コンデンサの放電と充電は、コンデンサが充電と放電のペースを制御および予測する能力を備えているため、電子タイミング回路で価値があります。これは、コンデンサの両端に電圧が印加されたときに発生し、電位は印加された値まですぐには上昇しません。端子の電荷は、最終的な値まで蓄積するにつれて、さらなる電荷の追加に反対する傾向があります。意味がわかったので、コンデンサの充電の重要性をさらに見ていきましょう。
充電率と放電率に影響する要因:
コンデンサの充電または放電速度に影響を与える要因は次のとおりです:
I) コンデンサの静電容量。
II) 充電または放電される回路の抵抗。
理解を深めるために、コンデンサの放電と充電を別々に見てみましょう。
コンデンサーの充電:
抵抗器 (R) と直列のコンデンサ (C) と、DC バッテリー電源 (Vs) の両端に接続されたスイッチを備えた RC 充電回路を考えてみましょう。
スイッチがゼロで最初に閉じられると、コンデンサは抵抗器を介して徐々に充電され、両端の電圧が DC バッテリー供給電圧に達するまで充電されます。スイッチは時間 t=0 で開いており、コンデンサは完全に充電されています。
t =0、I =0、q =0 で、これらは回路の開始条件です。スイッチが閉じられると、時間は t =0 で再開され、電流が抵抗を介してコンデンサに流れ込み、コンデンサに電荷が集まります。
t =0 では、コンデンサの初期電圧がゼロ (Vc =0) であるため、コンデンサは外部回路に対して短絡状態にあります。この場合、回路の最大電流が通過し、抵抗 R だけがバリアとして機能します。
回路周辺の電圧降下は、キルヒホッフの電圧法則 (KVL) を使用して計算されるようになりました。回路を流れる電流は充電電流と呼ばれ、オームの法則を使用して計算できます:I =VS/R.
Vs-Ri(t)-Vc(t)=0.
コンデンサのプレート間の電位差は、充電が進むにつれて徐々に大きくなります。コンデンサの電荷が曲線時間内に可能な最大電圧の 63% に達するのにかかる時間は、1 つの時定数、つまり 0.63Vs に等しくなります。
コンデンサは充電を続け、Vs と Vc の間の電圧差が減少します。回路電流も減少します。時定数の 5 倍を超える条件でコンデンサが完全に充電されると、t =∞、I =0、q =Q =CV となります。
時間が無限に近づくと、充電電流は最終的にゼロになります。コンデンサは開回路として機能し、電源電圧値は Vc =Vs としてコンデンサ全体に完全に印加されます。
コンデンサがバッテリーに接続されている場合、一方のプレートに正の電荷が発生し、もう一方のプレートに負の電荷が現れます。プレート間の電位差は、最終的にバッテリーの起電力に等しくなります。全体のプロセスにはある程度の時間がかかり、接続ワイヤとバッテリーの間に電流が流れます。
q=CV(1-e -T/CR)
ここで、q=時間 t=0 でのコンデンサの充電
t=時間
CR=時定数
コンデンサーの放電
コンデンサが放電すると、コンデンサに含まれる電荷が放出されます。放電したコンデンサの例を見てみましょう。
抵抗 R オームの抵抗器と直列に、容量 C ファラッドの充電済みコンデンサを接続します。次に、デモンストレーションのように、コンデンサを解放するプッシュ スイッチをオンにして、この直列の組み合わせを短絡します。
コンデンサは、短絡するとすぐに放電を開始します。
コンデンサが完全に充電されたときの電圧が V ボルトであると仮定します。回路の放電電流は、コンデンサが短絡するとすぐに - V / R アンペアになります。
ただし、t =+0 で回路のスイッチを入れた後、回路を流れる電流は次のようになります:
i=Cdv/dt
コンデンサの充放電速度が速いほど、抵抗または静電容量が小さくなり、時定数が小さくなり、逆もまた同様です。ほとんどすべての電気機器にはコンデンサが含まれています。電源として使用できます。コンデンサーの放電と充電の例は、エネルギーを蓄え、フラッシュ中に素早く放出するフォトフラッシュ ユニットのコンデンサーです。
結論:
タイミング回路は、コンデンサの充放電特性の最も重要で有用な利点です。アナログタイマー回路を構成するにはコンデンサが必要です。スマートフォンのカメラの懐中電灯にもコンデンサが使われています。カメラで画像を撮影すると、まずコンデンサーが高エネルギーで帯電し、次にそのエネルギーが LED に印加され、LED は非常に強い光で短時間光ります。電圧昇圧、信号昇圧、およびその他のアプリケーションは、コンデンサの充放電機能の恩恵を受けます。コンデンサの高速充放電特性は、整流回路などの電気および電子電源回路のエネルギー貯蔵庫として使用されます。
