RC电路瞬时电压计算
RC电路(电阻-电容电路)的充放电过程是电子学的基础。电容两端的电压随时间按指数规律变化。
一、时间常数
$\tau = RC$
$\tau$(tau,单位:秒)是RC电路最重要的参数。经过 $1\tau$ 后电容电压变化约63.2%,经过 $5\tau$ 后基本达到稳态(99.3%)。
二、充电过程
电容初始电压为零,通过电阻 $R$ 接入直流电源 $U_s$:
$u_c(t) = U_s\left(1 - e^{-t/RC}\right)$
充电电流:$i(t) = \dfrac{U_s}{R}e^{-t/RC}$
三、放电过程
电容初始电压为 $U_0$,通过电阻 $R$ 放电:
$u_c(t) = U_0 \cdot e^{-t/RC}$
四、关键时间点
| 时间 | 充电电压 | 放电电压 |
|---|---|---|
| $t = \tau$ | $0.632U_s$ | $0.368U_0$ |
| $t = 2\tau$ | $0.865U_s$ | $0.135U_0$ |
| $t = 3\tau$ | $0.950U_s$ | $0.050U_0$ |
| $t = 5\tau$ | $0.993U_s$ | $0.007U_0$ |
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