = V_0 + \dfrac{I \times t}{C} \$
我们想找到\$t\$,所以重新排列给了我们
\$ t = \dfrac{C (V - V_0)}{I} = \dfrac{1F (3V - 5V)}{-10mA} = 200s\$ = 3 分 20 秒。
更一般的解决方案是 \$I\$ 是时间的函数。我假设 10mA 是初始电流,\$V_0\$ = 5V。那么放电电阻\$R = \dfrac{5V}{10mA} = 500\Omega\$。时间常数 \$RC\$ 为 500 秒。然后
\$ V = V_0 \times e^{\left(\dfrac{-t}{RC}\right)} \$
要么
\$ t = -RC \times ln{\left(\dfrac{V}{V_0}\right)} = -500s \times ln{\left(\dfrac{3V}{5V}\right)} = 255s \ $ = 4 分 15 秒。
这是有道理的。在指数放电之后,我们会比线性放电晚 3V。
\$ \Delta U = \dfrac{I \times T}{C}\$ 仅适用于直流电流!(I - 电流,T - 时间,C - 电容)。
一般来说:
\$ u(t) = \dfrac{1}{C} \times \int{i dt}\$
上面已经给出了答案,但这是我的想法:
假设电流恒定:I=C*dV/dt --> dt=C*dV/I
dv=5V-3V =2V, I=10mA, C=1F --> dt=1F*2V/10mA= 200sec