\[ V_t = V_0 + \left(\frac{V_u - V_0}{1 - e^{-\frac{t}{RC}}}\right) \]
- \( V_t \) 是任意时刻 t 时电容上的电压。
- \( V_0 \) 是电容上的初始电压值。
- \( V_u \) 是电容充满电后的电压值。
- \( R \) 是电容的电阻。
- \( C \) 是电容的容量。
如果电容上的初始电压为 0,则简化为:
\[ V_t = V_u \cdot \left(1 - e^{-\frac{t}{RC}}\right) \](充电公式)
从上述公式可以看出,因为指数值只能无限接近于 0,但永远不会等于 0,因此电容电量要完全充满,需要无穷大的时间。
在 t = RC 时,\( V_t = 0.63V_u \);
在 t = 2RC 时,\( V_t = 0.86V_u \);
在 t = 3RC 时,\( V_t = 0.95V_u \);
在 t = 4RC 时,\( V_t = 0.98V_u \);
在 t = 5RC 时,\( V_t = 0.99V_u \);
可见,经过 3 到 5 个 RC 后,充电过程基本结束。
当电容充满电后,将电源短路,电容 C 会通过 R 放电,任意时刻 t,电容上的电压为:
\[ V_t = V_u \cdot e^{-\frac{t}{RC}} \](放电公式)
这段文字通过反问句突出情感焦点,强调了电容充放电的过程以及其重要性。
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