Sạc tụ điện

Bất cứ khi nào chúng ta kết nối một tụ điện không có điện hoặc có điện một phần với nguồn điện áp có điện áp cao hơn điện áp của tụ (trong trường hợp tụ có điện một phần), nó sẽ nhận điện từ nguồn và điện áp trên tụ tăng theo hàm mũ cho đến khi bằng và ngược chiều với điện áp của nguồn.

Hãy kết nối một tụ điện có độ tụ C nối tiếp với một điện trở có độ điện trở R. Chúng ta cũng kết nối tổ hợp nối tiếp của tụ điện và điện trở này với một pin có điện áp V thông qua công tắc S.
Giả sử tụ điện ban đầu không có điện. Khi chúng ta nhấn công tắc, do tụ điện không có điện, không có điện áp được tạo ra trên tụ, vì vậy tụ sẽ hoạt động như mạch ngắn mạch. Tại thời điểm đó, điện bắt đầu tích tụ trong tụ. Dòng điện trong mạch chỉ bị hạn chế bởi độ điện trở R.

Vì vậy, dòng điện ban đầu là V/R. Bây giờ, dần dần điện áp được tạo ra trên tụ, và điện áp này ngược chiều với cực tính của pin. Kết quả là, dòng điện trong mạch dần dần giảm. Khi điện áp trên tụ điện bằng và ngược chiều với điện áp của pin, dòng điện trở thành không. Điện áp dần dần tăng trên tụ trong quá trình sạc. Hãy xem xét tốc độ tăng điện áp trên tụ là dv/dt tại bất kỳ thời điểm t nào. Dòng điện qua tụ tại thời điểm đó là

Áp dụng, Định luật Điện áp Kirchhoff, trong mạch tại thời điểm đó, chúng ta có thể viết,

Tích phân cả hai bên, chúng ta có,

Bây giờ, tại thời điểm đóng mạch, điện áp trên tụ điện là không. Điều đó có nghĩa là, v = 0 tại t = 0.
Thay các giá trị này vào phương trình trên, chúng ta có

Sau khi có giá trị của A, chúng ta có thể viết lại phương trình trên như sau,



Bây giờ, chúng ta biết rằng,

Đây là biểu thức của dòng điện sạc I, trong quá trình sạc.
Dòng điện và điện áp của tụ điện trong quá trình sạc được hiển thị dưới đây.

Ở hình trên, Io là dòng điện ban đầu của tụ điện khi nó chưa có điện trong lúc đóng mạch và Vo là điện áp cuối cùng sau khi tụ được sạc đầy.
Thay t = RC vào biểu thức của dòng điện sạc (như đã dẫn ở trên), chúng ta có,

Vì vậy, tại thời điểm t = RC, giá trị của dòng điện sạc trở thành 36,7% của dòng điện sạc ban đầu (V / R = Io) khi tụ hoàn toàn không có điện. Thời gian này được gọi là hằng số thời gian của mạch tụ điện có giá trị độ tụ C farad cùng với điện trở R ohm nối tiếp với tụ. Giá trị điện áp phát triển trên tụ tại hằng số thời gian là

Ở đây, Vo là điện áp cuối cùng phát triển trên tụ sau khi tụ được sạc đầy và nó giống như điện áp nguồn (V = Vo).

Nguồn: Electrical4u.

Lời tuyên bố: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.