Зарядка и разрядка конденсатора в цепи постоянного тока

При использовании конденсаторов в электрических цепях важным является исследование процесса зарядки и разрядки конденсаторов. Зарядка конденсатора длится с момента присоединения к нему источника постоянного тока до момента достижения напряжения на обкладках конденсатора, равной ЭДС источника Е. При этом на конденсаторе появляется напряжение U_С, направленное противоположно ЭДС источника Е. Рост напряжения U_С по мере накопления зарядов на его обкладках вызывает уменьшение зарядного тока (I = (E - U_С)/R), так как действующее напряжение, равное разности Е - U_С, убывает. В момент полной зарядки конденсатора, когда U_С станет равным Е, действующее напряжение E -U_С и зарядный ток будут равны нулю. Теоретически это наступит через бесконечно большое время, а практически, если конденсатор заряжается через очень малое сопротивление, - почти мгновенно. Временные зависимости напряжения на конденсаторе и тока перезарядке можно представить в виде графиков (рис. 4.7.3).

Таблица 4.7.6. Цветная маркировка конденсаторов

Цвет маркировоч. пояса	1- я цифра кода (СН, рF)	Множитель	Допускаемое отклонение	Номинальное напряжение, U, В	Расшифровка цветовых поясов (или точек)
Черный Коричневый Красный Оранжевый Желтый Зеленый Голубой Фиолетовый Серый Белый Серебряный Золотой	10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82	1 10 102 103 104 105 106 107 10-2 10-1 - -	20% 1% 2% 25pF 0,5pF 5% 2% -20…+50% -20…+80% 10% - -	4,0 6,3 10 16 10 25(20) 32(30) 50 - 63 2,5 1,6

Сила тока и напряжения в любой момент времени t при зарядке конденсатора определяется следующими выражениями:

Рис. 4.7.3. Процесс зарядки и разрядки конденсатора

(4.7.5)

, (4.7.6)

где Е - ЭДС источника, R - сопротивление, С - емкость, t - время, прошедшее с момента включения ЭДС.

Из формулы (4.7.5) видно, что при зарядке конденсатора ток быстро убывает (в выражение входит множитель , уменьшающийся с возрастанием t). Важным параметром, характеризующим цепь из последовательно соединенных сопротивления и емкости, является постоянная времени 

 = RC. (4.7.7)

При t = 

. (4.7.8)

Таким образом, постоянная времени цепи  = RC позволяет вычислить время, необходимое для того, чтобы убывающий при зарядке конденсатора ток I₀ уменьшился до определенного значения и стал равным 0,368 I₀. Теоретически ток достигает своего конечного значения через бесконечно продолжительное время, но практически уже через промежуток времени, равный 5, ток отличается от своей конечной величины менее чем на 1%: . В данной лабораторной работе для измерения силы тока зарядки конденсатора через различные промежутки времени служит с хема, приведенная на рис. 4.7.4.

В

Рис. 4.7.4. Схема № 1

нее входит источник питания постоянного тока ИП, конденсатор емкостью С, сопротивление R, которое определяет величину начального зарядного тока, микроамперметр А, кнопка К_Н.