RC充电电路中要多久才能把电容的电充满?

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直流电源作用的RC充电电路为电容充电,就是RC 电路的零状态响应问题:

充电电路

直流电压源通过电阻R对电容C充电,电路如图所示。在图示电流、电压的参考方向下,由KVL得换路后的电路方程:

充电电路

充电电路

充电电路

充电电路
RC电路零状态响应电路方程

显然,这是一个一阶常系数线性非齐次常微分方程,方程的解有两部分组成

充电电路

第一部分为微分方程的特解:称为强制分量或稳态分量

充电电路

第二部分为对应齐次方程的通解:称为自由分量或暂态分量

充电电路

充电电路

这个电路方程的通解是

充电电路

将以下初始条件代入上式得积分常数

充电电路

最后得到零状态响应的完全解为:

充电电路

响应过程:电容电压由零初始值开始以指数形式趋近于它的最终值,即直流电压源电压,而电流在换路后瞬间,跃变到最大值,然后以此初始值开始按指数规律衰减到零。

再回到问题本身,看电容电压曲线:充电时间的快慢就取决于这个时间常数。

所以,在电路电容一定的情况下,充电电阻越小越好,可以通过 减小这个充电电阻 ,来提升电容的充电速度。工程上认为,一般可以把电容的电充满。

充电电路

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